CN108267776A - 提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法，包括至少两块面阵列像素探测器板，面阵列像素探测器板包括：基板；若干个探测介质，位于基板的正面上，且于基板的正面呈阵列分布；若干个阳极阵列，位于所述基板与所述探测介质之间，且与所述探测介质一一对应设置；各所述阳极阵列均包括若干个呈阵列分布的阳极像素；阴极，位于所述探测介质远离所述阳极阵列的一侧，且与所述探测介质一一对应设置；各面阵列像素探测器板经由基板背面贴置在一起，或各面阵列像素探测器板的基板依次首尾相接构成封闭环形，且各基板的背面位于封闭环形的内侧。本发明可以成倍增加对中低射线入射方向精确侦测的角度范围。
Description
技术领域
本发明涉及核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法。
背景技术
放射性核素搜寻和探测识别技术，被广泛应用于环境监测，核电站运营全流程监管，其它核设施的监测，核事故应急测试，核反恐中放射性核素走私或脏弹袭击的安保安防等领域。而各种阵列结构的探测系统，如碲锌镉(CdZnTe，CZT)半导体探测器，单种CZT材料可以实现射线在探测器内部反应位置的三维位置灵敏功能，通过特殊的电极设计和读出电子学系统及算法，利用光子与物质发生反应的康普顿散射原理，得到放射性核素射线进入CZT的入射方向，并应用于CZT辐射成像系统中，如康普顿compton相机。这样三维位置灵敏的CZT探测器就能同时实现放射性核素能量测试，核素种类识别，剂量，和放射性核素源在环境中的存在方位测定。
但是CZT探测器的原子序数决定了它与伽马和X射线的反应机制，相对高能量的射线才有越来越明显的康普顿散射反应，可应用于CZT成像装置。但是对于相对低能的光子，反应机制主要是光电吸收，光子被吸收在CZT探测器的表层，不能穿透探测介质，没有散射光子可用来定位射线的入射方向。那么要获得这样的位置信息，通常的解决方案是，在CZT探测器上加编码板，用于辅助判断射线的入射方向；也可以在CZT上面再加一层低原子序数的探测器材料，如Si探测器等，提供中低能射线的散射位置信息。但这些方法都会增加系统的复杂性，带来其它额外的问题，如两维方向的对位精度，上层编码板或探测器的厚度选择等。同时，对于现有的面阵列CZT探测器而言，只在面阵像素阴极面增加的编码板或低原子序数探测器，只能提供这个位置方向进入CZT探测器的中低能射线入射方向，而其它5个方向进入CZT的中低能射线，不会经过编码板或低Z探测器，那仍然无法精确确定这些方向入射到CZT探测器的中低能射线的真实入射方向。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法，用于解决现有技术中的面阵列CZT探测器定向性差，精度有限，无法全方位精确定中低能射线入射方向的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括至少两块面阵列像素探测器板，其中，
所述面阵列像素探测器板包括：
基板，包括相对的正面及背面；
若干个探测介质，位于所述基板的正面上，且于所述基板的正面呈阵列分布；
若干个阳极阵列，位于所述基板与所述探测介质之间，且与所述探测介质一一对应设置；各所述阳极阵列均包括若干个呈阵列分布的阳极像素；
阴极，位于所述探测介质远离所述阳极阵列的一侧，且与所述探测介质一一对应设置；
各所述面阵列像素探测器板经由所述基板背面贴置在一起，或各所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相接构成封闭环形，且各所述基板的背面位于所述封闭环形的内侧。
优选地，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括两块所述面阵列像素探测器板，两块所述面阵列像素探测器板经由所述基板背面贴置在一起。
优选地，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括多块所述面阵列像素探测器板，多块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成多边形封闭环形。
优选地，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括三块所述面阵列像素探测器板，三块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成三角形封闭环形。
优选地，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括四块所述面阵列像素探测器板，四块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成四边形封闭环形。
优选地，所述探测介质包括CdTe探测介质、CdZnTe探测介质、Ge探测介质、GaAs探测介质、HgI2探测介质或TiBr探测介质。
优选地，所述面阵列像素探测器板还包括编码板，所述编码板覆盖于所有所述阴极远离所述探测介质的表面。
优选地，所述面阵列像素探测器板还包括若干个电信号采集放大芯片，位于所述基板的背面，且与所述阳极像素一一对应设置连接。
优选地，所述面阵列像素探测器板还包括散热片，所述散热片贴置于所述电信号采集放大芯片远离所述基板的表面。
本发明还提供一种提高中低能射线探测能力的方法，所述提高中低能射线探测能力的方法包括如下步骤：
1)提供如上述任一方案中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构；
2)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构对中低能射线进行探测。
优选地，步骤2)中包括如下步骤：
2-1)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构进行探测；
2-2)将所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构转动预设角度后进行再次探测。
优选地，步骤2-2)之后，还包括重复步骤2-2)至少一次的步骤。
如上所述，本发明的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法，具有以下有益效果：本发明的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构通过设置至少两块面阵列像素探测器板背靠背贴置在一起或依次首尾相连成封闭环形，可以成倍增加对中低射线入射方向精确侦测的角度范围；本发明提高中低能射线探测能力的方法在对中低能射线进行探测的过程中转动，可以进一步增大对中低射线入射方向精确侦测的角度范围。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的包括两块面阵列像素探测器板的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构的截面结构示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构中的面阵列像素探测器板的俯视结构示意图。
图3至图4显示为本发明实施例一中提供的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构中的面阵列像素探测器板的截面结构示意图。
图5至图6显示为本发明实施例二中提供的包括多块面阵列像素探测器板的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构的截面结构示意图；其中，图5中所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括三块所述面阵列像素探测器板，三块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成三角形封闭环形，图6中所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括四块所述面阵列像素探测器板，四块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成四边形封闭环形。
图7显示为本发明实施例三中提供的提高中低能射线探测能力的方法的流程图。
图8显示为本发明实施例三中提供的提高中低能射线探测能力的方法中以包括两块面阵列像素探测器板的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构进行旋转探测的结构示意图。
元件标号说明
1 提高中低能射线探测能力的多层探测器结构
11 面阵列像素探测器板
111 基板
112 探测介质
113 阴极
114 阳极阵列
1141 阳极像素
115 编码板
116 电信号采集放大芯片
117 散热片
2 射线源
α 提高中低能射线探测能力的多层探测器结构转动的角度
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图3，本实施例提供一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1包括至少两块面阵列像素探测器板11，其中，所述面阵列像素探测器板11包括：基板111，所述基板111包括相对的正面及背面；若干个探测介质112，所述探测介质112位于所述基板111的正面上，且于所述基板111的正面呈阵列分布；若干个阳极阵列114，所述阳极阵列114位于所述基板111与所述探测介质112之间，且与所述探测介质112一一对应设置；各所述阳极阵列114均包括若干个呈阵列分布的阳极像素1141，所述阳极像素1141与所述基板111及所述探测介质112相接触；阴极113，所述阴极113位于所述探测介质112远离所述阳极阵列114的一侧，且与所述探测介质112一一对应设置；各所述面阵列像素探测器板11经由所述基板111背面贴置在一起。
作为示例，本实施例中，如图1所示，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1包括两块所述面阵列像素探测器板11，两块所述面阵列像素探测器板11经由所述基板111背面贴置在一起。当然，在其他示例中，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1还可以包括三个、四个甚至更多个所述面阵列像素探测器板11，多个所述面阵列像素探测器板11经由所述基板111背面贴置在一起。
需要说明的是，图2中仅以所述探测介质112的数量为四个作为示例，而在实际方案中，所述探测介质112的数量可以根据实际需要设定为任意数值，譬如，两个、六个、八个甚至更多个，此处不做限定。
需要进一步说明的是，为了便于显示，图2中并未示出所述探测介质112。
作为示例，所述探测介质包括CdTe探测介质、CdZnTe探测介质、Ge探测介质、GaAs探测介质、HgI2探测介质或TiBr探测介质。
作为示例，所述面阵列像素探测器板11还包括编码板115，所述编码板115覆盖于所有所阴极113远离所述探测介质112的表面。所述编码板115的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不做限定。
作为示例，所述面阵列像素探测器板11还包括若干个电信号采集放大芯片116，位于所述基板111的背面，且与所述阳极像素1141一一对应设置连接，所述电信号采集放大芯片116用于将所述面阵列像素探测器板11产生的电信号采集并放大。需要说明的是，为了便于显示，图4中并未示出所述电信号采集放大芯片116与所述阳极像素1141的连接关系。
作为示例，所述面阵列像素探测器板11还包括散热片117，所述散热片117可以如图4所示贴置于所述电信号采集放大芯片116远离所述基板111的表面，即所述散热片117贴置于所述电信号采集放大芯片116的下表面；当然，在其他示例中，所述散热片117还可以位于所述电信号采集放大芯片116与所述基板111之间，且贴置于所述电信号采集放大芯片116的表面及所述基板111的背面。所述散热片117用于为所述电信号采集放大芯片116及其他功率器件进行散热。所述散热片117的材料为导热性能良好的材料，譬如金属材料等等。
需要进一步说明的是，当所述面阵列像素探测器板11包括所述芯片116及所述散热片117时，两块所述面阵列像素探测器板11经由所述芯片116或所述散热片117贴置于一起。
本实施例通过将两块所述面阵列像素探测器板11经由所述基板111的背面贴置在一起，可以精确定位从所述编码板115所在的两侧入射的中低能射线的方向，相较于现有的只包括一块面阵列像素探测器板的结构，其对中低射线入射方向精确侦测的角度范围扩大了一倍。
实施例二
请结合图1至图4参阅图5及图6，本实施例还提供一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1，本实施例所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1与实施例一中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1的结构大致相同，二者的不同之处在于：实施例一中所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1包括两块所述面阵列像素探测器板11，两块所述面阵列像素探测器板11经由所述基板111背面贴置在一起；而本实施例中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括多块所述面阵列像素探测器板，多块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成多边形封闭环形，且各所述基板的背面位于所述封闭环形的内侧。本实施例中的所述面阵列像素探测器板11与实施例一中所述的面阵列像素探测器板11的结构完全相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
在一示例中，如图5所示，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1包括三块所述面阵列像素探测器板11，三块所述面阵列像素探测器板11的所述基板111依次首尾相连构成三角形封闭环形。
在另一示例中，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1包括四块所述面阵列像素探测器板11，四块所述面阵列像素探测器板11的所述基板111依次首尾相连构成四边形封闭环形。
需要说明的是，在其他示例中，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1还可以包括诸如五块、六块、七块甚至更多块所述面阵列像素探测器板11，多个所述面阵列像素探测器板11的所述基板111依次首尾相连构成五边形、六边形、七边形甚至更多边形封闭环形。
本实施例通过将多块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成多边形封闭环形，且各所述基板的背面位于所述封闭环形的内侧，只有位于所述封闭环形内侧的中低能射线的入射方向无法高精度侦测到，相较于实施例一中所述的包括两块所述面阵列像素探测器板11的结构，进一步扩大了对中低射线入射方向精确侦测的角度范围。
实施例三
请结合图1至图6参阅图7及图8，本实施例还提供一种提高中低能射线探测能力的方法，所述提高中低能射线探测能力的方法包括如下步骤：
1)提供如实施例一或实施例二中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1；
2)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1对中低能射线进行探测。
作为示例，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1的具体结构请参阅实施例一及实施例二，此处不再累述。
作为示例，步骤2)中包括如下步骤：
2-1)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1进行探测；
2-2)将所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1转动预设角度后进行再次探测。
作为示例，步骤2-2)之后，还包括重复步骤2-2)至少一次的步骤。
作为示例，可以根据实际需要以任意一中方式将所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1在360°的空间范围内进行转动，此处不做限定。
请参阅图8，图8中以实施例一中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1作为示例，当所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1水平放置时，若射线源2位于所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1的一侧，此时，所述射线源2发出的射线(如图8中的箭头)就不能被提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1探测到；当所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1沿顺时针旋转一定角度α之后，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1会朝向所述射线源2，所述射线源2发出的射线即可被侦测到。当然，在其他示例中，还可以以实施例二中所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1作为示例，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构1转动的次数及每次转动的角度可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。由此可知，本发明提高中低能射线探测能力的方法在对中低能射线进行探测的过程中转动，可以进一步增大对中低射线入射方向精确侦测的角度范围。
综上所述，本发明的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构及方法，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括至少两块面阵列像素探测器板，其中，所述面阵列像素探测器板包括：基板，包括相对的正面及背面；若干个探测介质，位于所述基板的正面上，且于所述基板的正面呈阵列分布；若干个阳极阵列，位于所述基板与所述探测介质之间，且与所述探测介质一一对应设置；各所述阳极阵列均包括若干个呈阵列分布的阳极像素；阴极，位于所述探测介质远离所述阳极阵列的一侧，且与所述探测介质一一对应设置；各所述面阵列像素探测器板经由所述基板背面贴置在一起，或各所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相接构成封闭环形，且各所述基板的背面位于所述封闭环形的内侧。本发明的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构通过设置至少两块面阵列像素探测器板背靠背贴置在一起或依次首尾相连成封闭环形，可以成倍增加对中低射线入射方向精确侦测的角度范围；本发明提高中低能射线探测能力的方法在对中低能射线进行探测的过程中转动，可以进一步增大对中低射线入射方向精确侦测的角度范围。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括至少两块面阵列像素探测器板，其中，
所述面阵列像素探测器板包括：
基板，包括相对的正面及背面；
若干个探测介质，位于所述基板的正面上，且于所述基板的正面呈阵列分布；
若干个阳极阵列，位于所述基板与所述探测介质之间，且与所述探测介质一一对应设置；各所述阳极阵列均包括若干个呈阵列分布的阳极像素；
阴极，位于所述探测介质远离所述阳极阵列的一侧，且与所述探测介质一一对应设置；
各所述面阵列像素探测器板经由所述基板背面贴置在一起，或各所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相接构成封闭环形，且各所述基板的背面位于所述封闭环形的内侧。
2.根据权利要求1所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括两块所述面阵列像素探测器板，两块所述面阵列像素探测器板经由所述基板背面贴置在一起。
3.根据权利要求1所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括多块所述面阵列像素探测器板，多块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成多边形封闭环形。
4.根据权利要求3所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括三块所述面阵列像素探测器板，三块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成三角形封闭环形。
5.根据权利要求3所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构包括四块所述面阵列像素探测器板，四块所述面阵列像素探测器板的所述基板依次首尾相连构成四边形封闭环形。
6.根据权利要求1所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述探测介质包括CdTe探测介质、CdZnTe探测介质、Ge探测介质、GaAs探测介质、HgI2探测介质或TiBr探测介质。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述面阵列像素探测器板还包括编码板，所述编码板覆盖于所有所述阴极远离所述探测介质的表面。
8.根据权利要求7所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述面阵列像素探测器板还包括若干个电信号采集放大芯片，位于所述基板的背面，且与所述阳极像素一一对应设置连接。
9.根据权利要求8所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构，其特征在于，所述面阵列像素探测器板还包括散热片，所述散热片贴置于所述电信号采集放大芯片远离所述基板的表面。
10.一种提高中低能射线探测能力方法，其特征在于，所述提高中低能射线探测能力的方法包括如下步骤：
1)提供如权利要求1至9中任一项所述的提高中低能射线探测能力的多层探测器结构；
2)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构对中低能射线进行探测。
11.根据权利要求10所述的提高中低能射线探测能力的方法，其特征在于，步骤2)中包括如下步骤：
2-1)采用所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构进行探测；
2-2)将所述提高中低能射线探测能力的多层探测器结构转动预设角度后进行再次探测。
12.根据权利要求11所述的提高中低能射线探测能力的方法，其特征在于，步骤2-2)之后，还包括重复步骤2-2)至少一次的步骤。
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