CN104730564A - 基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，包括沿超快伽马射线的入射方向依次放置的闪烁光纤阵列和探测器阵列，该探测器阵列的输出端与分析器的输入端相连。本发明通过每根闪烁光纤与其对应的探测器构成各自独立的超快伽马射线的探测通道，避免了光子在探测器中串扰的问题，具有探测精度高、结构简单紧凑，使用灵活的特点。
Description
技术领域
本发明涉及伽马射线的能谱探测，特别是强场激光驱动的超快伽马射线的能谱探测。
技术背景
伽马射线的探测，一般是基于对伽马射线与物质相互作用过程(光电效应、康普顿散射、电子对产生等)中产生的次级电子的探测。
先技术[1](参见张健雄，张进，姚洪略.一种便携式天然伽马能谱测量仪及其稳谱原理[J].核技术,2005,28(8):637-640)采用闪烁探测器测量伽马能谱。它的工作原理如下：射线进入到闪烁体中与闪烁体相互作用，使闪烁体的原子、分子电离和激发；被电离、激发的原子、分子退激时，一部分电离、激发能量以光辐射的形式释放出来，形成闪烁；闪烁光的一部分被收集到光电倍增管的光阴极上；光子被光电阴极吸收后，发射出光电子；光电子在光电倍增管中倍增，倍增的电子束在阳极上被收集，产生输出信号。不过，由于强场激光驱动产生的伽马光脉冲飞秒量级。在这种辐射场中，由于死时间和堆积效应，由闪烁探测器得到的光谱被严重损害。不同光子沉积在探测器上的能量必须被分开，而使用闪烁探测器，每个辐射脉冲至多只能记录一个光子的能量。因此目前无法由探测器直接得到超快伽马光能谱。
先技术[2](参见D.J.Corvan,G.Sarri,M.Zepf.Design of a compact spectrometer forhigh-flux MeV gamma-ray beams[J].Review of Scientific Instruments,2014,85(6):065119)通过测量康普顿散射中电子的能谱分布来推出伽马射线的能谱，这种谱仪主要组件有：磁偏转仪、准直仪、Li靶、IP板和屏蔽室。超快伽马射线入射到Li靶，出射的伽马射线和正负电子通过铅准直孔，滤掉散射角度较大的粒子；其后通过磁偏转仪将三种粒子分开，同时用IP板记录出射的正负电子信息。然后通过反演，可以得到超快伽马光的能谱。这种方式可以测量3-20MeV的能谱，无法测量较低能量范围的伽马光，而且精度较低，为1MeV。
发明内容
本发明的目的在于克服在先技术的不足，提出一种基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，该仪器精度高、结构简单紧凑，使用灵活。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特点在于，包括沿超快伽马射线的入射方向依次放置的闪烁光纤阵列和探测器阵列，该探测器阵列的输出端与分析器的输入端相连。
所述的闪烁光纤阵列由多个闪烁光纤沿二维方向周期排布组成；所述的探测器阵列由同样多的探测器沿二维空间周期排布组成。
所述的闪烁光纤阵列和所述的探测器阵列在二维空间的行数m和列数n均相同，m×n≥900。
所述的闪烁光纤由闪烁晶体和包裹在该闪烁晶体外的包层构成，所述的闪烁晶体的折射率比所述的包层的折射率低。
所述的闪烁光纤的出射端中心与其对应的探测器的中心的连线垂直于该探测器的表面，所述的超快伽马射线的入射方向与该连线重合。
与在先技术相比，本发明的技术效果如下：
1.每根闪烁光纤与其对应的探测器构成各自独立的超快伽马射线的探测通道，避免了光子在探测器中串扰的问题。
2.测量通道多，优选不少于900个，探测精度高，小于100KeV。
3.结构简单紧凑，使用灵活。整台仪器组件少，各个组件之间连接紧凑。可以通过改变闪烁光纤长度来满足不同的应用需求，探测的灵活性高。
附图说明
图1为本发明基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪的结构示意图
图2为闪烁光纤的结构示意图。
图3为单通道探测示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，由图可见，一种基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，包括闪烁光纤阵列1、探测器阵列2、分析器3。其位置关系是：沿超快伽马射线的入射方向，经过所述的闪烁光纤阵列1，入射至所述的探测器阵列2上，所述的探测器阵列2和所述的分析器3之间电气连接。所述的闪烁光纤阵列1将伽马射线转换成可见光并引导光的传输，所述的探测器阵列2将可见光转换成电信号，所述的分析器3对接收到的电信号进行处理后输出能谱信息。
所述的闪烁光纤阵列1由闪烁光纤11沿二维周期排布组成。闪烁光纤11有两种作用：一是能将伽马射线转换成可见光；二是利用全反射引导光的传输。
所述的探测器阵列3由探测器31沿二维空间周期排布组成。
所述的闪烁光纤阵列1和所述的探测器阵列3在二维方向的行数m和列数n均相同，且m×n≥900。闪烁光纤11出射端E11的中心与对应的探测器21的中心的连线垂直于该探测器21的表面。
本发明超快伽马射线谱仪可较精确测量100KeV-10MeV能量范围内的超短伽马射线。为不少于900个相互独立的单通道组成，避免了光子在探测器中串扰的问题，测量精度高，小于100KeV。
图2为闪烁光纤的结构示意图。闪烁光纤由闪烁晶体111和包层112组成，其中，闪烁晶体111的折射率比包层112的折射率低。
图3为单通道探测示意图。超快伽马射线S1经过闪烁光纤11后转换成可见光S2，可见光S2在光纤中经过几次全反射后出射至空气中成为光线S3，光线S3入射至探测器21上转换成电信号，至此完成伽马射线到电信号的转换。
Claims (5)
1.一种基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特征在于，包括沿超快伽马射线的入射方向依次放置的闪烁光纤阵列(1)和探测器阵列(2)，该探测器阵列(2)的输出端与分析器(3)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特征在于，所述的闪烁光纤阵列由多个闪烁光纤(11)沿二维方向周期排布组成；所述的探测器阵列由同样多的探测器(21)沿二维空间周期排布组成。
3.根据权利要求2所述的基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特征在于，所述的闪烁光纤阵列和所述的探测器阵列在二维空间的行数m和列数n均相同，m×n≥900。
4.根据权利要求2所述的基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特征在于，所述的闪烁光纤由闪烁晶体(111)和包裹在该闪烁晶体(111)外的包层(112)构成，所述的闪烁晶体的折射率比所述的包层的折射率低。
5.根据权利要求1所述的基于闪烁光纤阵列的超快伽马射线能谱测量仪，其特征在于，所述的闪烁光纤的出射端的中心与其对应的探测器的中心的连线垂直于该探测器的表面，所述的超快伽马射线的入射方向与该连线重合。
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