CN101598799A - 一种切伦科夫探测器及利用其进行检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种切伦科夫探测器，包括：切伦科夫辐射体，用于发射出切伦科夫光；光电二极管，与所述切伦科夫辐射体的一端耦合连接；反光膜，镀在所述切伦科夫辐射体除与所述光电二极管耦合的端面外的其余面上；避光层，设置在所述切伦科夫辐射体、光电二极管、反光膜外，所述光电二极管的引线从所述避光层中引出。本发明采用了光电二极管作为读出器件，使其在辐射成像领域中工作更加稳定、可靠；通过反射膜的设计提高光的收集效率；因为切伦科夫辐射体透光性能好，可以沿射线入射方向做得很长，从而提高对X射线的探测效率，提高最终的切伦科夫信号输出值，这些措施增强了切仑柯夫探测器在辐射成像领域的可用性。
Description
技术领域
本发明涉及辐射成像领域，特别是涉及一种切伦科夫探测器及利用其进行检测的方法。
背景技术
切伦科夫探测器是一种测量在介质中速度大于光速的带电粒子的辐射探测器。它由能产生切伦科夫效应的辐射体与光敏器件相耦合组成。辐射体为透明的固体、液体(多用蒸馏水)或气体。它应用于高能带电粒子的测量，如用于宇宙线、高能加速器粒子等的测量，在应用中根据不同的实验目的，做成不同类型的探测器，用以测量带电粒子的速度、强度或给出控制信号等。切伦科夫探测器具有结构简单、制作工艺较易的优点；其缺点是辐射强度太弱，需采用高灵敏、低噪声的光电倍增管、好的光收集系统以及消除本底的反符合装置等措施。
切伦科夫探测器常被用在高能物理中，因为光产额较低、即灵敏度低，而且光子数量的分布与光的波长成反比，而且速度低于一定阈值的射线不产生切伦科夫光，传统上一般采用光电倍增管作为切伦科夫探测器的光电转换器件，光电倍增管的要求使用屏蔽外界的电磁干扰，并且与用在辐射成像领域的光电二极管相比，量子效率低、而成本较高；这些特性限制了其在辐射成像领域中的应用。然而因为切伦科夫信号产生机制不同于现在常用在辐射成像领域的闪烁探测器和气体探测器，存在着特殊的使用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用光电二极管作为光读出器件，可以在普通的辐射成像环境中工作，并且通过选择合适切伦科夫辐射体，和反射层设计来提高最终的信号输出幅度，以改善切伦科夫探测器在辐射成像领域使用时的性能的切伦科夫探测器，以及利用该切伦科夫探测器进行检测的方法。
为达到上述目的，一方面，本发明的技术方案提供一种切伦科夫探测器，包括：切伦科夫辐射体，用于发射出切伦科夫光；光电二极管，与所述切伦科夫辐射体的一端耦合连接；反光膜，镀在所述切伦科夫辐射体除与所述光电二极管耦合的端面外的其余面上；避光层，设置在所述切伦科夫辐射体、光电二极管、反光膜外，所述光电二极管的引线从所述避光层中引出。
其中，所述切伦科夫辐射体为圆形。
其中，所述切伦科夫辐射体为长方形。
其中，所述切伦科夫辐射体由透明和对紫外光的衰减长度在1m以上的材料制成。
其中，所述切伦科夫辐射体为石英玻璃。
其中，所述反光膜为发生镜面反射的反射膜。
其中，所述反射膜采用镜面反射膜ESR或者铝箔。
其中，所述避光层为黑色塑料胶带。
另方面，本发明的技术方案提供一种利用切伦科夫探测器进行检测的方法，包括以下步骤：将多个切伦科夫探测器排列成切伦科夫探测器阵列，调节各个所述切伦科夫探测器，使其中心轴线指向发射X射线的加速器的靶点；将待测物体放置在所述加速器与所述切伦科夫探测器阵列之间；所述加速器发射X射线照射被检物体，所述X射线透过所述被检物体，从正对着光电二极管灵敏区面入射到所述切伦科夫探测器中，X射线首先同切伦科夫体发生相互作用，产生次级电子，若次级电子能量足够高，则会发射出切伦科夫光；若X射线能量较低，以至于其产生的次级电子能量低于阈值的话，不会产生切伦科夫光；即该探测器对X射线光子的能量有要求；在确定X射线能谱结构下，切伦科夫探测器的输出信号大小与X射线强度成正比；则所述切伦科夫探测器根据X射线的强度变化，发出信号，读出电路将所述信号转化为灰度图象，从而得到被检物体的透视图像。
其中，将多个切伦科夫探测器以扇形或L型排列成切伦科夫探测器阵列。
上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：采用了光电二极管作为读出器件，使其在辐射成像领域中工作更加稳定、可靠；通过反射膜的设计提高光的收集效率；绝大多数切伦科夫光的方向与X射线入射的方向的夹角不超过90度，镜面反射可以使切伦科夫光定向传输，减少反射次数，有利于使更多的切伦科夫光在光电二极管上产生信号；因为切伦科夫辐射体透光性能好，可以沿射线入射方向做得很长，从而提高对X射线的探测效率，提高最终的切伦科夫信号输出值，这些措施增强了切仑柯夫探测器在辐射成像领域的可用性。
附图说明
图1是本发明实施例的一种切仑柯夫探测器的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖视图；
图3是本发明实施例的切仑柯夫探测器使用时的结构示意图。
其中，1：切伦科夫辐射体；2：光电二极管；3：反射膜；4：避光层；5：切伦科夫探测器阵列；6：被检物体；7：加速器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参看图1、图2，本实施例中的切仑柯夫探测器由切伦科夫辐射体1，光电二极管2、反射膜3和避光层4组成。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号。切伦科夫辐射体1为长方形或圆柱形；切伦科夫辐射体1为透明和对紫外光透过性能良好的材料制成，例如由有机玻璃或是石英玻璃材料制成，透过性能良好是指对光的衰减长度1m以上；切伦科夫辐射体1的长度可以通过X射线能量的大小和切伦科夫辐射体材料的性质来确定。光电二极管2与切伦科夫辐射体1的一端耦合，光电二极管2的灵敏区一面对着切伦科夫辐射体1。切伦科夫辐射体1除了与光电二极管2耦合的端面外，其余面上均镀上反射膜3，反射膜3为发生镜面反射的反射膜。镀反射膜3时，要将反射膜3具有反射能力的一面向切伦科夫辐射体1，不具有反射能力的一面向避光层4，反射膜3可以采用美国3M公司的镜面反射膜ESR(Enhanced Specular Reflector)或者铝箔，优选采用美国3M公司的镜面反射膜ESR，该反射膜是不含金属成分，反射率超过98.5％。反射膜3、光电二极管2除了引线外，用避光层4与外界隔开，避光层4能够对可见光进行避光，但X射线可以有效的穿过，满足以上要求由任何材质构成的避光层4均可，例如选择便宜且容易使用的黑色塑料胶带。
使用本实施例中的切仑柯夫探测器时，X射线从光电二极管2相对的一面入射，即从正对着光电二极管灵敏区面入射到所述切伦科夫探测器中。X射线光子在切伦科夫辐射体2中发生的康普顿散射产生的反冲电子也是向前运动的，反冲电子产生的切伦科夫光的方向大多数也是向前传播的，这样经过反射膜3的镜面反射到达光电二极管，产生信号。在本实施例中，采用镜面设计利用了切伦科夫光的方向性特点，提高了光的收集效率。
在本实施例中，采用的切伦科夫辐射体对可见光和近紫外光透光性能好的材料制成，因此光传输过程中的自吸收较小，在X射线入射方向上可以做的很长，可以根据X射线能量的确定长度。
参看图3，本发明在应用时，将本发明多个切伦科夫探测器1以扇形或L型的角度排列成切伦科夫探测器阵列5，使切伦科夫探测器的中心轴线指向加速器7的靶点。被检物体6从X射线束通过时，透过被检物体6的X射线入射到切伦科夫探测器阵列5中，X射线从正对着光电二极管灵敏区面入射到所述切伦科夫探测器中，首先同切伦科夫体发生相互作用，产生次级电子，次级电子中能量足够高的那部分次级电子会发射出切伦科夫光，若X射线能量较低，以至于其产生的次级电子能量低于阈值的话，不会产生切伦科夫光；即该探测器对X射线光子的能量有要求；在确定X射线能谱结构下，切伦科夫探测器的输出信号大小与X射线强度成正比，则切伦科夫探测器根据X射线的强度变化，输出反应箱中所装物体的厚度、密度、材料等特征的输出信号，通过相应的读出电路将输出信号转化为灰度图度，即可获得被检物体6的透视图像。读出电路采用普通电学电路即可，其设计只要能将输出信号转化为灰度图象即可，该读出电路对于电学电路领域的技术人员来说，属于公知常识，因此，在此不再详述。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用了光电二极管作为读出器件，使其在辐射成像领域中工作更加稳定、可靠；通过反射膜的设计提高光的收集效率；绝大多数切伦科夫光的方向与X射线入射的方向的夹角不超过90度，镜面反射可以使切伦科夫光定向传输，减少反射次数，有利于使更多的切伦科夫光在光电二极管上产生信号；因为切伦科夫辐射体透光性能好，可以沿射线入射方向做得很长，从而提高对X射线的探测效率，提高最终的切伦科夫信号输出值，这些措施增强了切仑柯夫探测器在辐射成像领域的可用性。
上述发明也适用于采用放射性同位素源作为射线源的情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种切伦科夫探测器，其特征在于，包括：
切伦科夫辐射体，用于发射出切伦科夫光；
光电二极管，与所述切伦科夫辐射体的一端耦合连接；
反光膜，镀在所述切伦科夫辐射体除与所述光电二极管耦合的端面外的其余面上；
避光层，设置在所述切伦科夫辐射体、光电二极管、反光膜外，所述光电二极管的引线从所述避光层中引出。
2、如权利要求1所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述切伦科夫辐射体为圆形。
3、如权利要求1所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述切伦科夫辐射体为长方形。
4、如权利要求2或3所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述切伦科夫辐射体由透明且对光的衰减长度在1m以上的材料制成。
5、如权利要求4所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述切伦科夫辐射体为石英玻璃。
6、如权利要求5所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述反光膜为发生镜面反射的反射膜。
7、如权利要求6所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述反射膜采用镜面反射膜ESR或者铝箔。
8、如权利要求1所述的切伦科夫探测器，其特征在于，所述避光层为黑色塑料胶带。
9、一种利用权利要求1的切伦科夫探测器进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多个切伦科夫探测器排列成切伦科夫探测器阵列，调节各个所述切伦科夫探测器，使其中心轴线指向发射X射线的加速器的靶点；
将待测物体放置在所述加速器与所述切伦科夫探测器阵列之间；
所述加速器发射X射线照射被检物体，所述X射线透过所述被检物体，从正对着光电二极管灵敏区面入射到所述切伦科夫探测器中；
X射线同切伦科夫体发生相互作用，产生次级电子，发射出切伦科夫光，在确定X射线能谱结构下，切伦科夫探测器的输出信号大小与X射线强度成正比，则所述切伦科夫探测器根据X射线的强度变化，发出输出信号；
读出电路将所述输出信号转化为灰度图象，从而得到被检物体的透视图像。
10、如权利要求9所述的利用切伦科夫探测器进行检测的方法，其特征在于，将多个切伦科夫探测器以扇形或L型排列成切伦科夫探测器阵列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |