CN105242349A - 闪烁光纤阵列探测组件 - Google Patents

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顾牡
黄少林
黄世明
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Abstract

本发明提出的一种X光探测用闪烁光纤阵列探测组件，光纤阵列组件，旨在提供一种可控性强、性能良好的X光探测用光纤阵列组件。本发明通过下述技术方案予以实现：光纤阵列组件由圆形光纤单元丝排列而成，光纤阵列中的光纤每根平行排列，每根平行排列的光纤闪烁玻璃芯料棒包覆在皮料管中，光纤闪烁玻璃芯料为掺Re硅酸盐闪烁玻璃，在相邻光纤之间的空隙中填充有将每根光纤隔离开的光吸收料填充因子。本发明采用掺Re硅酸盐新型闪烁玻璃为闪烁玻璃芯料，用圆形光纤单元丝以最紧密堆积的方式排列，其间空隙插入可吸收可见散光及X射线的吸收材料。配合与之相匹配特种组成的皮料以及空隙内加入吸收料，光纤阵列组件结构紧凑、空间分辨力和图像对比度高。

Description

闪烁光纤阵列探测组件
技术领域
本发明涉及一种广泛应用于高能物理、医学影像诊断、工业探伤、安全检查等辐射探测技术领域，尤其是涉及一种射线成像，剂量场测量用的x光探测用闪烁光纤阵列组件。
背景技术
随着光电信息技术的飞速发展,数字化的微光成像系统代替了胶片成像。传统的高能射线成像探测器采用胶片成像，但此方法探测效率较低。虽然增加胶片厚度能够提高探测效率，但同时导致图像的空间分辨率下降。因此在高能下，胶片作为成像探测器并不理想。而闪烁光纤阵列组件则恰恰解决了这一矛盾。闪烁光纤阵列组件在射线成像方面的应用越来越广泛。光纤阵列组件是带状光纤与器件连接的重要部件，作用类似连接器，是光通讯中的基础器件。
闪烁材料是将高能光子或粒子的电离能转化为紫外及可见光的发光材料，x光探测用闪烁光纤阵列指能将x射线转变为可将光的非晶态材料，能将高能粒子转化为可见光并传输到与其耦合的光电转换器件上，光电转换器件得到闪烁光纤输出端的可见光子信息，通过处理后得到重建的图像，可做成探测器。作为闪烁材料，应具有以下特点：射线下具有高的发光强度，将高能射线的能量有效的转化为荧光，具有高的光学均匀性及稳定的物理化学性能，以提高统的灵敏度及成像质量具有较大的密度，提高对射线的截止能力高的衰减速率，可避免两次事件图像的重叠。目前具有高发光效率、高阻挡射线本领和高响应速度的闪烁材料具有广泛的应用，且随着相关技术的发展，其应用领域不断的拓宽，对闪烁材料的需求量及尺寸也不断的增大。x光探测用闪烁光纤阵列组件是X光闪烁照相系统的关键组件，而每根光纤代表着图像中的每个像素。它能将中低能X光转换成可见光后由CCD系统接收与处理。由于X光照相需要更高的空间分辨力，而X光的能量又较高，用闪烁晶体高能阵列屏虽然满足能量响应的要求，但空间分辨力的不高。x光探测用闪烁光纤阵列组件是将高发光强度X光闪烁玻璃材料制成光纤后，用该种光纤制成大尺寸的闪烁体阵列组件，它能有效的消除整体闪烁体阵列组件中空间各发光点之间的光干扰，使X光转换组件既有较高的发光强度，又有很好的空间分辨力和图像对比度。
为了提高探测的空间分辨率，现有技术往往采用大面积闪烁体，这样就需要有较大通光孔径的电光晶体和稳定性好的高压选通脉冲电路.然而，大u径电光晶体的选用和生长都很困难，且造价昂贵。无法从根本解决空间分辨率问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种集光性能好，空间分辨力和图像对比度高，能防止X射线转化的可见光相互串扰，无失真传递高清晰度图像的闪烁光纤阵列探测组件。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种闪烁光纤阵列探测组件，包括光纤阵列中每根平行排列的光纤，其特征在于：每根平行排列的光纤闪烁玻璃芯料棒包覆在皮料管中，光纤闪烁玻璃芯料为掺Re硅酸盐闪烁玻璃，在相邻光纤之间的空隙中填充有将每根光纤隔离开的光吸收料填充因子。
本发明相比现有技术具有如下益效果。
本发明采用圆形单元丝排列而成的闪烁光纤阵，以最紧密堆积的单元丝方式排列，通过单丝的空隙之间充满光吸收和X射线吸收材料填充因子，它能直接将x射线转变为可见光，又能防止光的相互串扰，具有集光性能好，分辨率高，在光学上具有零厚度，可以无失真地传递高清晰度图像。
本发明采用闪烁玻璃芯料以及与之热学性能相匹配的皮料和吸收料，所制作出性能良好的x光探测用闪烁光纤阵列组件，既提高x光探测光纤面板的空间分辨率,同时满足能量响应的要求。
本发明在阵列光纤空隙之间加入光吸收料填充因子，将每根光纤隔离开，防止X射线转化的可见光相互串扰，同时进入吸收料的X射线直接被吸收，能够减少现有技术铅介质填充因子、传播距离和合成方式对发射口径处的闪烁的影响。这种效应既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰,同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率。
本发明可以广泛用于x光探测用物理及医学领域的探测仪器和医疗设备上。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图中，
图1本发明一种实施例的光纤闪烁玻璃芯料棒与皮料管的示意图。
图2为本发明一种实施例的正六边形板段排列图。
图3为本发明一种实施例的光吸收料填充因子分布图。
图4是图3的I-I下剖面示意图。
图中：1皮料管，2闪烁玻璃芯料，3吸收料填充因子。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的最佳实施例中，闪烁光纤阵列探测组件包括，光纤阵列中的每根光纤平行排列，射线束方向对准每根光纤的中心位置。光纤阵列是多个由闪烁玻璃组成的圆形光纤单元按照紧密堆积的方式排列，玻璃光纤的间隙由吸收料填充。每根平行排列的光纤闪烁玻璃芯料棒包覆在皮料管中，皮料为热性能与闪烁玻璃芯料相匹配的材料，皮料直径为0.5～5微米；闪烁玻璃芯料的直径为6～100微米,且闪烁玻璃芯料和皮料折射率满足数值孔径的要求，保证控制每个所述光纤单元内产生的闪烁光沿预定路线传播。在相邻光纤之间的空隙中填充有将每根光纤隔离开的光吸收料填充因子,吸收料充分填充在光纤的每个空隙，将每根光纤隔离分开，防止X射线转化的可见光相互串扰，同时进入吸收料的X射线直接被吸收。
闪烁光纤阵列沿1-1面剖开，X光在闪烁光纤阵列的吸收、转换。当X射线进入闪烁光纤阵列后，进入闪烁玻璃芯料的X射线A转化为可见光L1、L2、R，其中L1传输到阵列的表面，被光电转换器接收处理，L2、R被吸收料吸收。进入吸收料的X射线B直接被吸收料吸收。
闪烁玻璃芯料为掺Re硅酸盐闪烁玻璃，掺Re硅酸盐闪烁玻璃闪烁玻璃芯料，Re包括：Ce3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+。按质量百分比，掺Re硅酸盐闪烁玻璃闪烁玻璃芯料含有：：二氧化硅SiO2：43wt％～50wt％、氧化锂Li2O：15wt％～20wt％、氧化铽或铯、铥、铕ReO：10wt％～15wt％、氧化钡BaO：7wt％～12wt％、氧化钆Gd2O3：8wt％～13wt％、氧化铯Cs2O：5wt％～10wt％、氧化钠Na2O：1wt％～3wt％、氧化钾K2O：0wt％～2wt％、三氧化二铝Al2O31：wt％～3wt％。
按质量百分比，皮料含有：二氧化硅SiO2：65～75wt％、三氧化二硼B2O3：7～15wt％、氧化钾K2O：3～10wt％、氧化钠Na2O：3～8wt％、氧化镁MgO：2～5wt％、三氧化二铝Al2O3：3～6wt％。
按质量百分比，用于吸收500～700波长光谱及X射线的吸收料含有：二氧化硅SiO255～65wt％、氧化钡BaO：12～18wt％、氧化铯Cs2O：7～12wt％、氧化镧La2O3：5～10wt％、氧化锂Li2O：15～20wt％、三氧化二铅Pb2O3：5～10wt％、氧化钠Na2O：1～5wt％、三氧化二铝Al2O3：1～5wt％、氧化钾K2O：0～4wt％、氧化钴CoO：0～3wt％、三氧化二锑Sb2O3：0～2wt％。
本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种闪烁光纤阵列探测组件，包括光纤阵列中每根平行排列的光纤，其特征在于：每根平行排列的光纤闪烁玻璃芯料棒包覆在皮料管中，光纤闪烁玻璃芯料为掺Re硅酸盐闪烁玻璃，在相邻光纤之间的空隙中填充有将每根光纤隔离开的光吸收料填充因子。
2.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：皮料为热性能与闪烁玻璃芯料相匹配的材料，皮料直径为0.5～5微米；
如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：闪烁玻璃芯料的直径为6～100微米,且闪烁玻璃芯料和皮料折射率满足数值孔径的要求，控制每个所述光纤单元内产生的闪烁光沿预定路线传播。
3.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：吸收料充分填充在光纤的每个空隙，将每根光纤隔离分开。
4.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：当X射线进入闪烁光纤阵列后，进入闪烁玻璃芯料的X射线A转化为可见光L1、L2、R，其中L1传输到阵列的表面，被光电转换器接收处理，L2、R被吸收料吸收。
5.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：进入吸收料的X射线B直接被吸收料吸收。
6.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：掺杂稀土离子Re硅酸盐闪烁玻璃Re包括：Ce3+、Eu3+、Tb3+和Dy3+。
7.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：按质量百分比，掺Re硅酸盐闪烁玻璃闪烁玻璃芯料含有：二氧化硅SiO2：43wt％～50wt％、氧化锂Li2O：15wt％～20wt％、氧化铽或铯、铥、铕ReO：10wt％～15wt％、氧化钡BaO：7wt％～12wt％、氧化钆Gd2O3：8wt％～13wt％、氧化铯Cs2O：5wt％～10wt％、氧化钠Na2O：1wt％～3wt％、氧化钾K2O：0wt％～2wt％、三氧化二铝Al2O31：wt％～3wt％。
8.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：按质量百分比，皮料含有：二氧化硅SiO2：65～75wt％、三氧化二硼B2O3：7～15wt％、氧化钾K2O：3～10wt％、氧化钠Na2O：3～8wt％、氧化镁MgO：2～5wt％、三氧化二铝Al2O3：3～6wt％。
9.如权利要求1所述的闪烁光纤阵列探测组件，其特征在于：按质量百分比，用于吸收500～700波长光谱及X射线的吸收料含有：二氧化硅SiO255～65wt％、氧化钡BaO：12～18wt％、氧化铯Cs2O：7～12wt％、氧化镧La2O3：5～10wt％、氧化锂Li2O：15～20wt％、三氧化二铅Pb2O3：5～10wt％、氧化钠Na2O：1～5wt％、三氧化二铝Al2O3：1～5wt％、氧化钾K2O：0～4wt％、氧化钴CoO：0～3wt％、三氧化二锑Sb2O3：0～2wt％。
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