CN107748170B - 中子和x射线双谱段成像相机 - Google Patents

中子和x射线双谱段成像相机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中子和X射线双谱段成像相机，包括飞行管，所述飞行管包括主体部以及均与主体部连通的第一分支部和第二分支部，其中，所述主体部和第二分支部同轴设置，所述第一分支部的轴线与第二分支部的轴线之间具有夹角；在所述主体部、第一分支部和第二分支部的外端分别设有复合成像组件、第一光学图像传感器和第二光学图像传感器，在所述飞行管内设有光学元件、X射线闪烁体和中子闪烁体，其中，所述X射线闪烁体位于光学元件的前部，所述中子闪烁体位于光学元件的后部。采用以上结构，能够同时记录辐射源某方向发射的中子辐射和X射线辐射两个谱段图像，对X射线信号和中子辐射信号进行合理的分离，成像图像信噪比高。

Description

中子和X射线双谱段成像相机
技术领域
本发明属于辐射探测技术领域，具体涉及一种中子和X射线双谱段成像相机。
背景技术
聚变或裂变反应中产生的辐射源会发射X射线辐射和中子辐射两种辐射，这两种电离辐射来源于辐射源内部的不同阶段的物理反应。从同一个角度记录辐射源不同谱段的辐射图像，能够提供辐射源内的不同反应过程或物质状态的空间分布信息，有助于人们准确掌握辐射源的物理状态。
但是，由于不同电离辐射的穿透能力不同，其采用的成像元件和辐射探测材料也有所差异。中子辐射由于其穿透力极强，通常采用半影孔作为成像元件，以获得高信噪比的图像。而X射线辐射其穿透能力相对中子辐射较弱，通常使用较薄的针孔板便可以获得高信噪比的图像。如果采用两种不同的记录装置分别对辐射源进行中子辐射成像和X射线辐射成像，会因为记录装置放置的视角不同导致记录的图像在空间上不具有可对比性，无法提供辐射源内部准确的空间信息，解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种可以在某一方向上同时记录X射线辐射和中子辐射的中子和X射线双谱段成像相机。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种中子和X射线双谱段成像相机，包括飞行管，其要点在于：所述飞行管包括主体部以及均与主体部连通的第一分支部和第二分支部，其中，所述主体部和第二分支部同轴设置，所述第一分支部的轴线与第二分支部的轴线之间具有夹角；在所述主体部、第一分支部和第二分支部的外端分别设有复合成像组件、第一光学图像传感器和第二光学图像传感器，在所述飞行管内设有光学元件、X射线闪烁体和中子闪烁体，其中，所述X射线闪烁体位于光学元件的前部，所述中子闪烁体位于光学元件的后部；从复合成像组件引入沿同一光轴方向传播的X射线辐射和中子辐射，其中，X射线辐射由X射线闪烁体转换为X射线荧光图像信号，该X射线荧光图像信号由光学元件引入第一分支部后由第一光学图像传感器记录，中子辐射依次透过X射线闪烁体和光学元件后由中子闪烁体转换为中子荧光图像信号，该中子荧光图像信号由第二分支部的第二光学图像传感器记录。
采用以上结构，先通过复合成像能够对辐射源的某个方向上对X射线辐射和中子辐射成像，再通过X射线闪烁体和中子闪烁体分别将X射线辐射和中子辐射转换为X射线荧光图像信号和中子荧光图像信号，并将X射线荧光图像信号和中子荧光图像信号分别传递至第一分支部内和第二分支部内，最终分别成像并记录于对应的光学图像传感器上，实现同时记录辐射源某方向发射的中子辐射和X射线辐射两个谱段图像，对X射线信号和中子辐射信号进行合理的分离，成像图像信噪比高。
作为优选：在所述第一分支部内设有与第一光学图像传感器相适应的第一成像透镜，该第一成像透镜位于光学元件和第一光学图像传感器之间；在所述第二分支部内设有与第二光学图像传感器相适应的第二成像透镜，该第二成像透镜位于中子闪烁体和第二光学图像传感器之间。采用以上结构，通过成像透镜使荧光信号准确成像于光学图像传感器上，并被光学图像传感器记录。
作为优选：所述光学元件为反射镜。采用以上结构，结构简单可靠，易于实现，便于调节。
作为优选：所述反射镜为银材质或铝材质的平面反射镜。采用以上结构，不仅能够尽可能多地反射X射线闪烁体转换的荧光，而且利于中子辐射则穿透。
作为优选：所述第一分支部的轴线与第二分支部的轴线垂直，所述反射镜的轴线与第一分支部的轴线之间的夹角为45°。采用以上结构，结构简单、合理，便于各个部件的安装与调试。
作为优选：所述复合成像组件包括均与主体部同轴设置的针孔板和半影孔，所述针孔板位于主体部的外端，所述半影孔位于针孔板的内侧。采用以上结构，结构简单可靠，针孔板能够对X射线辐射进行小孔成像，半影孔能够对中子辐射成像，实现对辐射源的某个方向上对X射线辐射和中子辐射成像。
作为优选：所述针孔板采用铅或钽材质，其厚度为几十个微米到几百微米之间。采用以上结构，以对其它方向上的X射线辐射和中子辐射进行有效地屏蔽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的中子和X射线双谱段成像相机，结构新颖，易于实现，能够同时记录辐射源某方向发射的中子辐射和X射线辐射两个谱段图像，对X射线信号和中子辐射信号进行合理的分离，成像图像信噪比高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种中子和X射线双谱段成像相机，包括飞行管1，需要指出的是，飞行管1采用金属材质，其作为中子辐射和X射线辐射传播的管道，类似光学显微镜的镜筒，其材质优选为不锈钢或铝。飞行管1的作用为整个成像相机的支撑结构，用于连接复合成像组件2和第一光学图像传感器3以及第二光学图像传感器4，飞行管1为辐射传播提供一个管道式光路，屏蔽外部辐射对第一光学图像传感器3和第二光学图像传感器4的干扰。该飞行管1包括主体部11以及均与主体部11连通的第一分支部12和第二分支部13，所述第一分支部12的轴线与第二分支部13的轴线之间具有夹角。具体地说，所述主体部11和第二分支部13同轴设置，且所述第一分支部12的轴线与第二分支部13的轴线垂直。
在所述主体部11的外端设有复合成像组件2，该复合成像组件2包括均与主体部11同轴设置的针孔板21和半影孔22，所述针孔板21位于主体部11的外端，所述半影孔22的窄口一端与针孔板21的内侧紧贴，二者中心对齐。其中，所述针孔板21通常用重金属材料制作而成，优选采用铅或钽材质，其厚度为几十个微米到几百微米之间，以对辐射源100朝着其它方向发射的X射线辐射和中子辐射进行有效地屏蔽。
在第一分支部12的外端设有第一光学图像传感器3，在该第一分支部12内设有与第一光学图像传感器3相适应的第一成像透镜5，在第二分支部13的外端设有第二光学图像传感器4，在该第二分支部13内设有与第二光学图像传感器4相适应的第二成像透镜6。其中，第一光学图像传感器3用于记录X射线荧光图像信号，第二光学图像传感器4用于记录中子荧光图像信号，而第一分支部12垂直于第二分支部13和主体部11，避免了具有强穿透能力的中子辐射对第一光学图像传感器3的干扰。
在所述飞行管1内设有光学元件7、X射线闪烁体8和中子闪烁体9，其中，所述X射线闪烁体8位于复合成像组件2和光学元件7之间，所述中子闪烁体9位于光学元件7和第二成像透镜6之间，X射线闪烁体8和中子闪烁体9分别能够将X射线辐射和中子辐射转换为特定波长的荧光，然后X射线辐射产生的荧光信号被第一光学图像传感器3记录，中子辐射产生的荧光信号被第二光学图像传感器4记录。其中，光学元件7可以是反射镜、折射镜等光学部件，本实施例优选采用反射镜，所述反射镜为银材质或铝材质的平面反射镜，不仅能够尽可能多地反射X射线闪烁体8转换的荧光，而且利于中子辐射则穿透。所述反射镜的轴线与第一分支部12的轴线之间的夹角为45°，其与第一光学图像传感器3的光轴方向也呈45度夹角，将X射线闪烁体8转换的荧光图像反射到与光轴垂直的方向上，能够使X射线辐射信号进入第一光学图像传感器3中。
本发明的工作过程如下：
辐射源100发出X射线辐射和中子辐射，针孔板21对辐射源100发出其中一个方向上的X射线辐射进行小孔成像，半影孔22对辐射源100发出的同一个方向上的中子辐射成像。其中，进入飞行管1主体部1的X射线辐射经X射线闪烁体8转换为X射线荧光图像信号，再由反射镜反射到第一分支部12，最后经第一成像透镜5后由第一光学图像传感器3记录；进入飞行管1主体部1的中子辐射先后穿透过X射线闪烁体8和反射镜后，再由中子闪烁体9转换为中子荧光图像信号并进入第二分支部13，最后经第二成像透镜6后由第二光学图像传感器4记录。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中子和X射线双谱段成像相机，包括飞行管（1），其特征在于：所述飞行管（1）包括主体部（11）以及均与主体部（11）连通的第一分支部（12）和第二分支部（13），其中，所述主体部（11）和第二分支部（13）同轴设置，所述第一分支部（12）的轴线与第二分支部（13）的轴线之间具有夹角；
在所述主体部（11）、第一分支部（12）和第二分支部（13）的外端分别设有复合成像组件（2）、第一光学图像传感器（3）和第二光学图像传感器（4），在所述飞行管（1）内设有光学元件（7）、X射线闪烁体（8）和中子闪烁体（9），其中，所述X射线闪烁体（8）位于光学元件（7）的前部，所述中子闪烁体（9）位于光学元件（7）的后部；
从复合成像组件（2）引入沿同一光轴方向传播的X射线辐射和中子辐射，其中，X射线辐射由X射线闪烁体（8）转换为X射线荧光图像信号，该X射线荧光图像信号由光学元件（7）引入第一分支部（12）后由第一光学图像传感器（3）记录，中子辐射依次透过X射线闪烁体（8）和光学元件（7）后由中子闪烁体（9）转换为中子荧光图像信号，该中子荧光图像信号由第二分支部（13）的第二光学图像传感器（4）记录；
所述光学元件（7）为反射镜；
所述反射镜为银材质或铝材质的平面反射镜；
所述第一分支部（12）的轴线与第二分支部（13）的轴线垂直，所述反射镜的轴线与第一分支部（12）的轴线之间的夹角为45°。
2.根据权利要求1所述的中子和X射线双谱段成像相机，其特征在于：在所述第一分支部（12）内设有与第一光学图像传感器（3）相适应的第一成像透镜（5），该第一成像透镜（5）位于光学元件（7）和第一光学图像传感器（3）之间；
在所述第二分支部（13）内设有与第二光学图像传感器（4）相适应的第二成像透镜（6），该第二成像透镜（6）位于中子闪烁体（9）和第二光学图像传感器（4）之间。
3.根据权利要求1或2所述的中子和X射线双谱段成像相机，其特征在于：所述复合成像组件（2）包括均与主体部（11）同轴设置的针孔板（21）和半影孔（22），所述针孔板（21）位于主体部（11）的外端，所述半影孔（22）位于针孔板（21）的内侧。
4.根据权利要求3所述的中子和X射线双谱段成像相机，其特征在于：所述针孔板（21）采用铅或钽材质。
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