CN110062896A

CN110062896A - 用于测量辐射的装置

Info

Publication number: CN110062896A
Application number: CN201780077102.5A
Authority: CN
Inventors: 里斯托·奥拉瓦
Original assignee: Sunsnight Corp
Current assignee: Sunsnight Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-07-26
Also published as: GB2557926A; GB201621498D0; GB2557926B; EP3555667A1; CA3045514A1; AU2017378207A1; JP2020502511A; US20200012000A1; KR20190109400A; WO2018109276A1

Abstract

公开了一种用于测量辐射的装置(102)。该装置包括至少部分地光学透明的第一元件(120)。部分地光学透明的第一元件(120)包括至少第一组的粒子簇，其中第一组的粒子簇布置成彼此相距第一距离并且第一组的粒子簇能够将第一类型的辐射至少部分地转换为具有第一特征波长带的光子。该装置还包括：光检测器(140)，该光检测器被布置成测量从第一组的粒子簇所发射的光强度；以及处理器(150)，该处理器被配置成使用所测量的光强度来确定第一类型的辐射的量。至少部分地光学透明的元件(120)是聚合物片。

Description

用于测量辐射的装置

技术领域

本公开一般涉及辐射检测，并且更具体地涉及一种用于测量辐射的装置以及一种用于制造用于这种辐射测量的光学元件的方法。

背景技术

辐射可以包括诸如γ射线和X射线这样的电离辐射以及其包括微波和无线电波的低能量非电离辐射。显而易见的是世界各地的人们每天都会受到辐射。这种情况可能包括：暴露于微波炉所发射的微波、X射线机所发射的X射线、无线电和电视所发射的无线电波；暴露于来自放射源的α粒子、β粒子、以及中子等等。还显而易见的是适度暴露于低能量非电离辐射可能对人体无害，然而，长期暴露于即使相对低水平的电离辐射(诸如α粒子、β粒子、以及其它带电粒子)或中子也被认为是辐射危害。因此，对这种有害辐射的检测对于确保人身安全是至关重要的。

X射线、γ射线、α粒子、β粒子、或中子的自发或诱发发射的特征是不同原子及其同位素，并且可用于识别同位素。

可使用诸如盖革计数器、电离室、闪烁计数器、中子检测器等这样的辐射检测器来检测辐射。闪烁计数器是其主要包括用于对入射辐射进行检测的闪烁材料的辐射检测器。通常，闪烁材料在与下述入射辐射相互作用时生成光子形式的光，所述入射辐射是可以使用适当硬件和软件组件被进一步检测和测量以测量与这种光子相对应的特征波长带。传统的闪烁材料包括有机液体(例如在液体闪烁计数中)、单片透明晶体(诸如蒽、萘、硫化锌、钇铝石榴石)等等。然而，诸如单片晶体这样的传统闪烁材料受到具有小的敏感区域(或体积)这样的限制。此外，例如，在成本、制造设置、或复杂性等方面，生成闪烁材料的大晶体(以增大敏感表面区域)是具有挑战性的。此外，由于存在缺陷和沉淀物，晶体中缺乏均匀性可能会导致电荷载流子的俘获，这导致不均匀的闪烁信号。

因此，鉴于前述讨论，需要克服与辐射检测相关联的上述缺点。

发明内容

本公开旨在提供一种用于测量辐射的装置。本公开还旨在提供一种用于制造包括至少两个粒子簇的至少部分地光学透明的元件的方法。本公开旨在提供对与在闪烁辐射检测器中使用单片闪烁晶体相关联的现有问题的解决方案。本公开的目的是提供这样一种解决方案，该解决方案至少部分地克服了现有技术中所遇到的问题并且提供了对单片闪烁晶体的简单替代并能够可靠地检测多种类型的辐射。

在一个方面中，本公开的实施例提供了一种用于测量辐射的装置，该装置包括：

-至少部分地光学透明的第一元件，该第一元件包括至少第一组粒子簇，其中

-第一组的粒子簇被布置成彼此相距第一距离；

-第一组的粒子簇能够将第一类型辐射至少部分地转换为具有第一特征波长带的光子；

-光检测器，该光检测器被布置成测量从第一组粒子簇发射的光强度；以及

-处理器，该处理器被配置成使用测量的光强度来确定第一类型辐射的量，其中至少部分地光学透明的元件是聚合物片。

在另一方面中，本公开的实施例提供一种用于制造包括至少两个粒子簇的至少部分地光学透明的元件的方法，该方法包括：

-将聚合物颗粒布置在支撑表面上以形成聚合物颗粒的片；

-用包括开口的模板覆盖聚合物颗粒的片，所述开口具有直径并且被布置成彼此相距一距离；

-将粒子布置在模板顶部上以使得粒子能够与经由模板的开口所露出的聚合物颗粒混合以产生粒子簇；并且

-通过施加一定量的热量达一段时间来形成至少部分地透明的元件。

本公开的实施例基本上消除了或者至少部分解决了现有技术中的上述问题，并且使得能够进行简单、可靠、且经济有效地辐射检测。

从附图以及对结合随后所附权利要求所解释的说明性实施例的详细描述，将显而易见地得知本公开的其它方面、优点、特征及目的。

应当理解的是在不脱离由所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下本公开的特征易于以各种组合而加以组合。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更好地理解以上概述以及以下对说明性实施例的详细描述。出于说明本公开的目的，在附图中示出了本公开的示例性构造。然而，本公开不限于在这里所公开的具体方法和手段。此外，本领域技术人员将理解附图不是按比例绘制的。只要可能的话，相同元件由相同数字来表示。

现在将参考以下附图，仅通过示例的方式来描述本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的实施例的用于实现用于测量辐射的装置的环境的示意性图示。

图2是根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件的示例性制造设置的示意性图示。

图3是根据本公开的实施例的部分地光学透明的元件的示意性图示。

图4是根据本公开的实施例的沿着轴XX的图3的部分地光学透明的元件的横截面图。

图5是根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件的各个阶段的示意性图示。

图6是用于对来自分散的ZnSe(Al)和LGSO(Ce)闪烁体的闪烁信号的相关性进行描绘的图表的示意性图示，其作为在两个元件之间具有反射器和不具有反射器的情况下在0.395mA的恒定电流下的X射线管电压的函数。

图7是根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件的方法的步骤的图示；以及

图8是用于描绘根据本公开的实施例的用于测量辐射的装置的辐射发光光谱的图表。

在附图中，采用带下划线的数字来表示带下划线的数字所在的项或与带下划线的数字相邻的项。未带下划线的数字是指由下述线所标识的项，所述线用于将未带下划线的数字链接到所述项。当数字没有带下划线并伴有相关箭头时，未带下划线的数字用于标识箭头所指的一般项。

具体实施方式

以下详细描述说明了本公开的实施例以及可实现它们的方式。尽管已经公开了用于执行本公开的一些模式，但是本领域技术人员将认识到用于执行或实施本公开的其它实施例也是可能的。

-第一组的粒子簇被布置成彼此相距第一距离；

-将聚合物颗粒布置在支撑表面上以形成聚合物颗粒的片；

本公开提供了一种用于测量辐射的装置以及一种用于制造用于这种辐射测量的光学元件的方法。本公开提供了对用于辐射检测的单片闪烁晶体的替代方案。具体地，本公开提供了具有可用于辐射检测的多个粒子簇(晶体)的部分地光学透明的元件，因此还可将聚合物片与簇的组合称为检测器。部分地光学透明的元件不包括对制造尺寸的限制，并且在制造成本和制造设置复杂性方面是有效的。因此，本公开提供了简单、可靠、且经济有效的辐射检测。

该装置包括至少部分地光学透明的第一元件，该第一元件包括至少第一组粒子簇。至少部分地光学透明的第一元件可以是例如矩形片这样的用于将第一组粒子簇结合到其中的衬底。在示例中，至少部分地光学透明的第一元件可以是完全透明的以允许入射辐射基本上完全透过。在另一示例中，至少部分地光学透明的第一元件可以是半透明的以允许一部分入射辐射透过。实际上，该装置包括具有下述晶体颗粒的光学透明基质材料，所述晶体颗粒通过吸收辐射并发射γ/电子而将进入的粒子转换成可观察的信号，所述γ/电子随后将导致发光以作为要收集的信号。

至少部分地光学透明的第一元件是聚合物片。该片可以是由诸如聚氯乙烯、聚丙烯、硅树脂、聚氨酯等这样的热塑性或热固性材料制成的。在示例中，聚合物片可以具有0.05-10毫米的厚度。该片的厚度可是例如0.1-0.3mm、0.3-0.5mm、或0.5-1.5mm。因而厚度例如可从0.05、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.8、2.0、2.4、2.8、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0或8.5mm变化到0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.8、2.0、2.4、2.8、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5或10mm。

在实施例中，第一组粒子簇可以包括以特定几何形状(或形状)布置的粒子簇，例如二维或三维几何形状(诸如锥形)中的圆。例如，簇中的每个簇可以包括10纳米-10毫米的直径，优选的是10纳米-100微米，并且更优选的是10微米-100微米。此外，簇中的每个簇可以具有25微米的直径。显而易见的是粒子簇可以被配置成例如二维的矩形、三角形、椭圆形、多边形等以及三维的金字塔形、圆柱形、立方形等这样的其它几何形状。

第一组的粒子簇被布置成彼此相距第一距离。在示例中，第一组的粒子簇可以彼此间隔以使得相邻的粒子簇彼此分开相等距离。此外，第一组的粒子簇可以在部分地光学透明的第一元件上被布置成矩阵(例如矩形阵列或网格)。矩阵可以具有多个行和列，并且显而易见地是矩阵的行数和列数可以根据部分地光学透明的第一元件的形状(和/或维度)而变。例如，第一组的粒子簇可以被布置成包括10行和5列的矩阵。在另一示例中，第一组的粒子簇可以被布置成包括15行和15列的矩阵。或者，第一组的粒子簇可以在至少部分地光学透明的第一元件上被布置成圆形阵列、椭圆形阵列、多边形阵列或者随机被布置成二维或三维。

根据实施例，第一组的粒子簇可以被布置成彼此相距足够距离以能够准确地检测闪烁。在示例中，粒子簇可以彼此分开足够的距离以避免雪崩效应，即避免从簇发射的光子与相邻簇的粒子相互作用，从而发射更多的光子，这导致不准确的信号(或闪烁)。在这种情况下，可以将簇分开足够的距离以使得能够区分处于各个簇处的闪烁，诸如对入射辐射与部分地光学透明的第一元件相接触的位置的检测。

在一个实施例中，簇之间的距离是两个簇的直径的1-100倍，优选的是两个簇的直径的2-10倍，并且更优选的是两个簇的直径的3-5倍。例如，相同直径的两个相邻簇之间的距离可以是簇的直径的4倍。

下表1给出了不同特征的一些示例。

表1

用作粒子簇的闪烁体材料、粒子尺寸、簇大小、簇之间的距离、聚合物片厚度根据待检测的入射粒子/辐射的类型和能量而变。

根据实施例，低能量X射线(20-80keV)和5MeVα检测器基于ZnS：Ag，ZnSe：Te闪烁体。在另一实施例中，高能量X射线(60-140keV)检测器基于LGSO和ZWO闪烁体。在又一实施例中，X射线检测器可基于GAGG：Ce闪烁体。为了对中子和γ进行快速检测，可以使用含有闪烁体的¹⁵⁷Gd或ZnSe闪烁体。

用于检测α的聚合物片的厚度可例如是10μm，而用于检测γ的厚度可是1mm等。实际上，就聚合物片的厚度而言，它取决于入射颗粒类型。厚度按以下顺序增加：对于α薄，对于β较厚，对于γ更厚，并且对于中子最厚。

根据实施例，第一组的簇粒子是由第一类型的闪烁材料制成的。闪烁材料可以是在入射辐射激发时呈现闪烁(或发光)的材料。在这种情况下，闪烁材料吸收来自入射辐射的能量并达到激发态(诸如更高能量的状态)。此外，闪烁材料在激发态衰变时发射所吸收的能量以作为光子(例如以返回到其基态或低能态)。

在一个实施例中，簇粒子可以是具有与该组簇的其它粒子相同成分的晶体(颗粒形式)。例如，粒子簇可以包括相同闪烁材料(或化学成分)的多个晶体。在示例中，粒子簇可以包括100个闪烁材料的晶体。此外，这种晶体可以具有1-100微米的直径。

在实施例中，闪烁材料可以选自以下组：硒化锌、硫化锌、钆微细铝酸酯、硅酸镥钇、硅酸镥钆、碲化镉、以及碲化镉锌。根据入射粒子或量子来选择闪烁材料。例如，ZnS晶体用于α粒子，ZnSe晶体用于γ粒子，并且含Cd或Gd的元素用于中子。

第一组的簇粒子能够将第一类型辐射至少部分地转换为具有第一特征波长带的光子。第一类型辐射使得第一组的簇粒子达到激发态。此外，在第一组的簇粒子的激发态衰变(例如几纳秒之后)时所发射的光子可以包括第一特征波长带。特征波长带可指例如在某些波长处具有一个或多个峰值的光谱。

在实施例中，辐射类型可以选自以下组：X射线、γ射线、β射线、α辐射、带电粒子、以及中子。例如，第一组的簇粒子可以包括碲化镉锌(CdZnTe)并且因此能够将γ辐射至少部分地转换成具有第一特征波长带的光子。显而易见的是在对特定类型的辐射进行转换之后所发射的光子的波长带可以取决于簇粒子的闪烁材料以及这种粒子的晶格结构。

根据实施例，至少部分地光学透明的第一元件包括第二组粒子簇，其中第二组的粒子簇被布置成彼此相距第二距离。第二组粒子簇可以包括诸如圆形(二维)或锥形(三维)这样的与第一组粒子簇相似的几何形状配置。或者，第二组粒子簇可以包括其被配置成诸如椭圆形或多边形这样的不同几何形状的粒子簇。此外，显而易见的是与第一组的粒子簇相比，第二组的粒子簇的每个簇可以具有相同或不同的直径。例如，第二组的粒子簇可以比第一组的粒子簇更大或更小。在示例中，第二组的粒子簇的每一个可以具有50微米的直径。

在一个实施例中，第二组的粒子簇被布置成彼此相距第二距离，该第二距离可以与第一距离相同或不同。例如，部分地光学透明的第一元件可以包括等距间隔的第一组的粒子簇和第二组的粒子簇的交替行(或列)。在另一示例中，第二组的粒子簇可以被布置在由第一组的粒子簇所形成的空隙(或没有簇的空间)中。在又一示例中，部分地光学透明的第一元件可以包括一半的第一组的粒子簇以及另一半的第二组。在这种情况下，第一组和第二组的粒子簇可以彼此分开足够的距离以能够区分各个簇的闪烁。

在实施例中，第二组簇粒子能够将第二类型的辐射至少部分地转换为具有第二特征波长带的光子。例如，第二组簇粒子可以是由硅酸镥钆(LGSO)制成的并且因此能够将中子至少部分地转换成具有第二特征波长带的光子。因而第二组的簇粒子与第一组的簇粒子不同并且这两者均可选自相同的粒子列表，如上下文所给出的。这同样适用于任何更多组的簇粒子，如下所讨论的。

在一个实施例中，第二组的簇粒子是由第二类型的闪烁材料制成的。第二组的簇粒子可以包括直径为1-100微米的晶体(颗粒形式)。

在实施例中，该装置还包括至少部分地光学透明的第二元件，该第二元件包括至少第三组粒子簇。部分地光学透明的第二元件可以是例如矩形片这样的用于将第三组粒子簇结合到其中的衬底(诸如部分地光学透明的第一元件)。此外，部分地光学透明的第二元件可以是具有与部分地光学透明的第一元件相同厚度、密度、以及大小的聚合物片。当部分地光学透明的第一元件和第二元件放置在彼此之上时，这可以使得容易地布置部分地光学透明的第一元件和第二元件。或者，与部分地光学透明的第一元件相比，部分地光学透明的第二元件可以具有不同的厚度、密度、以及大小。

在一个实施例中，光学传导胶(诸如液体光学透明粘合剂或LOC A)可用于将部分地光学透明的第一元件和部分地光学透明的第二元件固定在彼此之上。

在一个实施例中，第三组粒子簇可以包括其被配置成具有与第一组或第二组粒子簇相同几何形状(例如圆形)的粒子簇。或者，第三组粒子簇可以包括例如椭圆形或多边形这样的不同的几何形状。此外，与第一组和第二组粒子簇相比，第三组粒子簇的每个簇可以具有相同或不同的直径。在示例中，粒子簇的每一个可以包括75微米的直径。

在一个实施例中，第三组的粒子簇被布置成彼此相距第三距离。第三距离可以与第一距离或第二距离相同，或者替代地，第三距离可以与第一距离和第二距离不同。此外，第三组的粒子簇可以被布置成矩阵，或者替代地，可以随机布置在部分地光学透明的第二元件上。

根据实施例，第三组的簇粒子能够将第三类型的辐射至少部分地转换为具有第三特征波长带的光子。例如，第三类型辐射可以是α粒子。

在一个实施例中，第三组的簇粒子是由第三类型的闪烁材料制成的。第三类型的闪烁材料可以与第一类型和第二类型的闪烁材料不同。例如，第三组的簇粒子可以是由硫化锌(ZnS)制成的并且因此，可以将α粒子至少部分地转换成具有第三特征波长带的光子。

根据一个实施例，至少部分地光学透明的第二元件还包括第四组粒子簇。第四组粒子簇可以包括诸如圆形这样的与第三组粒子簇相同的几何形状；或者，第四组粒子簇可以包括诸如矩形这样的不同的几何形状。此外，第四组的粒子簇可以具有与第三组的粒子簇相同的直径。或者，第四组的粒子簇可以具有与第三组的粒子簇不同的直径，例如90微米。

在实施例中，第四组的粒子簇被布置成彼此相距第四距离。第四组的粒子簇可以被布置成彼此相距与第三组的粒子簇相同的距离；或者，与第三距离相比，第四组的粒子簇可以被布置成不同距离。此外，第四组的粒子簇可以被布置成矩阵。此外，第四组的粒子簇可以被布置成矩阵以使得矩阵的行(或列)可以包括与第三组的行(或列)中的粒子簇数量相同数量的粒子簇。或者，与第三组的行(或列)中的粒子簇数量相比，该矩阵的行(或列)可以包括不同数量的粒子簇。此外，第四组的粒子簇可以随机布置在部分地光学透明的第二元件上。显而易见的是在这种情况下第四组的粒子簇和第三组的粒子簇可以彼此分开足够的距离以便能够区分各个簇处的闪烁。

在一个实施例中，第四组的簇粒子能够将第四类型辐射至少部分地转换为具有第四特征波长带的光子。例如，第四类型辐射可以是β粒子。

根据实施例，第四组的簇粒子是由第四类型的闪烁材料制成的。第四组的簇粒子可以是具有诸如硒化锌(ZnSe)这样的特定化学成分的晶体(颗粒形式)。

在一个实施例中，第四组的簇粒子可以能够将不同类型的辐射(诸如β粒子)转换成具有第四特征波长带的光子。例如，第四组的簇粒子可以是由硒化锌(ZnSe)制成的并且可以能够将β粒子转换成具有第四特征波长带的光子。

在实施例中，部分地光学透明的第一元件和/或第二元件可以包括不同组的粒子簇(诸如第一和第二组粒子簇或者第三和第四组粒子簇)。

在另一实施例中，部分地光学透明的第一元件和/或第二元件可以仅包括一组粒子簇(诸如第一组粒子簇)。此外，该组的簇粒子可以是由下述闪烁材料制成的，所述闪烁材料能够将两种不同类型的辐射至少部分地转换为具有不同特征波长带的光子。在示例中，该组的簇粒子可以是由碲化镉(CdTe)制成的并且可以能够将γ辐射和中子至少部分地转换为具有不同特征波长带的光子。

在一个实施例中，部分地光学透明的第一元件和/或部分地光学透明的第二元件可以包括附加组粒子簇(诸如第五组粒子簇)。与第一组、第二组、第三组、或第四组粒子簇中的一个相比，第五组粒子簇可以包括相同或不同的几何形状。此外，与第一组、第二组、第三组、或第四组粒子簇相比，第五组的粒子簇可以被布置成彼此相距相同或不同的距离。此外，附加组的簇粒子可以是由下述闪烁材料制成的，所述闪烁材料能够将与第一组、第二组、第三组、或第四组的粒子簇相同或不同类型的辐射至少部分地转换成具有不同特征波长带的光子。例如，第五组的簇粒子可以是由硅酸镥钇制成的，并且可以能够将X射线至少部分地转换成具有不同特征波长带的光子。

根据实施例，该装置可以包括例如部分地光学透明的第三元件这样的附加的部分地光学透明的元件。在这种情况下，部分地光学透明的第三元件可以包括至少第五组的粒子簇。

根据实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将更多附加的部分地光学透明的元件作为层(或其它组合)添加到装置上以使得能够实现多能量响应(例如对低能量γ辐射和高能量γ辐射的响应)、区分不同类型的入射辐射(诸如X射线、γ射线、中子、α粒子等)以提高该装置的检测效率等。

在实施例中，部分地光学透明的元件可以包括分散在衬底内的闪烁材料的晶体而不是粒子簇。在这种情况下，晶体可以均匀地分布在部分地光学透明的元件(例如聚合物片)中。在示例中，晶体可以分散在聚合物片中以便晶体占聚合物片体积的至少50％。显而易见的是部分地透明的元件中的晶体的量可以不同。在示例中，部分地透明的元件中的晶体的量可以改变以获得更高的检测器量子效率(入射光子与所转换的光电子的比率)。

在一个实施例中，不同闪烁材料的晶体可以被组合并分散在衬底内。例如，不同闪烁材料的晶体的这种组合可以允许增强不同类型的入射辐射的位置(或能量)分辨率、区分(或检测)不同类型的入射辐射(诸如γ射线、X射线、α粒子、以及中子)等等。

根据实施例，粒子簇被布置成从圆形、矩形、锥形、金字塔形、以及矩阵中所选的形式。因而粒子簇可是在诸如圆形、矩形等的形状中的二维沉积。粒子簇还可是在例如锥形、金字塔形等的形状中的三维沉积。粒子簇还可被组织成N×M矩阵，由此可对簇之间的距离以及簇的尺寸进行调节以使得该检测与特定能量分辨率和灵敏度一致。在存在若干类型的组的粒子簇的情况下，各个组可具有相同或不同的布置。

该装置还包括光检测器，该光检测器被布置成对从第一组粒子簇所发射的光强度进行测量。光检测器是可操作的以吸收来自部分地光学透明的第一元件和部分地光学透明的第二元件的已转换的光子(或光)，并且将它们转换成电子。已转换的电子产生其可以被分析以获得入射辐射的光强度的电流。在示例中，光检测器可以包括电荷耦合器件(CCD)或半导体器件(例如光电二极管)。在另一示例中，光检测器可以是可操作的以检测特定波长(诸如波长专用光检测器)或者可以是可操作的以检测整个范围内的波长以测量特征波长带。在又一示例中，光检测器可以是大面积光检测器，该大面积光检测器可以是可操作的以检测部分地光学透明的第二元件(和/或部分地光学透明的第一元件)的整个区域上的已转换光子，或者它可以是矩阵光检测器，该矩阵光检测器可以是可操作的以检测至少部分地光学透明的第二元件(和/或至少部分地光学透明的第一元件)的区域的一部分中的已转换光子。

根据实施例，光检测器还被布置成对从第二组、第三组、以及第四组粒子簇所发射的光强度进行测量。此外，由第二组、第三组、以及第四组粒子簇所发射的光子可以由光检测器来检测。光检测器可以被配置成将光子转换成电子(或光电子)。此外，电子可以产生其可以被转换为数字信号的电流。可以进一步对数字信号进行处理和分析以获得从第二组、第三组、以及第四组的粒子簇所发射的光(或光子)的光强度。

在实施例中，可以使用诸如光聚光器这样的光耦合器元件来实现光检测器与部分地光学透明的第一和第二元件中的一个的光学耦合。光耦合器元件可以是可操作的以将从部分地光学透明的第二元件所发射的光子引导(或聚焦)到光检测器。在示例中，光聚光器可以包括光纤。

根据实施例，光检测器被布置成对来自彼此独立的至少两组粒子簇的光强度进行测量。例如，光检测器可以经由光耦合器元件与部分地光学透明的第一元件和第二元件相耦合。因此，光检测器可以被布置成对来自部分地光学透明的第一元件的至少一组粒子簇(诸如第一组粒子簇)和第二元件的至少一组粒子簇(诸如第三组粒子簇)的光强度进行测量。或者，光检测器可以与诸如部分地光学透明的第一元件这样的部分地光学透明的元件中的一个相耦合。因此，光检测器可以被布置成对来自第一元件的两组粒子簇(诸如第一组和第二组粒子簇)的光强度进行测量。

该装置还包括处理器，该处理器被配置成使用所测量的光强度来确定第一类型辐射的量。处理器(诸如中央处理单元)可以接收由光检测器所测量的光强度。此外，处理器可以被配置成对所接收到的光强度执行分析。例如，处理器可以被配置成将从光检测器所接收到的光强度转换为第一类型辐射的量。在示例中，第一类型辐射的量可以以格雷/小时(gy/h)表示。在另一示例中，第一类型辐射的量可以以西弗特/小时(或sv/h)表示。类似地，处理器可以被配置成将从光检测器所接收到的光强度转换为第二类型、第三类型、以及第四类型辐射的量。在实施例中，类似地，处理器被配置成使用来自第二组、第三组、以及第四组粒子簇的测量光强度来确定第二类型、第三类型、以及第四类型的辐射的量。此外，处理器可以接收从光检测器所检测到的第二组、第三组、以及第四组所发射的光强度。此外，处理器可以被配置成使用从第二组、第三组、以及第四组粒子簇所发射的光强度来确定第二类型、第三类型、以及第四类型辐射的量。此外，处理器可以被配置成对一定范围的波长的光强度进行测量以测量特征波长带。

本装置对从不同组的粒子簇所发射的光强度进行测量。实际上，不同类型的辐射使得粒子簇发射不同量的光，这导致不同的光强度。例如，α辐射将释放大量的光(具有大的电荷，它们最能电离)。此外，释放的光的量还将取决于入射粒子的动量：粒子越慢，电离越多，即光越多。γ辐射是一种特殊情况，因为它需要转换材料，该转换材料能够有效地释放次波，这从而产生光子作为信号。此外中子辐照表示一种特殊情况并且需要其自己特定的转换材料。释放的光的量将取决于转换材料、中子能量、以及几何形状。在该描述中给出了适用于每个类型的辐射的粒子簇的示例。

在一个实施例中，处理器可以进一步发送第一类型辐射的量以进行进一步分析。例如，可以经由通信网络(例如诸如无线局域网这样的远程通信网络)将第一类型辐射的量发送到服务器。服务器可以与第三方服务相关联，并且第三方服务可以是可操作的以对第一类型辐射的量进行进一步处理和分析。在示例中，该分析可以包括确定第一类型辐射的量是否超过阈值(诸如安全极限)。

根据实施例，光检测器和处理器还被配置成测量从粒子簇所发射的光子的定时。

本公开还提供了一种用于制造包括至少两个粒子簇的至少部分地光学透明的元件的方法。例如，至少部分地光学透明的元件可以是上文所述的部分地光学透明的第一元件。此外，至少两个粒子簇可以包括诸如第一组(或第二组)的粒子簇这样的相同组的粒子簇。或者，至少两个粒子簇可以包括诸如第一组和第二组的粒子簇这样的不同组的粒子簇。类似地，至少部分地光学透明的元件可以包括具有第三和/或第四组的粒子簇的第二元件。

该方法包括将聚合物颗粒布置在支撑表面上以形成聚合物颗粒的片(或衬底)。聚合物颗粒可以包括由其制成部分地光学透明的第一元件的材料颗粒，诸如塑料颗粒。在示例中，聚合物颗粒可以是聚氯乙烯颗粒。在另一示例中，聚合物颗粒可以是聚氨酯颗粒。此外，聚合物颗粒可以被布置在支撑表面上以形成厚度为5-10毫米的聚合物颗粒的片。

在实施例中，支撑表面可以是平坦的。例如，支撑表面可以是其大小等于部分地光学透明的元件的所需大小的平板(或盘)。

该方法还包括用包括开口的模板覆盖聚合物颗粒的片，开口具有直径并且被布置成彼此相距一距离。模板可以是塑料片、金属片等，并且可以包括被布置成矩阵的开口(诸如孔)。显而易见的是开口及其布置可以与诸如形状、大小、以及位置这样的粒子簇的所需特征相对应。模板可以放在聚合物颗粒的片上。

该方法还包括将粒子布置在模板的顶部以使得粒子能够与经由模板的开口所露出的聚合物颗粒混合以产生粒子簇。该粒子可以包括第一、第二、第三、或第四组中的至少一个的簇粒子(诸如闪烁材料的晶体)。粒子被布置(展开或均匀分布)在模板的顶部以使得粒子落在聚合物颗粒的片上。此外，这使得粒子与经由模板的开口所露出的聚合物颗粒混合以在所需位置产生粒子簇。在示例中，模板可以包括圆形开口的矩阵。在这种情况下，将在聚合物颗粒的片上形成圆形(或圆柱形)粒子簇。

在实施例中，该方法可以包括将粒子布置在包括不同大小(或直径)的开口的多个模板的顶部上。在示例中，将粒子布置在包括直径为10毫米的开口的模板的顶部以使得粒子落在聚合物颗粒的片上。此外，模板可以依次用包括直径为8毫米、6毫米、4毫米、2毫米等的开口的其它模板替换，并且可以将粒子布置在模板的顶部以使得粒子落在聚合物颗粒的片上。显而易见的是在这种情况下，所形成的粒子簇可以具有锥形结构(包括多层不同直径的粒子簇)。

在一个实施例中，该方法可以包括在制造期间将振动施加到支撑表面。可以将振动施加到支撑表面以使得粒子能够与聚合物颗粒均匀地分布。此外，在粒子和聚合物颗粒具有不同分子量的情况下，可以施加振动以对具有较高分子量的组分(例如粒子)沿着一个方向(诸如x-、y-、以及z-方向)的分布进行管理。显而易见的是，可以根据所施加的振动来控制粒子与聚合物颗粒的混合(诸如在部分地光学透明的元件的表面水平或整个厚度上的混合)的量。

该方法还包括通过施加一定量的热量达一段时间来形成至少部分透明的元件。可以将包括聚合物颗粒的片和粒子簇的支撑表面引入到诸如加热炉(或工业炉)这样的热源。热源可以被配置成将一定量的热量施加到包括聚合物颗粒的片和粒子簇的支撑表面上达一段时间，以形成部分地透明的元件。

根据实施例，热源可以使得可以用于形成聚合物颗粒的片的单体颗粒聚合。

在实施例中，至少光学部分透明的元件还以凹形、球形、或弯曲形状因子的形式来形成。具体地，支撑表面可以被配置成具有用于形成这种部分地透明的元件这样的几何形状(凹形、球形、或弯曲形状因子)。

在一个实施例中，在将粒子布置在模板上之前，可以使固化剂(诸如无机异氰酸酯)与粒子相混合。

在实施例中，在将支撑表面引入到热源之前，可以从聚合物颗粒的片除去模板。

在一个实施例中，该方法可以包括选择晶体以形成粒子簇，并且还在选择之前对晶体执行质量控制。在这种情况下，晶体受到表面清洁以除去杂质或可能由杂质所引起的缺陷。可以根据诸如光产率(每提供的能量所获得的光的量)和余辉(在激发态衰变之后的一段时间保持的闪烁光的量)等特征对晶体进行分类。例如，取决于其光产率特征，可以针对不同应用对晶体进行分类。此外，该方法可以包括使用研钵(诸如机械研钵)对晶体进行研磨以获得结晶粉末。此外，可以使用筛子(诸如振荡筛)将结晶粉末分成各种尺寸。

在一个实施例中，该方法可以还包括准备支撑表面，诸如清洁支撑表面。此外，支撑表面可以用于使结晶粉末与聚合物颗粒混合。此外，可以将支撑表面引入到热源以获得部分地光学透明的元件。

在实施例中，结晶粉末可以与单体颗粒混合。此外，可以在将支撑表面引入到热源之前将固化剂(诸如无机异氰酸酯)添加到混合物中以使得单体颗粒能够聚合。

在替代实施例中，该方法可以包括使用分发器将粒子布置在聚合物片的顶部以布置一定量的粒子以形成粒子簇。

聚合物片可以是用常见的工业制造过程制造的。根据与所需机械和光学特性有关的所选聚合物，采用最适合的。如果聚合物是热塑性聚合物，则最常见的制造过程是注塑。在该过程中，聚合物或合成物被加热并被注入期望几何形状的模具中以形成基质。优选地还用与混合的基质相类似的过程注入具有闪烁特性的材料。在说明书的其它部分中描述了配对部分的分布。

如果所选的聚合物是热固性聚合物，则最常见的制造过程是模内反应(RIM)。该过程通常在室温下执行。具有闪烁特性的材料优选地与类似热固性化合物混合以实现这两个部分之间的良好结合。

存在这样的情况，即聚合物可以是热塑性或热固性材料并且具有闪烁特性的材料是其他材料的情况(即如果聚合物是热塑性的，则具有闪烁特性的材料是热固性的，并且反之亦然)。

附图的详细描述

参考图1，说明了根据本公开的实施例的用于实现用于测量辐射的装置102的环境100的示意性图示。如图所示，环境100包括辐射源110，该辐射源110用于提供使用装置102将要测量的入射辐射。辐射源110被示出为发射例如γ辐射112和中子114这样的辐射。装置102包括至少一个部分地光学透明的元件，诸如部分地光学透明的第一元件120以及布置在部分地光学透明的第一元件120的顶部上的部分地光学透明的第二元件122。部分地光学透明的第一和第二元件120和122能够将不同类型的辐射至少部分地转换成具有不同特征波长带的光子。例如，第一和第二部分地光学透明的元件120和122能够将γ辐射112和中子114至少部分地转换为分别具有第一和第二特征波长带的光子(由于部分地光学透明的元件上的簇粒子的激发态的衰变而发射的)。

装置102还包括：可操作地与第一和第二部分地光学透明的元件120和122相耦合的光耦合器元件130；以及被布置成对从第一和第二部分地光学透明的元件120和122所发射出的光子的光强度进行测量的光检测器140。光耦合器元件130使得能够将光子传输到光检测器140。装置102还包括处理器150，该处理器150可操作地与光检测器140相耦合并且被配置成使用所测量的光强度(与发射的光子相关联)来确定从辐射源110所发射的诸如γ辐射和中子112和114的量这样的类型的辐射的量。环境100还包括服务器160，该服务器160使用通信网络170可通信地与处理器150相耦合并且可操作地对所测量的光强度进行进一步处理和分析。处理器150被配置成使用针对在一定范围的光波长上相关联的所测量的光强度以产生特征波长带。

参考图2，示出了根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件的示例性制造设置200的示意图。具体地，制造设置200与部分地光学透明的元件(诸如图1的装置102的部分地光学透明的第一和第二元件120和122)相关联。如图所示，制造设置200包括支撑表面202(例如盘)以及放置在支撑表面202上以形成聚合物颗粒的片的聚合物210的颗粒。制造设置200还包括具有多个开口(或孔)222的模板220。模板220适于放置在聚合物颗粒210的片的顶部上。制造设置200还包括用于闪烁材料的晶体的容器230(将被布置在模板220的顶部)。因此，通过孔222引入来自容器230的晶体以与聚合物颗粒210混合。制造设置200还包括用于容纳闪烁材料的晶体与固化剂的混合物的容器240。还通过孔222引入来自容器240的混合物以与聚合物颗粒210混合以形成部分地光学透明的元件。

参考图3，说明了根据本公开的实施例的部分地光学透明的元件300(诸如图1的装置102的部分地光学透明的第一和第二元件120和122)的示意图。如图所示，部分地光学透明的元件300包括聚合物片302和诸如簇306和308这样的一组粒子簇。此外，簇306和308被布置成彼此相距一距离，并且包括能够将辐射至少部分地转换成具有特征波长带的光子的粒子。

参考图4，说明了根据本公开的实施例的沿着轴XX的图3的部分地光学透明的元件300的横截面视图。部分地光学透明的元件300包括聚合物片302和诸如簇306和308这样的一组粒子簇。所示的簇306和308是由闪烁材料的晶体和聚合物颗粒的混合物构成的。

参考图5，示出了根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件(诸如图3的部分地光学透明的元件300)的各个阶段500的示意图。如图所示，各个阶段500包括阶段502，该阶段502包括准备支撑表面(诸如图2的支撑表面202)，例如清洁支撑表面。在阶段504，执行对晶体的选择和分类(用于不同应用)。在阶段506，使用研钵研磨晶体以获得结晶粉末。在阶段508，使用筛子执行将结晶粉末分成各种尺寸。在阶段510，形成部分地光学透明的元件(例如通过使用图2的制造设置200)。

图6是对来自不同分散的(ZnSe(Al)(标记1和2)的闪烁材料及LGSO(Ce)(标记3和4)闪烁体的闪烁材料的闪烁信号总强度的依赖性的示意性说明，其作为在两个元件(1、3)之间具有反射器及在两个元件(2、4)之间不具有反射器的情况下在0.395mA的恒定电流下的X射线管电压的函数。在该设置中对两层元件进行测试，第一层包括低能量敏感闪烁材料ZnSe(AL)并且第二层包括高能量闪烁材料LGSO(Ce)。标记1和3说明了反射器材料位于层之间这样一种设置，并且标记2和3说明了层之间没有反射器这样一种情况。

参考图7，说明了根据本公开的实施例的用于制造部分地光学透明的元件(诸如图3的部分地光学透明的元件302)的方法700的步骤的图示。在步骤702，将聚合物颗粒布置在支撑表面上以形成聚合物颗粒的片。在步骤704，用包括开口的模板覆盖聚合物颗粒的片，所述开口具有直径并且被布置成彼此相距一距离。在步骤706，将粒子布置在模板的顶部以使得粒子与经由模板的开口所露出的聚合物颗粒混合以产生粒子簇。在步骤708，通过施加一定量的热量达一段时间来形成至少部分透明的元件。

步骤702至708仅是说明性的并且还可提供其它替代方案，其中在不脱离本文权利要求的范围的情况下添加一个或多个步骤，移除一个或多个步骤，或者以不同顺序提供一个或多个步骤。例如，在方法700中用于形成聚合物颗粒的片的支撑表面可以是平坦的。此外，在方法700中，可以在制造期间将振动施加到支撑表面上。此外，在方法700中，至少光学部分透明的元件可以是以凹形、球形、或弯曲形状因子的形式形成的。

图8是描绘了根据本公开的实施例的用于测量辐射的装置的辐射发光光谱的图表800。用于测量辐射的装置包括铝掺杂的硒化锌(ZnS e(Al))以及其被配置成将X射线辐射转换成具有两个不同特征波长带的光子的掺杂铈的硅酸镥钆(LGSO(Ce))。此外，铝掺杂的硒化锌对低能量的X射线辐射有响应，并且铈掺杂的硅酸镥钆对高能量的X射线辐射有响应。如图所示，曲线802对应于铝掺杂的硒化锌的发射光子的波长(在620nm附近具有最大峰值并且从550nm开始延伸到750nm的第一特征波长带)的光强度分布并且曲线804对应于掺杂铈的硅酸镥钆的发射光子的波长(在425nm附近具有最大峰值并且从375nm开始延伸到650nm的第一特征波长带)的光强度分布。可以看出源自不同闪烁材料的特征波长带可能至少部分地重叠。

在不脱离由所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下，可以对前文所述的本公开的实施例进行修改。诸如“包括”，“包含”，“含有”，“具有”，“是”这样的用于描述和要求保护本公开的表达旨在以非排他的方式解释，即也允许存在未明确描述的项、组件、或元件。对单数的引用也应被解释为涉及复数。

Claims

1.一种用于测量辐射的装置，所述装置包括：

-至少部分地光学透明的第一元件，所述至少部分地光学透明的第一元件包括至少第一组粒子簇，其中

-所述第一组的粒子簇被布置成彼此相距第一距离；

-所述第一组的簇粒子能够将第一类型辐射至少部分地转换为具有第一特征波长带的光子；

-光检测器，所述光检测器被布置成测量从所述第一组粒子簇发射的光强度；以及

-处理器，所述处理器被配置成使用测量的所述光强度来确定所述第一类型辐射的量，

其特征在于所述至少部分地光学透明的元件是聚合物片。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一组的簇粒子是由第一类型的闪烁材料制成的。

3.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述至少部分地光学透明的第一元件包括第二组粒子簇，其中所述第二组的粒子簇被布置成彼此相距第二距离。

4.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述第二组的簇粒子能够将第二类型辐射至少部分地转换为具有第二特征波长带的光子。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第二组的簇粒子是由第二类型的闪烁材料制成的。

6.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，还包括：

-至少部分地透明的第二元件，所述至少部分地透明的第二元件包括至少第三组粒子簇，其中

-所述第三组的粒子簇被布置成彼此相距第三距离；并且

-所述第三组的簇粒子能够将第三类型辐射至少部分地转换为具有第三特征波长带的光子；并且其中

-所述光检测器被布置成对从所述第三组粒子簇发射的光强度进行测量；并且

-所述处理器被配置成使用来自所述第三组粒子簇的测量的所述光强度来确定所述第三类型辐射的量。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第三组的簇粒子是由第三类型的闪烁材料制成的。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述至少部分地光学透明的第二元件还包括第四组粒子簇，其中

-所述第四组的粒子簇被布置成彼此相距第四距离；并且

-所述第四组的簇粒子能够将第四类型辐射至少部分地转换为具有第四特征波长带的光子。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第四组的簇粒子是由第四类型的闪烁材料制成的。

10.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述粒子簇以从圆形、矩形、锥形、金字塔形、以及矩阵中选择的形式来布置。

11.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中从X射线、γ射线、β射线、α辐射、带电粒子、以及中子的组中选择辐射的类型。

12.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中从硒化锌、硫化锌、钆微细铝镓酸、硅酸镥钇、硅酸镥钆、碲化镉、以及碲化镉锌的组中选择所述闪烁材料。

13.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述光检测器被布置成对来自彼此独立的至少两组粒子簇的所述光强度进行测量。

14.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述簇中的每个簇具有10纳米-10毫米，优选10纳米-100微米，并且更优选10微米-100微米的直径。

15.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中簇之间的所述距离是两个簇的直径的1-100倍，优选是两个簇的直径的2-10倍，并且更优选是两个簇的直径的3-5倍。

16.根据在前权利要求中的任一项所述的装置，其中所述光检测器和所述处理器还被配置成测量从所述粒子簇发射的光子的定时。

17.一种用于制造包括至少两个粒子簇的至少部分地光学透明的元件的方法，所述方法包括：

-将聚合物颗粒布置在支撑表面上以形成聚合物颗粒的片；

-用包括开口的模板覆盖所述聚合物颗粒的片，所述开口具有直径并且被布置成彼此相距一距离；

-将粒子布置在所述模板的顶部上以使得所述粒子能够与经由所述模板的所述开口露出的所述聚合物颗粒混合以产生粒子簇；并且

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述支撑表面是平坦的。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述方法还包括在制造期间将振动施加到所述支撑表面。

20.根据权利要求17-19中的任一个所述的方法，其中所述至少光学地部分地透明的元件还以凹形、球形、或弯曲形状因子的形式来形成。