CN109073764A - 在闪烁体表面上布置的光电传感器 - Google Patents
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Abstract
一种辐射检测器可以包括闪烁体,闪烁体具有相对的端表面和多个设置在所述闪烁体的端表面上的分立光电传感器。在一个实施例中,光电传感器设置在端表面的角落处或沿着端表面的周边边缘设置,而不是设置在端表面的中心处。在一个实施例中,多个分立光电传感器可以覆盖闪烁体的端表面的表面积的至多80%,并且可以不覆盖闪烁体的端表面的中心。在另一个实施例中,可以选择单片闪烁体的纵横比以改善能量分辨率。
Description
技术领域
本公开涉及在闪烁体上布置光电传感器以及在辐射检测器中使用这种闪烁体和光电传感器的方法。
背景技术
基于闪烁体的检测器用于各种应用,包括核物理研究、石油勘探、野外光谱学、容器和行李扫描以及医学诊断。当基于闪烁体的检测器的闪烁体材料暴露于电离辐射时,闪烁体材料捕获入射辐射和闪烁的能量,以光子的形式发射所捕获的能量。基于闪烁体的检测器的光电传感器探测所发射的光子。辐射探测设备可以出于许多不同的原因分析脉冲。需要持续的改进。
附图说明
实施例通过示例的方式示出,但并不局限于附图。
图1包括根据本文描述的某些实施例的设置在闪烁体的单个表面上的多个光电传感器的图示。
图2包括根据本文描述的某些实施例的设置在闪烁体的相对表面上的多个光电传感器的图示。
图3包括根据本文描述的某些实施例的设置在闪烁体和多个光电传感器之间的光学窗口的图示。
图4包括根据本文描述的某些实施例的以角部配置布置的多个光电传感器的图示。
图5包括根据本文描述的某些实施例的以边缘配置布置的多个光电传感器的图示。
图6包括根据本文描述的对比实例以中心配置布置的多个光电传感器的图示。
图7包含根据本文中所描述的实施例的分析器装置的图示。
图8包括实例2的曲线图,其绘制脉冲高度与光电传感器占据的累积表面积的关系图。
图9包括实例2的曲线图,其绘制了能量分辨率与光电传感器占据的累积表面积的关系图。
图10包括实例3的曲线图,其绘制了光收集效率和R转移与闪烁体的纵横比的关系图。
图11包括实例3的曲线图,其绘制了脉冲高度与闪烁体的纵横比的关系图。
本领域技术人员将理解,附图中的元件是为了简单和清楚而示出的,并不一定是按比例绘制。举例来说,图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件而放大以帮助改善对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
提供结合图的以下描述以辅助理解本文中公开的教导。以下讨论将集中于本教导的具体实施方式和实施例。提供这种焦点以帮助描述教导内容并且不应该被解释为对教导内容的范围或适用性的限制。
如本文所用,除非另有说明,术语“能量分辨率”(也称为脉冲高度分辨率PHR)是指通过记录表示源的活动的光谱作为能量的函数来测量的参数,该光谱描述了峰值的半峰全宽(“FWHM”)除以能量(峰值最大值的横坐标)乘以100%,得到PHR百分比——PHR越低,光谱分辨率越好。
如本文所使用的,术语“包含(comprises/comprising)”、“包括(includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其它变体意在涵盖非排他性的包括内容。举例来说,包括一列特征的工艺、方法、物品或设备不一定仅限于那些特征,而是可包含没有明确列出的其它特征或所述工艺、方法、物品或设备所固有的其它特征。此外,除非有相反的明确说明,否则“或”是指包括性的或而不是指排他性的或。举例来说,条件A或B由以下中的任一个满足:A真(或存在)并且B假(或不存在)、A假(或不存在)并且B真(或存在)以及A和B都是真的(或存在)。
“一个(a/an)”用于描述本文所描述的元件和部件。这仅仅是为了方便起见并且给出对本发明范围的一般理解。除非显而易见指的是其它情况,否则这一描述应理解为包含一个或至少一个,并且单数也包含复数,或反之亦然。
除非另外定义,否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属的领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的并且不意欲是限制性的。在本文未描述的程度上,关于具体材料和加工行为的许多细节是常规的,并且可以在闪烁和辐射探测技术内的教科书和其它来源中找到。
发明人已经开发了应用于闪烁体的光电传感器的布置,以提高光收集效率和能量分辨率。光电传感器,例如基于半导体的光电传感器,可以非常小并且可以以阵列形式各个地读出。因此,这种光电传感器可以以各种图案布置在闪烁体的表面上,而不覆盖表面的整个面积。如下面将更详细讨论的,光电传感器在闪烁体表面上的布置可包括将光电传感器放置在闪烁体表面的每个角落或沿着周边边缘放置,而不是放置在闪烁体表面的中心。另外,可以选择闪烁体的纵横比以改善能量分辨率。
参考图1至图3,辐射检测器10可包括闪烁体20和设置在闪烁体表面22上的光电传感器系统30。在图1所示的实施例中,光电传感器系统30仅放置在闪烁体表面22上。在一个实施例中,光电传感器也可以设置在闪烁体20的侧表面23上。
在图1所示的实施例中,光电传感器30不覆盖闪烁体表面22的整个面积。在一个实施例中,光电传感器系统30可以占据闪烁体表面22的表面积的至多80%、或至多60%、或至多40%、或至多30%、或至多25%的累积面积。此外,光电传感器系统30可占据闪烁体表面22的总面积的至少1%、或至少5%、或至少10%、或至少15%、或至少20%的累积面积。此外,光电传感器系统30可以占据上述最小值和最大值中的任何一个的范围内的累积面积,例如闪烁体表面的总面积的1%至80%、或10%至40%。例如,15%至30%或甚至20%至25%的总覆盖率可以实现与NaI(Tl)闪烁体的100%覆盖率大致相同的能量分辨率。在图1和2中所示的实施例中,光电传感器系统30不占据闪烁体表面22的中心点的距离内的任何区域,该距离是从闪烁体表面22的中心点到闪烁体表面22的最近周边边缘的距离的10%。在一个实施例中,累积面积可以表示光电传感器系统占据的总面积或光电传感器系统的总有效面积。
在一个实施例中,光电传感器系统30可以包括分立光电传感器31或多个分立光电传感器31,每个光电传感器31分别布置在表面22上。分立光电传感器31可包括固态光电传感器,例如基于半导体的光电传感器。基于半导体的光电传感器可包括例如Si、SiC、GaN、InP、CdTe或其任何组合中的至少一种。在特定实施例中,分立光电传感器31可包括硅基光电传感器。
在一个实施例中,如图3所示,光学窗口11可以设置在闪烁体20和光电传感器31之间。光学窗口11可以透射由闪烁体20发出的闪烁光。在特定实施例中,光学窗口11可包括聚合物膜、矿物玻璃、蓝宝石、氧氮化铝、尖晶石或其任何组合。在更具体的实施例中,光学窗口11可包括厚度不大于300微米的超薄矿物玻璃。
此外,光学耦合材料层可以设置在光电传感器31、闪烁体20、光学窗口11(如果存在)或其任何组合上。在一个实施例中,光学耦合材料可包括设置在闪烁体20和光电传感器31之间的油脂、树脂、粘合剂或其任何组合。光学耦合材料也可以透射由闪烁体20发出的闪烁光。
在一个实施例中,光电传感器系统30可包括设置在闪烁体表面22的角部处的分立光电传感器31。在图1所示的实施例中,在角部配置中,光电传感器系统30包括设置在每个角处的分立光电传感器。在图5所示的实施例中,在边缘配置中,光电传感器系统30包括在每个角部处并且沿着闪烁体表面22的每个周边边缘设置的分立光电传感器31。边缘配置可包括跨越每个周边边缘的单个分立光电传感器31或并排布置以跨越每个周边边缘的多个分立光电传感器。此外,图1至5示出了具有矩形或正方形形状的分立光电传感器31。在另一个实施例(未示出)中,分立光电传感器31可以具有通常适合于靠近角落或沿着闪烁体表面22的周边边缘的区域的替代形状。例如,分立光电传感器31可以具有三角形形状,使得三角形形状的角部设置在闪烁体表面22的角部。
在一个实施例中,光电传感器系统30可以包括分立光电传感器31,其布置成使得分立光电传感器31的周边边缘与闪烁体表面22的最近的周边边缘齐平。尽管使分立光电传感器31的周边边缘尽可能靠近闪烁体表面22的最近周边边缘可能是有利的,但是在特定应用中可能无法实现齐平边缘。在另一个实施例中,可以布置分立光电传感器31,使得分立光电传感器31的周边边缘与闪烁体表面22的最近边缘间隔开。在一个实施例中,从分立光电传感器31的周边边缘到闪烁体表面22的最近周边边缘的最短距离为至多3mm、或至多2mm、或至多1mm。如果不是齐平的,则从分立光电传感器31的周边边缘到闪烁体表面22的最近边缘的最短距离可以是至少1微米。
此外,从分立光电传感器31的周边边缘到闪烁体表面22的最近周边边缘的最短距离可以是从闪烁体表面22的最近的周边边缘到闪烁体表面22的中心点的最短距离的至多10%、或至多8%、或至多6%、或至多4%、或者至多2%。如果不是齐平的,则从分立光电传感器31的周边边缘到闪烁体表面22的最近周边边缘的最短距离可以是从闪烁体表面22的最近周边边缘到闪烁体20的中心点的最短距离的至少0.1%。
在一个实施例中,闪烁体表面22可以具有多边形形状、弓形形状、不规则形状等。在一个实施例中,闪烁体表面22具有多边形形状,该多边形形状具有多个角,例如至少3个角或至少4个角。在一个实施例中,多边形形状具有至多10个角、或至多9个角、或至多8个角。此外,在特定实施例中,多边形形状包括矩形形状,并且在图1和2中所示的实施例中,闪烁体表面22具有正方形形状。在另一个实施例中,闪烁体表面22具有椭圆形形状或圆形形状。在阅读本说明书之后,本领域普通技术人员将想到闪烁体表面22的各种不同的形状。
在一个实施例中,闪烁体表面22可具有至少500mm2、或至少700mm2、或至少900mm2的面积。在一个实施例中,表面22可以具有至多40000mm2的面积、或至多30000mm2、或至多20000mm2。例如,表面22可具有在上述最小值和最大值中的任何值的范围内的面积,例如500至40000mm2、或700至30000mm2、或900至20000mm2。
在一个实施例中,闪烁体表面22可以具有通过取从闪烁体表面22的中心点到闪烁体表面22的每个周边边缘的最短距离的平均值来计算的平均宽度Ws。对于诸如圆形或椭圆形的弧形形状,通过取沿长轴的直径和沿短轴的直径的平均值来计算平均宽度Ws。在一个实施例中,闪烁体表面22具有至少10mm、或至少15mm、或至少20mm的平均宽度Ws。在另一个实施例中,表面22具有至多600mm、或至多500mm、或至多400mm的平均宽度Ws。此外,表面22可以具有在任何上述最小值或最大值的范围内的平均宽度Ws,例如15至600mm、或20至500、或20至400mm。
在一个实施例中,光电传感器系统30可以设置在闪烁体20的多于一个表面上。在一个实施例中,光电传感器系统30可以设置在相对的闪烁体表面上,每个闪烁体表面上设置有分立光电传感器31。在图2所示的实施例中,分立光电传感器31仅设置在相对的闪烁体表面22和24上。闪烁体表面24和设置在闪烁体表面24上的分立光电传感器31可以具有上面关于闪烁体表面22以及设置在闪烁体表面22上的分立光电传感器31描述的一个或多个特征。闪烁体表面22和24的尺寸和形状可以相同或不同。例如,闪烁体表面22和24的形状可以是相同的,而表面22和24的尺寸是不同的,例如锥形或金字塔形的平截头体。此外,闪烁体表面22和24上的分立光电传感器31的布置可以相同或不同。
闪烁体20可以具有从闪烁体表面22到闪烁体表面24测量的长度L。在一个实施例中,长度L大于或等于闪烁体表面22的平均宽度Ws。在一个实施例中,长度L可以是至少10mm、或至少20mm、或至少30mm。在另一个实施例中,长度L可以是至多5000mm、或至多4000mm、或至多3000mm。此外,长度L可以在任何上述最小值和最大值的范围内,例如10至5000mm、或20至4000mm、或30至3000mm。然而,虽然闪烁体可具有上述讨论值内的长度L,但在阅读本说明书之后,本领域普通技术人员将理解本文所讨论的光电传感器系统30如何应用于长度L小于或大于上面讨论的值的闪烁体的表面。
在一个实施例中,闪烁体20可以是尺寸为至少25mm×25mm×25mm或至少50mm×50mm×50mm的立方体。在一个实施例中,闪烁体20可以是尺寸为至少25mm×25mm×50mm;或至少50mm×50mm×100mm;或至少50mm×100mm×400mm;或至少100mm×100mm×400mm的长方体。在一个实施例中,闪烁体20可以是直径为至少25mm、或至少50mm、或至少75mm、或至少100mm、或至少125mm并且长度至少25mm、或至少50mm、或至少75mm、或至少100mm、或至少125mm的圆柱体。在特定实施例中,圆柱体的长度L与圆柱体的闪烁体表面22的平均宽度Ws相同。在另一个实施例中,圆柱体的长度L大于圆柱体的闪烁体表面22的直径,甚至至少是圆柱体直径的两倍。
在一个实施例中,如先前在本公开中所讨论的,通过选择具有适当纵横比的闪烁体,可以实现能量分辨率的显着改善。如这里所使用的,闪烁体20的纵横比等于闪烁体20的长度L除以闪烁体表面22的平均宽度Ws。在一个实施例中,随着闪烁体20的纵横比从大约1增加,能量分辨率降低,这是期望的。例如,在一个实施例中,闪烁体20的纵横比为至少1、或至少1.2、或至少1.4、或至少1.6、或至少1.8。在一个实施例中,如果纵横比太高,则能量分辨率可能开始增加,这是不希望的。例如,在一个实施例中,闪烁体20的纵横比可以是至多7、或至多6.5、或至多6、或至多5.5。此外,闪烁体20的纵横比可以在任何上述最小值和最大值的范围内,例如1.2至7、或1.4至6.5、或1.6至6、或1.8至5.5。
与包括具有在这些范围之外的纵横比的闪烁体的辐射检测器相比,包括具有在上述范围内的纵横比的闪烁体的辐射检测器可以显示能量分辨率的降低。例如,对于至多6.75%的能量分辨率,闪烁体20可以具有1至7的纵横比;对于能量分辨率至多6.65%,闪烁体20可以具有1.4至6.2的纵横比;并且对于至多6.55的能量分辨率,闪烁体20可以具有2至5.5的纵横比。在阅读说明书之后,本领域普通技术人员将理解,纵横比和能量分辨率的相对改进可取决于所使用的闪烁体和分立光电传感器31的特定组成。
此外,闪烁体20可以包括特别适合于特定应用的闪烁体材料,只要光电传感器30可以设置在闪烁体20上即可。在一个实施例中,闪烁体材料是无机闪烁体材料。例如,无机闪烁体材料可包括碘化钠、碘化铯、锗酸铋、溴化镧、溴化铈、氯化镧,氧正硅酸镥、氧正硅酸镥钇、溴化铯锂镧、溴氯化铯锂镧、氯化铯锂钇或其任何组合。在另一个实施例中,闪烁体是有机闪烁体材料。例如,有机闪烁体材料可包括塑料闪烁体、蒽、芪或其任何组合。在一个实施例中,闪烁体20可以是单片闪烁体。
本文描述的辐射检测器的优点包括实现改进的性能,同时光电传感器累积地占据小于闪烁体表面的整个面积。例如,辐射检测器10可以具有改进的单端光收集效率和双端光收集效率。如本文所用,术语“单端”,至少在关于辐射检测器10的性能参数使用时,是指从闪烁体的单个端表面获得的测量,以及术语“双端”,至少当关于辐射检测器的性能参数使用时,是指从闪烁体的两个相对的端表面获得的测量值。
辐射检测器10还可以包括电耦合到光电传感器30的分析器装置,如图7所示。分析器装置262可以包括硬件并且可以至少部分地以软件、固件或其组合形式来实施。在一个实施例中,硬件可以包括在现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、另一种集成电路内的或在印刷电路板或另一种合适的装置上的或其任何组合的多个电路。分析器装置262还可以包括缓冲器以用于在分析数据、写入存储、读取、传输到另一个组件或装置之前临时存储数据,对数据执行另一个合适的动作或其任何组合。
在图7中所说明的实施例中,所述分析器装置262可包含耦合到光电传感器系统30的放大器422,使得可在分析之前放大来自光电传感器系统30的电子脉冲。放大器422可以耦合到可以数字化电子脉冲的模数转换器(ADC)424。ADC424可以耦合到脉冲形状甄别(PSD)模块442。在特定实施例中,PSD模块442可以包括FPGA或ASIC。在特定实施例中,PSD模块442可以包括用于分析电子脉冲的形状并确定电子脉冲是对应于中子还是γ辐射的电路。在一更特定实施例中,PSD模块442可使用电子脉冲、源自电子脉冲的信息和来自温度传感器的温度以及查找表来确定电子脉冲是否对应于中子或γ辐射。查找表可以是FPGA或ASIC的一部分或者可以在另一个装置中,如集成电路、磁盘驱动器或合适的永久存储器装置。
分析器装置262可进一步包括中子计数器462和γ辐射计数器464。如果PSD模块442确定电子脉冲对应于中子,那么PSD模块442使中子计数器462递增。如果PSD模块442确定电子脉冲对应于γ辐射,那么PSD模块442使γ辐射计数器464递增。虽然图6示出双模式辐射检测器,但在其他实施例中,辐射检测器可以是单模式辐射检测器,并且分析器可以仅包括中子计数器462或γ辐射计数器464中的一个,或者辐射检测器可以用于基于脉冲能量识别特定材料。
如前所述的任何闪烁体可用于各种应用中。示例性应用包括用于安全应用的辐射检测器、油井测井检测器、γ射线光谱、同位素识别、单正电子发射计算机断层扫描(SPECT)或正电子发射断层扫描(PET)分析、以及X射线成像。用于安全应用的辐射检测器可包括门控监视器辐射检测器、手持辐射检测器和个人辐射检测器。
许多不同方面和实施例都是有可能的。本文描述那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后,技术人员将了解,那些方面和实施例仅是说明性的并且不限制本发明的范围。另外,所属领域的技术人员将理解,包括模拟电路的一些实施例可以类似地使用数字电路来实施,并且反之亦然。实施例可以与如下所列的实施例中的任何一种或多种一致。
实施例1.一种辐射检测器,包括:
具有第一表面的闪烁体;和
一种光电传感器系统,包括设置在第一表面上的分立光电传感器,使得从分立光电传感器的周边边缘到第一表面的最近周边边缘的最短距离是从第一表面的最近周边边缘到第一表面的中心点的最短距离的至多10%,并且至少下列之一:
光电传感器系统占据第一表面的表面积的至多80%的累积面积,和光电传感器系统不占据第一表面的中心点的距离内的任何区域,该距离是从第一表面的中心点到第一表面的最近周边边缘的距离的10%。
实施例2.根据实施例1所述的辐射检测器,其中从分立光电传感器的周边边缘到第一表面的最近周边边缘的最短距离为从第一表面的最近周边边缘到第一表面的中心点的最短距离的至多8%、至多6%、或至多4%、或至多2%。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中从所述分立光电传感器的周边边缘到所述第一表面的最近周边边缘的最短距离为至多3mm、或至多2mm、或至多1mm。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体是多面体闪烁体。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中端表面中的至少一个具有包括矩形的多边形形状。
实施例6.根据实施例5所述的放射线检测器,其中多边形形状是正方形。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体是立方体。
实施例8.根据实施例7所述的辐射检测器,其中立方体具有至少25mm×25mm×25mm或至少50mm×50mm×50mm的尺寸。
实施例9.根据实施例1至6中任一项所述的辐射检测器,其中闪烁体是长方体。
实施例10.根据实施例8所述的辐射检测器,其中长方体的宽度x高度x长度尺寸为至少25mm×25mm×50mm;或至少50mmx 50mmx 100mm;或至少50mm×100mm×400mm;或至少100mm×100mm×400mm。
实施例11.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中第一表面具有角部,并且分立光电传感器设置在第一表面的角部。
实施例12.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述光电传感器系统包括设置在所述第一表面上的多个分立光电传感器。
实施例13.根据实施例12所述的辐射检测器,其中第一表面具有多个角部和连接角部的周边边缘,并且多个分立光电传感器仅设置在第一表面的角部处。
实施例14.根据实施例12所述的辐射检测器,其中第一表面具有多个角部和连接角部的周边边缘,并且多个分立光电传感器设置在每个角部处并沿着第一表面的周边边缘。
实施例15.根据实施例14所述的辐射检测器,其中多个分立光电传感器仅设置在第一表面的角部处和沿着第一表面的周边边缘。
实施例16.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中光电传感器系统仅包括设置在第一表面上的多个分立光电传感器。
实施例17.根据实施例1至15中任一个所述的辐射检测器,其中闪烁体具有与第一表面相对的第二表面,并且光电传感器系统包括设置在第一表面上的第一多个分立光电传感器和设置在第二表面上的第二多个分立光电传感器。
实施例18.根据实施例17所述的辐射检测器,其中第一和第二多个分立光电传感器以相同的布置分别设置在第一和第二表面上。
实施例19.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中设置在第一表面上的分立光电传感器的总有效面积为第一表面的表面积的至少1%,或至少5%或至少10%,或至少15%,或者在至少20%。
实施例20.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中设置在第二表面上的分立光电传感器的总有效面积为第二表面的表面积的至多80%,或至多60%或至多40%,或至多30%,或者在最多25%。
实施例21.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中设置在第二表面上的分立光电传感器的总有效面积在第二表面的表面积的1%至80%、或10%至40%、或15%至30%、或20至25%的范围内。
实施例22.根据实施例19至21中任一项所述的辐射检测器,其中在第一和第二表面中的每一个上的分立光电传感器的总有效面积是相同的。
实施例23.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述光电传感器包括基于半导体的光电倍增管。
实施例24.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述光电传感器包括硅基光电倍增管。
实施例25.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体包括无机闪烁体材料。
实施例26.根据实施例25所述的辐射检测器,其中无机闪烁体材料包括碘化钠、碘化铯、锗酸铋、溴化镧、溴化铈、氯化镧,氧正硅酸镥、氧正硅酸镥钇、溴化铯锂镧、溴氯化铯锂镧、氯化铯锂钇或其任何组合。
实施例27.根据实施例1至24中任一项所述的辐射检测器,其中闪烁体包括有机闪烁体材料。
实施例28.根据实施例27所述的辐射检测器,其中有机闪烁体材料包括蒽、芪或塑料。
实施例29.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中至少一个光电传感器设置在所述闪烁体的侧表面上。
实施例30.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体具有至少1、或至少1.2、或至少1.4、或至少1.6、或至少1.8的纵横比,所述纵横比等于闪烁体的长度L除以第一表面的平均宽度Ws。
实施例31.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体具有至多7、或至多6.5、或至多6、或至多5.5的纵横比,所述纵横比等于所述闪烁体的长度L除以第一表面的平均宽度Ws。
实施例32.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体的纵横比在1.2至7、或1.4至6.5、或1.6至6、或1.8至5.5的范围内,所述纵横比等于闪烁体的长度L除以第一表面的宽度Ws。
实施例33.根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,其中光学窗口设置在闪烁体和光电传感器系统之间。
实施例34.根据实施例33所述的辐射检测器,其中光学窗口包括聚合物膜、矿物玻璃、蓝宝石、氧氮化铝、尖晶石或其任何组合。
实施例35.根据实施例34所述的辐射检测器,其中光学窗口包括矿物玻璃并且具有不大于300微米的厚度。
实施例36.一种辐射检测装置,包括
根据前述实施例中任一项所述的辐射检测器,和
电耦合到所述光电传感器的分析器装置。
实施例37.根据实施例36所述的辐射检测装置,其中所述辐射检测装置包括安全检测装置、测井检测装置、γ射线光谱装置、同位素识别装置、单正电子发射计算机断层扫描(SPECT)分析装置、正电子发射断层扫描(PET)分析装置和x射线成像装置中的一种。
实例
实例仅借助于说明给出,且不限制如所附权利要求中所限定的本发明的范围。
实例1
基于闪烁体表面上的分立光电传感器的布置,进行模拟以确定检测器性能的变化。该模拟基于立方形NaI闪烁体,其尺寸为4英寸(约10.2cm)×4英寸(约10.2cm)×16英寸(约40.6cm),并且多个分立光电传感器以角部配置(参见图4)、边缘配置(参见图5)和中心配置(参见图6)放置在立方体NaI闪烁体的一个表面或相对表面上。
通过脉冲响应函数(IRF)的宽度量化检测器性能改进。出于说明的目的,“脉冲”是模拟中的在闪烁体内产生相同数量光子的脉冲集合。换句话说,产生一组能量分辨率为0%的光脉冲。当闪烁光在检测器内部周围传播时,光电传感器从每个脉冲收集的光量将由于几何形状将施加在随机光子路径上的吸收和消光的变化而变化。因此,即使能量分辨率从0%开始,来自闪烁体的不同部分的光收集的变化将使能量分辨率恶化。这种恶化在IRF中被捕获,其具有非零FWHM。当IRF FWHM较窄时,检测器性能得到改善。基于IRF FWHM的能量分辨率(在此称为“R转移”)使用以下公式计算:其中模式平均值是指收集的光子数量的分布。随着R转移减少,检测器性能被认为改善。
在表1中提供的单端配置和R转移结果以及双末端配置和R转移结果列于表2中。对于表1和2,术语“SiPM”是指具有6×6mm2有效面积的硅光电倍增管,术语“PMT”是指3.5英寸光电倍增管。
表1
表2
如模拟结果所示,中心配置似乎是三种配置中最不利的。然而,当光电传感器处于角部配置时R转移减小,而当光电传感器处于边缘配置时甚至减小更多,表明可以在闪烁体表面的角落和边缘处更好地检测到光子,而不是中心。
实例2
在暴露于来自Cs-137γ射线源的662keVγ射线的立方体NaI(T1)闪烁体上获取数据。立方体NaI(T1)闪烁体各自具有2英寸(约5cm)×2英寸(约5cm)×2英寸(约5cm)的尺寸。将光电传感器(SiPM,型号:SensL 60035c,27.5V偏压)放置在每个立方体NaI(T1)闪烁体的表面上,处于角部配置(参见图4)或中心配置(参见图6)。对于每种配置,测试一系列立方体NaI(T1)闪烁体,其中光电传感器对表面的累积覆盖度逐渐增加。在图8的图中提供了每个立方体NaI(T1)闪烁体的总表面积的所覆盖的累积表面积百分比和脉冲高度以及在图9的图中示出了每个闪烁体的总表面积的所覆盖的累积表面积百分比和能量分辨率。图8的图表表明,对于给定量的表面覆盖,当SiPM处于角部配置时,相对于中心配置,所收集的光量(与脉冲高度成比例)更大。图9的图表表明当SiPM处于角部配置时,相对于中心配置,能量分辨率也更好。
实例3
进行模拟以基于闪烁体的纵横比确定检测器性能改善。该模拟基于具有不同纵横比但每个具有约6.5cm2体积的立方NaI闪烁体。将每个具有6×6mm2的有效面积的多个硅光电倍增管(SiPM)以角部配置放置在立方形闪烁体的一个端表面上(参见图4)。每个光电传感器的有效面积为6×6mm2。
如实例1中所述,使用R转移定量检测器性能。
不同的纵横比和R转移结果在下表3中提供。
表3
如模拟结果所示,R转移通常随着纵横比接近4而减小。此外,当纵横比在1.5至6的范围内时,R转移小于1.5%,而在纵横比在2至5的范围内时,R转移小于1%。另外,图10和11包括各种性能参数与纵横比的关系图。在图10中,光收集效率(%)在左轴上并且由包括圆的线表示,R转移(%)在右轴上并且由包括正方形的线表示,每条线随着水平轴上的纵横比从左向右增加进行测量。光收集效率是指到达光电传感器并与脉冲高度成比例的光子的分数。在图11中,662keV(%)处的PHR在左轴上并且随着水平轴上的纵横比从左到右增加而被测量。随着百分比增加,光收集效率提高,而随着百分比降低,几何非均匀性和能量分辨率提高。因此,如图10和11所示,性能随着纵横比接近4而增加,例如在1至7或甚至1.5至6的范围内。
注意,并非需要以上在一般描述或实例中所描述的所有活动,可能不需要具体活动的一部分,并且除了所描述的那些之外还可以进行一个或多个进一步的活动。更进一步地,活动列出的顺序不一定是其进行的顺序。
上面已经针对具体实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而,可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的益处、优点、问题的解决方案和任何特征不应被解释为任何或所有权利要求书的关键、必需或基本特征。
本文所描述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和说明不旨在用作使用本文描述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。为了清楚起见而在此处单独实施例的上下文中描述的特定特征也可以在单个实施例中以组合形式提供。相反地,在单个实施例的上下文中为了简洁起见而描述的各种特性也可以单独地或以任何子组合形式提供。此外,对以范围形式陈述的值的引用包括在所述范围内的每个值。只有在阅读本说明书之后,许多其它实施例对于技术人员才是显而易见的。可以使用并从本公开中获得其它实施例,使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其它改变。因此,本公开应被视为说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种辐射检测器,包括:
具有第一表面的闪烁体;和
光电传感器系统,其包括设置在所述第一表面上的分立光电传感器,使得从所述分立光电传感器的周边边缘到所述第一表面的最近周边边缘的最短距离是从所述第一表面的最近周边边缘到所述第一表面的中心点的最短距离的至多10%,并且至少下列之一:
所述光电传感器系统占据所述第一表面的表面积的至多80%的累积面积,和
所述光电传感器系统不占据所述第一表面的中心点的距离内的任何区域,该距离是从所述第一表面的中心点到所述第一表面的最近周边边缘的距离的10%。
2.根据权利要求1所述的辐射检测器,其中从所述分立光电传感器的周边边缘到所述第一表面的最近周边边缘的所述最短距离为从所述第一表面的最近周边边缘到所述第一表面的中心点的最短距离的至多8%、至多6%、或至多4%、或至多2%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中从所述分立光电传感器的周边边缘到所述第一表面的最近周边边缘的所述最短距离为至多3mm、或至多2mm、或至多1mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体是多面体闪烁体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述第一表面具有角部,并且所述分立光电传感器设置在所述第一表面的角部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述光电传感器系统包括设置在所述第一表面上的多个分立光电传感器。
7.根据权利要求6所述的辐射检测器,其中所述第一表面具有多个角部和连接角部的周边边缘,并且所述多个分立光电传感器仅设置在所述第一表面的角部处。
8.根据权利要求6所述的辐射检测器,其中所述第一表面具有多个角部和连接角部的周边边缘,并且所述多个分立光电传感器设置在每个角部处并沿着所述第一表面的周边边缘。
9.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中:
所述闪烁体具有与所述第一表面相对的第二表面;
所述光电传感器系统包括设置在所述第一表面上的第一多个分立光电传感器和设置在所述第二表面上的第二多个分立光电传感器;和
所述第一和第二多个分立光电传感器以相同的布置分别设置在所述第一和第二表面上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中设置在所述第二表面上的分立光电传感器的总有效面积为所述第二表面的表面积的至多80%,或至多60%或至多40%,或至多30%,或者在最多25%。
11.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体具有至少1、或至少1.2、或至少1.4、或至少1.6、或至少1.8的纵横比,所述纵横比等于所述闪烁体的长度L除以所述第一表面的平均宽度Ws。
12.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体具有至多7、或至多6.5、或至多6、或至多5.5的纵横比,所述纵横比等于所述闪烁体的长度L除以所述第一表面的平均宽度Ws。
13.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中所述闪烁体的纵横比在1.2至7、或1.4至6.5、或1.6至6、或1.8至5.5的范围内,所述纵横比等于所述闪烁体的长度L除以所述第一表面的宽度Ws。
14.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,其中光学窗口设置在所述闪烁体和所述光电传感器系统之间。
15.一种辐射检测装置,其包括
根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器,和
电耦合到所述光电传感器的分析器装置,
其中所述辐射检测装置包括安全检测装置、测井检测装置、γ射线光谱装置、同位素识别装置、单正电子发射计算机断层扫描(SPECT)分析装置、正电子发射断层扫描(PET)分析装置和x射线成像装置中的一种。
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