CN103616713B - 探测器及探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种探测器及探测系统，其中探测器包括呈矩阵排列的多个单位晶体，各个单位晶体在吸收伽马射线后产生可见光；与所述晶体阵列耦合的位置灵敏光电倍增管，用于将对应各个单位晶体的各个区域上接收到的可见光转换为电信号，所述电信号用于数据处理装置对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，实现伽马射线的能谱测量。只需采用一个位置灵敏光电倍增管，结构简单且探测效率高。

Description

探测器及探测系统

技术领域

本发明涉及探测技术领域，尤其涉及一种探测器及探测系统。

背景技术

放射性探测可广泛应用于各种放射性环境，如实验室、核电厂、核燃料厂、大型重离子加速器、放射源库等等。现有的探测器多种多样，有的探测器可以对放射源进行定位，但它们大多数存在如下问题：由不易加工的晶体、多个不同的光电倍增管以及准直器构成，结构复杂、探测效率低、操作耗时。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种探测器及探测系统，结构简单且探测效率高。

一种探测器，包括

晶体阵列，包括呈矩阵排列的多个单位晶体，各个单位晶体在吸收伽马射线后产生可见光；

与所述晶体阵列耦合的位置灵敏光电倍增管，用于将对应各个单位晶体的各个区域上接收到的可见光转换为电信号，所述电信号用于数据处理装置对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，实现伽马射线的能谱测量。

本发明还提供一种探测系统，包括上述探测器，还包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述探测器连接，用于根据所述电信号对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，获得伽马射线的能量，实现伽马射线的能谱测量。

本发明提供的探测器及探测系统，通过位置灵敏光电倍增管接收和分辨晶体阵列中各个单位晶体在吸收伽马射线后产生的可见光并将可见光转换为电信号，数据处理装置根据该电信号即可确定各个单位晶体吸收的伽马射线事例数以及伽马射线的能谱，只需采用一个位置灵敏光电倍增管，结构简单且探测效率高。

附图说明

图1为本发明提供的探测器一种实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的探测器一种应用场景的示意图。

图3为本发明提供的探测器采集到的放射源位于不同角度时各晶体上计数大小示意图。

图4为本发明提供的探测器一种应用场景中放射源角度与计数比的关系图。

图5为本发明提供的探测系统一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

探测器实施例：

如图1所示，本实施例提供的探测器包括：

晶体阵列，包括呈矩阵排列的多个单位晶体，各个单位晶体在吸收伽马射线后产生可见光；

与晶体阵列耦合的位置灵敏光电倍增管102，用于将对应各个单位晶体的各个区域上接收到的可见光转换为电信号，所述电信号用于数据处理装置对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，实现伽马射线的能谱测量。

单位晶体每吸收一次伽马射线，就为一个事例，吸收事例数即为吸收伽马射线的数量。

作为一种可选的实施方式，晶体阵列包括四个单位晶体，分别为第一单位晶体103、第二单位晶体104、第三单位晶体105、第四单位晶体106，四个单位晶体呈2×2的矩阵排列。

位置灵敏光电倍增管102与各个晶体单元耦合，如图1所述，以晶体阵列面向用户为例，位置灵敏光电倍增管102设置在晶体阵列的背面，并与第一单位晶体103、第二单位晶体104、第三单位晶体105、第四单位晶体106耦合，以保证位置灵敏光电倍增管102可以接收到来自各个单位晶体的可见光。

单位晶体的形状为立方体，易于加工和固定，且所有的单位晶体均采用同一种材料制成，使得该探测器性能稳定，制造工艺简单。

单位晶体的尺寸大小根据实际应用确定，可为1立方厘米—10立方分米为，单位晶体的材料本发明对此并不限制，例如可以为碘化铯晶体、溴化镧晶体、BGO晶体或其他晶体。

如图2所示，当位于某个方向上的放射源101发出的伽马射线射向晶体阵列时，伽马射线将被晶体吸收并产生可见光，位置灵敏光电倍增管102上对应的区域接收各个单位晶体产生的可见光，并且能够分辨出可见光的位置，即分辨出可见光具体来自哪个单位晶体，并将接收到的可见光转换为电信号，该电信号为脉冲信号；数据处理装置根据该电信号统计各个单位晶体上发生伽马射线相互作用的吸收事例数计数，由于各个单位晶体之间的互相阻止作用及放射源101到各个单位晶体的距离不同，各个单位晶体上探测到的伽马射线吸收事例数是不同的，例如，当放射源位于0度角时，一部分伽马射线穿过第一单位晶体103和第四单位晶体106透射到第二单位晶体104和第四单位晶体106，因此第一单位晶体103和第四单位晶体106上的伽马射线吸收事例数会比第二单位晶体104和第三单位晶体105上的伽马射线的吸收事例数高；当放射源位于90度时，第一单位晶体103和第二单位晶体104上的伽马射线的吸收事例数会比第三单位晶体105和第四单位晶体106上的伽马射线的吸收事例数高。

当放射源位于不同的角度时，不同晶体上的伽马射线的吸收事例数也是不同的，如图4所示，记AB为第一单位晶体103与第二单位晶体104上的吸收事例数之和占总事例数的比值，BC为第二单位晶体104与第三单位晶体105上的吸收事例数之和占总事例数的比值。根据数据进行拟合，AB和BC相对于放射源角度θ的变化关系如图4所示。

如图4所示，AB跟θ的关系可以分为两个部分：θ∈（-90°，90°）与θ∈（90°，270°），在两个区间内，AB与θ关系均可用线性关系来描述。同样，BC在θ∈（0°，180°）与θ∈（180°，360°）两个区间内也是同样的线性关系。对于这样的简单线性函数，数学上可以对直线进行拟合得到简单计算表达式y=c2+c1×θ(c1,c2为直线拟合参数)。探测器工作时，可以测量计算出计数比y值，故θ可以简单的通过θ=(y-c2)/c1计算得到。

根据预先建立的放射源角度与计数比的映射关系，可得出放射源的位置信息，即放射源的角度。

单位晶体采用高能量分辨的碘化铯晶体，能够得出能谱，进行核素分辨。

作为一种可选的实施方式，单位晶体还可以为溴化镧晶体、BGO晶体、碲锌镉晶体、碘化钠晶体、硅酸钇镥闪烁晶体、二氟化铅晶体、PWO晶体、氟化钡晶体或其他晶体，本发明对此并不限制。

本发明提供的探测器，生成的电信号一方面用于数据处理装置对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以实现放射源的定位，另一方面，该电信号还可用于数据处理装置进行信号幅度分析，实现能谱测量，具体原理为：

单位晶体每一次吸收伽马射线得到的电信号的幅度表征该伽马射线的能量，对电信号的幅度大小进行统计分析，即可得到伽马射线的能谱。

本实施例提供的探测器适用于各种需要放射源定位的环境，比如放射源的找寻、核素分析、放射性环境监测等。

本实施例提供的探测器具有如下有益效果：

1、采用一个位置灵敏光电倍增管，可接收和分辨各个单位晶体产生的可见光，灵敏度高，结构简单紧凑；

2、单位晶体均采用同一种材料制成，且采用易加工易固定的方形晶体，稳定性高，制作难度相对较低；

3、由于不加任何屏蔽，也无需采用准直器，因此探测效率较高；

4、可广泛适用于各种需要放射源定位的环境，比如丢弃放射源的找寻、放射源核素分析、货物安全检查，放射环境监测等。

探测系统实施例：

如图3所示，本发明提供的探测系统包括：

探测器201以及数据处理装置202，探测器201的信号输出端与数据处理装置202相连，用于根据探测器输出的电信号对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，获得伽马射线的能量，实现伽马射线的能谱测量。

数据处理装置202还可根据各个单位晶体上的射线计数确定放射源的角度位置，并且根据获得的能谱进行核素分辨，具体原理请参考实施例1。

此外，还包括显示设备203，用于显示数据处理信息，数据处理信息包括核素分辨结果、放射源角度信息等。

电源设备204用于为探测器201、数据处理装置202、显示设备203等提供电能。

探测器201的工作原理请参考探测器实施例，在此不在赘述。

本实施例提供的探测系统，具有如下优点：

1、采用一个位置灵敏光电倍增管，可接收和分辨各个单位晶体产生的可见光，灵敏度高结构简单紧凑；

2、单位晶体均采用同一种材料制成，且采用易加工易固定的方形晶体，稳定性高，制作难度相对较低；

3、由于不加任何屏蔽，也无需采用准直器，因此探测效率较高；

4、可广泛适用于各种需要放射源定位的环境，比如丢弃放射源的找寻、放射源核素分析、货物安全检查，放射环境监测等。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种探测器，其特征在于，包括：

晶体阵列，包括呈矩阵排列的多个单位晶体，各个单位晶体在吸收伽马射线后产生可见光；

与所述晶体阵列耦合的位置灵敏光电倍增管，用于将对应各个单位晶体的各个区域上接收到的可见光转换为电信号，所述电信号用于数据处理装置对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以实现放射源定位。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，

所述晶体阵列包括4个单位晶体，所述4个单位晶体呈2×2的矩阵排列。

3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述位置灵敏光电倍增管与各所述单位晶体耦合。

4.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述单位晶体的形状为立方体。

5.根据权利要求4所述的探测器，其特征在于，所述单位晶体的尺寸大小为1立方厘米—10立方分米。

6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述多个单位晶体采用同一种材料制成。

7.根据权利要求6所述的探测器，其特征在于，所述多个单位晶体为碘化铯晶体、溴化镧晶体、BGO晶体、碲锌镉晶体、碘化钠晶体、硅酸钇镥闪烁晶体、二氟化铅晶体、PWO晶体、或氟化钡晶体。

8.一种探测系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的探测器，还包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述探测器连接，用于根据所述电信号对分布在各个单位晶体上的伽马射线吸收事例数进行统计以及对电信号幅度大小进行分析，获得伽马射线的能量，实现伽马射线的能谱测量。

9.根据权利要求8所述的探测系统，其特征在于，还包括显示设备，用于显示数据处理信息。

10.根据权利要求9所述的探测系统，其特征在于，还包括电源设备，用于为探测器以及数据处理装置提供电能。