CN102317812B - 制动光子的光谱及空间分布的测定方法和相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在空间(x，y，z)中沿着至少一个方向对一制动光子流的光谱及空间分布进行测定的方法，特征在于所述方法包含，测量因制动光子(ph)对在空间(x，y，z)中循所述方向被移动的至少一转换靶(5)的冲击而产生的中子。本发明可应用于X射线、医学成像、断层扫描等。

Description

制动光子的光谱及空间分布的测定方法和相关装置

技术领域

本发明涉及一种制动光子的光谱及空间分布的测定方法和相关的装置。 

本发明可以应用在，例如，X射线、医学成像、断层扫描、非法物品的非破坏性的特征描述、高强度中子流的产生等领域。 

背景技术

通过一电子加速器来产生中子是一种可以获得高中子流的已知技术。电子经由一光子束产生中子：来自加速器的电子朝一个会发射光子被称为制动靶的第一靶定向，而由此射出的光子接着朝一个会发射中子的被称为转换靶的第二靶定向。 

在利用这样的电子加速器的测量技术的范围内，必须对所发射光子的光谱和空间分布，以及由检测器和采集用电子器件形成的总成的特性有良好的认识。 

本发明的方法满足此需求。 

发明内容

实际上，本发明涉及一种沿至少一个轴，对于由电子脉冲在一制动靶上实现交互作用而产生的，一制动光子流的光谱及空间分布进行测定的方法，特征在于所述方法包含： 

-在所述轴的第一点处的一第一中子测量，这是由中子检测与计数信号的积分而产生，各中子检测与计数信号因制动光子对以所述第一点为中心的第一转换靶的冲击而产生，第一转换靶对能量大于第一能量阈值的光子十分敏感，参与一检测与计数信号的形成的中子在两个连续的电子脉冲之间的一时间范围内被检测并计数， 

-第一转换靶在所述轴上不同的点做连续位移，并在轴上这些不同的点的每一处，执行与在所述轴上的第一点处执行的中子测量一样的一中子测量，及 

-借助带有互不相同且与第一能量阈值不同的能量阈值的一系列不同的转换靶，执行与在所述第一点及所述不同的点处的测量一样的一系列中子测量。 

本发明还涉及一种沿至少一个轴，对于由电子脉冲在一制动靶上实现交互作用而产生的，一制动光子流的光谱及空间分布进行测定的装置，特征在于所述装置包含： 

-一用于转换及检测中子的总成，由至少二转换靶及一测量单元构成；各转换靶能够产生在制动光子的作用下所感生的中子，并且各转换靶对能量大于一能量阈值的光子十分敏感，而且所述转换靶的能量阈值彼此不同；测量单元由一或多个³He检测器组成，用于检测并计数由各转换靶所产生的感生中子，³He检测器包含在一中子慢化剂内，此中子慢化剂被封包在一热中子吸收器内，各转换靶被接连地置于热中子吸收器面对制动靶的一个面上， 

-一电子处理电路，处理由中子转换与检测总成所传送的信号，所述电子处理电路包含用于在两个连续的电子脉冲之间的时间范围上控制中子的检测及计数的装置，及 

-沿所述轴移动中子转换与检测总成的装置。 

本发明方法的一个优点是提供，在线知悉及检查电子加速器的正确操作及无漂移，的可能性。中子测量有利地使认知光子束的不可缺少的部分，换言之其强度及其能量(即功率)，的稳定性，成为可能。 

本发明方法还以一有利方式，借助一感生中子分量(增益对比)的测量来使取得光子分量的特征成为可能。 

用本发明方法所获得的光子流的良好的空间特征也使得让产生中子的转换靶处于最佳状态成为可能。 

此外，已知借助一制动光子束来直接查询要鉴别的材料是非常重要的。本发明方法所能够实现的制动光子束的正确特征描述，有利地使获得更好的材料鉴别结果成为可能。特别是使优化工作特性及缩短测量持续时间，并进而减少成本成为可能。 

附图说明

在参照附图阅读一优选实施例时，本发明的其它特征及优点将变 得更加清晰，其中： 

图1描绘一用于实施本发明方法的装置； 

图2描绘图1中的本发明的装置中所使用的一中子测量单元的立体图； 

图3描绘实施本发明方法所使用的移动单元的一范例； 

图4描绘通过本发明方法所获得的制动光子的光谱及空间分布的一范例；以及 

图5描绘对于制动光子的不同辐射能量，由通过本发明方法所测得的信号的不同的归一化值所形成的比值R。 

在所有图式中，相同的参考数字表示相同的组件。 

具体实施方式

图1描绘一用于实施本发明方法的装置。 

此装置包含用于产生制动光子的装置，及用于沿空间中的至少一个轴来测量由此产生的制动光子的光谱及空间分布的装置。 

产生制动光子的装置由一电子加速器1及置于一靶架3中的一制动靶2构成。加速器1以脉冲的形式发射电子e^-。脉冲频率介于，例如，10Hz与300Hz之间，而脉冲宽度等于，例如，4.5μs。电子的能量等于，例如，6MeV、9MeV或11MeV。电子因受到制动靶2，例如钨靶，的干扰而产生制动光子ph。 

测量光子束的光谱及空间分布的装置由一个转换及检测中子的一总成6及一电子处理电路9构成。中子转换与检测总成6包含至少两个转换靶5及一测量单元10，转换靶相继地被置于测量单元10上。各转换靶均能够产生在光子束ph的某一能量阈值以上所感生的中子，而与靶相关的能量阈值随靶不同而各不相同。测量单元10测量由各转换靶5产生的感生中子。测量单元10由包含在一中子慢化剂7内的一或多个氦³He检测器8构成，中子慢化剂7本身被封包在吸收热中子(能量非常低的中子)的一吸收器4内。如此设计的检测器单元因而仅对快中子敏感并从而仅极轻微地受到环境及其对中子产生的慢化效应的影响。 

转换靶5被置于吸收器4面对制动靶2的一个面上。如图2中所示，转换靶5以居中方式被置于吸收器4的那个面上以使光子ph的 检测处于最佳状态。在转换靶5的中心点，垂直于面4表面的法线界定一轴x。根据本发明的优选实施例，氦检测器8成对组合在一起且形成三条测量通道，一条前通道和两条后通道。电子处理电路9为一快速电子电路，针对每一条测量通道i(i＝1，2，3)包含一个ADSF型放大器A_i(i＝1，2，3)(ADSF是“Amplificateur Discriminateur Seuil ”(阈值窗鉴频放大器)的缩写)。 

中子测量是在可以摆脱电子脉冲期间所发射的制动光子的时间间隔内执行。优选地，所述时间间隔的选择也要给中子检测器及电子处理电路留出足够的时间，以便于所述检测器及所述电路恢复它们所有的检测特性。 

实际上，制动光子是在电子与制动靶2交互作用期间准瞬间产生的。因此，制动光子以和电子相同的时间分布，即相同的脉冲宽度及相同的重复频率，被发射出来。因此，这些制动光子存在于整个电子脉冲宽度期间，典型地，在几微秒到几十微秒间变动。在电子脉冲期间，中子检测器完全被由它们引起的光子脉冲混淆，从而运转不正常。中子检测器在一光子脉冲停止后仅几十微秒即恢复它们所有的特性。因此感生中子分量的测量仅在光子脉冲之间，且优先地，在适合的时间范围内执行，这样不仅中子检测器，处理电子器件也都已经恢复它们的检测特性。为此，电子处理电路9包含传送一控制指令C的控制装置M，控制指令C施加于电子检测电路，禁止在所述时间范围以外对中子进行检测和计数。在中子转换与检测总成6的一已知位置，一周期的测量是由在连续的电子脉冲之间测量到的一系列中子检测与计数信号的积分组成。 

作为非限制性范例，测量是针对电子脉冲频率等于90Hz而执行，要执行5400个测量周期，并且每条测量通道的采集时间等于10μs。 

有一个能使中子转换与检测总成6沿着空间中的至少一个轴移动的装置。移动沿着，例如，由三维直角坐标系(x，y，z)所界定的空间中的三个垂直方向中的至少一个方向进行，轴x是之前所定义的轴。举例而言，图3描绘一远程控制的移动单元B，其使中子转换与检测总成6沿轴y以50mm的节距，在相对于横坐标y＝0的中央位置位于-500mm的第一端位A，与相对于所述中央位置位于+500mm的第二 端位U之间移动。 

转换靶5由一种能够在光子束ph的某一能量阈值以上，相应地，在电子e^-的某一能量阈值以上产生所感生的中子的材料构成。因此，适合于不同的电子能量阈值的不同的靶被依次地选出以实施本发明方法，从而达成在一大的能量范围上测定光子流的分布的目标。靶5可以是，例如，用于电子能量大于6Mev的一铀²³⁸U靶及，用于电子能量大于1.67Mev的一铍Be靶。 

图4描绘通过本发明方法所获得的光谱及空间分布的一范例。装备有一铀²³⁸U转换靶的一氦³He检测器沿轴y在制动靶前方移动，这距离制动靶2大体上有1m远。靶以50mm的节距在-500mm与+500mm的测量范围之间移动(参见图3)。靶由直径大体上等于50mm且厚度大体上等于3mm的一圆形铀锭构成。电子的能量大体上等于9Mev。图4描绘由氦检测器检测到的计数，它是光束张角θ(x轴与由制动靶2及靶5所界定的轴之间的角度)的函数。 

针对不同的电子能量，图5描绘，由通过本发明方法测得的信号的不同的归一化值所形成的比值R，它是测量靶的位移的函数。在测量装置的一已知位置，比值R等于在所述已知位置测得的信号值除以在所有位置测得的最大信号值。测量靶的移动沿轴y进行，这距离制动靶2大体上有1米远。靶以10mm的节距在-80mm到+80mm的测量范围之间移动。曲线C1、C2及C3分别对应于一等于6Mev、9Mev及11Mev的电子能量。所获得的轮廓在任何能量下均非常规则。 

图4及5中所呈现的结果涉及测量靶5是一铀²³⁸U靶的情况。如同上文已提到过的，这样的一种靶优先应用于大于或等于6Mev的电子能量，这是²³⁸U同位素的阈值能量。对低于6Mev的能量值而言，使用的是其他的靶，例如，铍Be靶。 

所测得的由光子与转换靶的交互作用而产生的中子信号淹没在加速器的运转中所固有的一中子信号中。因此，希望在靶不存在下执行中子的计数，以便测量代表加速器运转中的中子信号的噪声，所述噪声接着要从可用信号中减掉。为此，与测量单元10连接的电子处理电路包含能够存储所完成的测量，并计算在转换靶存在与不存在下分别测得的信号的差的电路。 

Claims (8)

1.一种沿至少一个轴，对于由电子脉冲在一制动靶(2)上实现交互作用而产生的，一制动光子流的光谱及空间分布进行测定的方法，特征在于所述方法包含：

-在所述轴的第一点处的一第一中子测量，这是由中子检测与计数信号的积分而产生，各中子检测与计数信号因制动光子(ph)对以所述第一点为中心的第一转换靶(5)的冲击而产生，第一转换靶对能量大于一第一能量阈值的光子十分敏感，参与一检测与计数信号的形成的中子在两个连续的电子脉冲之间的一时间范围内被检测并计数，

-第一转换靶(5)在所述轴上不同的点做连续位移，并在轴上这些不同的点的每一处，执行与在所述轴上的第一点处执行的中子测量一样的一中子测量，及

-借助带有互不相同且与第一能量阈值不同的能量阈值的一系列不同的转换靶，执行与在所述第一点及所述不同的点处的测量一样的一系列中子测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一转换靶是具有第一能量阈值的一铍靶且所述一系列不同的转换靶的一第二转换靶是具有大于所述第一阈值的第二能量阈值的一²³⁸U靶。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对通过所述电子与所述制动靶(2)的交互作用而产生制动光子的一电子加速器(1)运转中所固有的一中子信号，在转换靶不存在的情况下，在所述时间范围内且在所述轴的每一点处加以测量，且所述电子加速器的运转中所固有的中子信号的测量值从在存在转换靶的情况下所测量的中子检测与计数信号中减掉。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述检测与计数信号由一³He检测器单元来测量。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述检测与计数信号由一³He检测器单元来测量。

6.一种沿至少一个轴，对于由电子脉冲在一制动靶(2)上实现交互作用而产生的，一制动光子流的光谱及空间分布进行测定的装置，特征在于所述装置包含：

-一用于转换及检测中子的总成(6)，由至少二转换靶(5)及一测量单元(10)构成，各转换靶(5)能够产生在制动光子的作用下所感生的中子，并且各转换靶(5)对能量大于一能量阈值的光子十分敏感，而且所述转换靶的能量阈值彼此不同；测量单元由一或多个³He检测器(8)组成，用于检测并计数由各转换靶所产生的感生中子，³He检测器(8)包含在一中子慢化剂(7)内，所述中子慢化剂(7)被封包在一热中子吸收器(4)内，各转换靶(5)被接连地置于热中子吸收器(4)面对制动靶(2)的一个面上，

-一电子处理电路(9)，处理由中子转换与检测总成(6)所传送的信号，所述电子处理电路(9)包含用于在两个连续的电子脉冲之间的时间范围上控制中子之检测及计数的装置，及

-沿所述轴移动中子转换与检测总成(6)的装置(B)。

7.根据权利要求6所述的装置，其中沿所述轴移动中子转换与检测总成(6)的装置(B)由一远程控制的移动单元(B)构成。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述至少二转换靶(5)的一第一转换靶是具有一第一能量阈值的一铍靶且所述至少二转换靶(5)的一第二转换靶是具有大于所述第一阈值的第二能量阈值的一²³⁸U靶。