CN101290352A - 一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器 - Google Patents
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Abstract
一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，属于辐射成像领域。该成像探测器包括密闭气室(1)、漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)等。漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)等都置于密闭气室(1)中；GEM膜上下表面电位差为300～400伏；射线入射到漂移区电离，产生电子经过GEM的雪崩放大收集到读出电极(5)上，由数据获取系统(8)进行放大、甄别、并输入到数据处理及显示计算机(9)中进行处理。所述数据获取系统(8)包括多能量阈甄别电路等。本发明选用GEM膜作为电子倍增器件，增加了动态范围，在保证图象质量的前提下，可以大大降低射线源剂量，降低了成本，同时可以实现双能或多能成像。
Description
技术领域
本发明属于辐射成像领域，特别涉及一种基于GEM(Gas Electron Multiplier，气体电子倍增器)膜的计数式线阵成像探测器。
背景技术
线阵成像探测器在以DR、CT等为代表的安检、医学、无损检测等领域有着广泛的应用，目前普遍采取的探测器大都是闪烁晶体耦合光电二极管阵列或气体电离室阵列，由于探测器时间分辨能力、电子学噪声等的限制，一般采用积分模式，系统动态范围较小且所需射线源剂量大。
GEM等新型微单元结构气体探测器的出现为研制新型气体线阵探测器提供了可能。GEM的单元尺度都在100μm左右，既有良好的位置分辨率，也有较高的计数率上限(可以达到106mm～2.s～1以上)。GEM膜本身可以设计加工成许多不同形状和大小；探测器的高压电极与读出电极相互独立，结构坚固；读出电极可以采用任意形状和排列；通过多层叠加，可以降低单层的工作电压，使探测器既安全又具有较高增益。
本发明选用GEM膜作为电子倍增器件，利用其高增益，将射线初始电离产生的极少量的电子放大几个量级，由读出电极条收集读出。电路工作在计数方式，大大增加了动态范围，在保证图象质量的前提下，可以大大降低射线源剂量，同时可以实现双能或多能成像。
发明内容
本发明提供一种基于微单元结构气体探测器GEM膜的线阵成像探测器。探测器结构简单，空间分辨率高，工作在计数模式，动态范围大，同时可以实现双能或多能成像。
一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，该成像探测器包括密闭气室(1)、漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压输入(6)及高压分压电阻串(7)、数据获取系统(DAQ)(8)、数据处理及显示计算机(PC)(9)。其中，漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压分压电阻串(7)都置于密闭气室(1)中。密闭气室(1)中最上方一层是漂移电极(2)，加有高压输入(6)，以下是2～3层GEM膜(3)，以一定的间距层叠在读出PCB板(4)上。漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)的上下表面通过高压分压电阻串(7)依此施加上不同的负高压，单层GEM膜上下表面电位差根据不同的工作气体和增益可以为300～400伏。密闭气室(1)中充满工作气体，并在密闭气室(1)的一侧开有射线入射窗(10)，射线沿入射方向(11)入射到探测器中由漂移电极(2)和第一层GEM组成的漂移区，并在此电离产生电子，电子在电场的作用下，经过GEM的雪崩放大，收集到读出电极(5)上，由数据获取系统(DAQ)(8)进行放大、甄别、并输入到数据处理及显示计算机(PC)(9)中进行显示、处理。
数据获取系统(DAQ)(8)的框图参见附图二。该电路包括：放大器1、...放大器N；甄别器1、...甄别器N；计数器1、...计数器N；多能量阈甄别电路等。从N个读出电极(5)输出的信号分别经放大器1至放大器N放大成形、然后经甄别器1、...甄别器N进行噪声甄别，随后送入N个计数器计数。为了实现能量甄别，将最下一层的GEM膜下表面输出信号送到多能量甄别电路进行多能量阈甄别，然后编码产生能量阈标志信号，并送入各通道的计数器，计数器根据这些标志信号，控制相应的计数器完成累积计数，随后输入到计算机产生计算机图像。
本发明结构简单，空间分辨率高，工作在计数模式，动态范围大，在保证图象质量的前提下，可以大大降低所需的射线源剂量，降低了整体成本，能实现双能或多能成像。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是读出电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明。
参见附图1，图1是本发明的结构示意图。其中，1-密闭气室、2-漂移电极、3-GEM膜、4-读出PCB板、5-读出电极、6-高压输入、7-高压分压电阻串、8-数据获取系统(DAQ)、9-数据处理及显示计算机(PC)、10-射线入射窗、11-射线沿入射方向。一种基于GEM的线阵成像探测器，包括密闭气室(1)、漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压输入(6)及高压分压电阻串(7)、数据获取系统DAQ(8)、数据处理及显示计算机PC(9)。其中，密闭气室(1)充有工作气体。工作气体可以以氖、氩、氙等惰性气体为主，并加入二氧化碳、甲烷等淬灭性气体。漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压分压电阻串(7)都置于密闭气室(1)中。最上方一层是漂移电极(2)，一般为镀铝麦勒(Mylar)膜，加有高压输入(6)。以下是2～3层加框的GEM膜(3)，框可以采用G10板加工，通过调整框的厚度并辅以垫块，将几层GEM膜以一定的间距层叠在(4)上，间距一般为几个毫米。漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)的上下表面通过高压分压电阻串(7)依此施加上不同的负高压，电势的高低按漂移电极(2)、第一层GEM膜的上、下表面、第二层GEM膜的上、下表面、第三层GEM膜的上、下表面(如采用三层GEM的话)、读出电极(5)的顺序逐渐升高，相成一个方向为由读出电极(5)到漂移电极(2)的电场。读出电极(5)的电压一般为虚地，通过外界电阻或前放内接大电阻接地。单层GEM膜上下表面电位差根据不同的工作气体和增益可以为300～400伏。密闭气室(1)的一侧开有射线入射窗(10)。
工作时射线沿入射方向(11)由射线入射窗(10)入射到探测器中由漂移电极(2)和第一层GEM组成的漂移区，并在此电离产生电子，电子在电场的作用下，经过GEM的雪崩放大，收集到读出电极(5)上，由数据获取系统(DAQ)(8)进行放大、甄别、计数，并输入到数据处理及显示计算机(PC)(9)中进行显示、处理。
图2是读出电路的结构示意图。如图2所示，电路包括：放大器1、...放大器N；甄别器1、...甄别器N；计数器1、...计数器N；多能量阈甄别电路等。从N个读出电极条(5)输出的信号分别经放大器1至放大器N放大成形、然后经甄别器1、...甄别器N进行噪声甄别，随后送入N个计数器计数。放大器和甄别电路可以采用通用集成电路，也可以采用用户专用集成电路(ASIC)实现。为了实现能量甄别，将最下一层的GEM膜下表面输出信号送到多能量甄别电路进行多能量阈甄别，然后编码产生能量阈标志信号，并送入各通道的计数器，计数器根据这些标志信号，控制相应的计数器完成累积计数，随后输入到计算机产生计算机图像。
以上探测器可以设计成合适大小的模块，然后通过拼接排成各种形状，如圆弧形、L形等，来满足不同成像系统的探测要求。
Claims (5)
1、一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，其特征在于，该成像探测器包括密闭气室(1)、漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压输入(6)、高压分压电阻串(7)、数据获取系统(8)、数据处理及显示计算机(9)；
漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)、读出PCB板(4)、读出电极(5)、高压分压电阻串(7)都置于密闭气室(1)中；密闭气室(1)中最上方一层是漂移电极(2)，加有高压输入(6)，以下是2～3层GEM膜(3)，层叠在读出PCB板(4)上；漂移电极(2)、2～3层GEM膜(3)的上下表面通过高压分压电阻串(7)依此施加上不同的负高压；
密闭气室(1)中充满工作气体，并在密闭气室(1)的一侧开有射线入射窗(10)，射线沿入射方向(11)入射到探测器中由漂移电极(2)和第一层GEM组成的漂移区，并在此电离产生电子，电子经过GEM的雪崩放大，收集到读出电极(5)上，由数据获取系统(8)进行放大、甄别、并输入到数据处理及显示计算机(9)中进行显示、处理。
2、根据权利要求1所述的一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，其特征在于，所述工作气体以氖、氩、氙惰性气体为主，并加入二氧化碳、甲烷淬灭性气体。
3、根据权利要求1所述的一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，其特征在于，所述漂移电极(2)为镀铝麦勒膜。
4、根据权利要求1所述的一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，其特征在于，所述2～3层GEM膜(3)单层GEM膜上下表面电位差为300～400伏。
5、根据权利要求1所述的一种基于气体电子倍增器的计数式线阵成像探测器，其特征在于，所述数据获取系统(8)包括放大器1、...放大器N；甄别器1、...甄别器N；计数器1、...计数器N和多能量阈甄别电路；
从N个读出电极输出的信号分别经放大器1至放大器N放大成形，然后经甄别器1、...甄别器N进行噪声甄别，送入N个计数器计数；
将最下一层的GEM膜下表面输出信号送到多能量甄别电路进行多能量阈甄别，然后编码产生能量阈标志信号，并送入各通道的计数器，计数器根据这些标志信号，控制相应的计数器完成累积计数，随后输入到数据处理及显示计算机(9)中。
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