CN110658548B - 一种空间辐射探测器偏振度的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种空间辐射探测器偏振度的校准方法及装置，该装置包括：转动体，包括能绕中心转动轴线彼此相对旋转的内圈和外圈；散射体，入射的非偏振的射线在散射体上发生康普顿散射以形成偏振射线；和非偏振射线源，其内通过放射源产生非偏振的射线，并将非偏振的射线经准直后入射到散射体上；其中，在进行校准工作时，待校准的第一空间辐射探测器相对于外圈固定，非偏振射线源相对于内圈固定，非偏振射线源能随内圈转动以改变非偏振射线源产生的非偏振的射线入射到散射体上的入射角，从而能在待校准的第一空间辐射探测器所处的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器的具有彼此不同的偏振度的偏振射线。

Description

一种空间辐射探测器偏振度的校准方法及装置

技术领域

本发明涉及高能射线检测校准领域，尤其涉及一种空间辐射探测器偏振度的校准方法及装置。

背景技术

空间辐射探测器又称核辐射探测器，其工作原理是基于粒子与材料的相互作用。当粒子通过某种材料时，这种材料就吸收其部分或全部能量而产生电离或激发作用。若粒子是γ射线或X射线，则先经过一些中间过程，产生光电效应、康普顿效应或正负离子对，把能量部分或全部传给物质的轨道电子，再产生电离或激发。对于不带电的中性粒子，例如中子，则是通过核反应产生带电粒子，然后造成电离或激发。辐射探测器就是用适当的探测介质作为与粒子作用的物质，将粒子在探测介质中产生的电离或激发，转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息。

碲锌镉(CZT)作为目前备受关注的半导体核辐射探测器之一，具有体积小、电阻率较高以及禁带宽度较宽等综合优势。体积小，使得CZT探测器在群探测中具有较强的兼容性，在空间探测中具有极大的优势；电阻率较高和禁带宽度较宽，使得CZT探测器在室温下具有较低的暗电流，突破了常用的Si、Ge半导体探测器的低温应用条件，有效降低了探测系统的复杂程度。基于CZT材料的辐射探测技术研究，可为医疗诊断、工业探伤以及空间辐射探测等领域提供新的探测技术途径。目前，CZT探测器在能谱测量方面已获得广泛应用，在脉冲辐射探测方面，可提供具有快时间响应(ns量级)、高信噪比的室温半导体探测器。

在这种探测器中采用的CdZnTe晶体作为近年来发展起来的一种性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料，闪锌矿结构，空间群为F43m。CdZnTe晶体是由于CdTe晶体的电阻率较低。所制成的探测器漏电流较大，能量分辨率较低，在CdTe中掺入Zn后，其禁带宽度增加。其本征探测效率较高、对湿度不敏感、体积小，在室温下对X射线、γ射线能量分辨率好，能量探测范围在10keV～6MeV，无极化现象，非常适合探测器能量10～500keV的光子，同时又可在室温下很好地工作。

CZT探测器在高能物理学方面具有极高的应用前景，例如它可用于高能粒子的加速系统，也可用于空间试验作为射线的偏振度测试的仪器。比如，中国载人航天工程天宫二号空间实验室搭载的伽马暴偏振探测仪(简称“天极”望远镜)完成了伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测，实现了预定的科学目标，相关成果于1月14日在线发表在国际学术期刊《自然-天文学》(Nature Astronomy)上。中国载人航天工程一向高度重视空间应用能力建设。2016年9月15日，天宫二号空间实验室成功发射，空间应用系统共计开展了14项空间科学与应用任务，体现国际科学前沿和高技术发展方向，其中包括来自中国科学院高能物理研究所、瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所以及波兰国家核研究中心等的中欧科学家联合研制的世界上首台大面积、大视场、高精度的伽马暴偏振探测仪(英文简称POLAR)。在轨运行期间，伽马暴偏振探测仪性能良好，标定准确，完成了全部在轨观测任务，共计探测到55个伽马暴，对其中5个伽马暴进行了高精度的偏振测量，这是目前为止国际上最大的高精度伽马暴偏振测量样本，发现伽马暴爆发期间的平均偏振度较低，约为10％，并且发现伽马暴在单个脉冲内偏振角的演化现象。伽马暴偏振探测仪是我国载人航天工程典型的国际合作项目，其成功运行为下一代空间高能天文观测仪器的发展和进一步深化空间科学的国际合作奠定了坚实的技术基础并且积累了宝贵的经验。因此，瑞士、德国和波兰等国家的科学家已经组成了扩大的伽马暴偏振探测仪后续国际合作团队，瑞典和日本等国的科学家也表示了参加合作的意愿和贡献的方式。扩大的国际合作团队目前已正式提交了中国空间站后续实验“伽马暴偏振探测仪二号”(简称POLAR-2)建议书，科学能力将有大幅度提高，有望为最终解决黑洞的形成和极端相对论喷流产生的重大科学问题做出关键贡献。

对探测器偏振度进行标定或者说校准是得到准确的偏振度特性的前提，也是关键的步骤。目前，对探测器偏振度、能量响应效率进行标定或者校准时，是利用同步加速器形成100％线偏光来进行校准。但是，同步加速器所占用的场地大，且使用的成本过于高昂。对于要批量生产的探测器，假若每个都用同步加速器进行校准或者标定，不仅会浪费大量资源、校准效率低，从成本上来说也是明显不切实际的。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种空间辐射探测器偏振度的校准装置，尤其涉及一种用于形成校准偏振度的环境的装置，包括：转动体，包括能绕中心转动轴线彼此相对旋转的内圈和外圈；散射体，入射的非偏振的射线在散射体上发生康普顿散射以形成偏振射线；和非偏振射线源，其内通过放射源产生非偏振的射线，并将非偏振的射线经准直后入射到散射体上；其中，在进行校准工作时，待校准的第一空间辐射探测器相对于所述外圈固定，非偏振射线源相对于所述内圈固定，非偏振射线源能随内圈转动以改变非偏振射线源产生的非偏振的射线入射到散射体上的入射角，从而能在待校准的第一空间辐射探测器所处的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器的具有彼此不同的偏振度的偏振射线。

在根据本发明的校准装置中，允许待校准的第一空间辐射探测器相对于非偏振射线源做圆周运动，再结合适当的散射体，不仅可以在宽广角度范围内进行更大范围的偏振度测量校准(意味着校准的适用范围几乎无限)，而且还由此实现了模块化的装配方式，可以在减少、甚至无需人工操作的情况下完成标准的第二空间辐射探测器和/或待校准的第一空间辐射探测器的安装时间，减少了辐射环境内的作业时间和难度，大大降低设备安装与使用的难度。此外，本发明的解决方案与同步加速器的精度相当，但对场地要求和站地面积的要求明显更低，不仅取得良好的技术效果，也有极高经济价值。

此外，第二空间辐射探测器可以为多种类，也可以为多个。由此例如可以在同一外圈上以预定的角度间隔固定若干彼此不同的第一空间辐射探测器和若干彼此不同的标准的第二空间辐射探测器，并且由于外圈与内圈上均设有刻度(机器可读或人眼可读)，能够预先确定若干第一空间辐射探测器与各个第二空间辐射探测器的角距。由此可以仅通过马达驱动内圈就在完全无人工进入辐射环境之内的情况下，一次性完成多个待测空间辐射探测器针对不同标准的校准工作。这是迄今为止，其他同类产品均不能解决的问题，大大提高了校准速度，也减少、甚至无需操作人员进入辐射空间。

根据一个优选实施方式，所述散射体按照相对于所述内圈和所述外圈中的其中一个固定的方式设置，所述散射体是由NaI晶体或者PS，所述散射体设为圆柱状，散射体的直径设为10～30mm，散射体的长度设为10～30mm，处于使用状态下的散射体的轴线按照与转动体的中心转动轴线彼此重合或者彼此大致重合的方式设置，所述非偏振射线源的准直器对准所述散射体的中部或者中心。柱状散射体是随使用而老化的部件，由于本发明采取圆形布置形态，使得根据本发明的校准装置的维护变得简单，仅仅需要将柱状散射体布置在圆心位置即可。

根据一个优选实施方式，非偏振射线源随内圈转动以改变非偏振射线源产生的非偏振的射线入射到散射体上的入射角时，在待校准的第一空间辐射探测器所处的固定位置形成的偏振射线的偏振度的调整范围为0～90％。

根据一个优选实施方式，所述非偏振射线源包括准直器、换源盘和彼此不同的至少两种放射源，每种放射源均采用一种与至少两种放射源中其他放射源采用的放射性核素不同的放射性核素，以使得非偏振射线源中包含分别发送具有不同能量的非偏振的射线的至少两种放射性核素，所述换源盘能相对于所述准直器转动，换源盘的旋转方向垂直于或者大致垂直于准直器的准直方向，所述至少两种放射源彼此独立地沿换源盘的周向间隔设置，所述换源盘转动以将所述至少两种放射源中的其中一种放射源对准准直器以让对准准直器的放射源衰变产生的射线能经准直器准直后射出，其中，在换源盘转动将所述至少两种放射源中的不同的放射源对准准直器时会从准直器中射出经准直的具有不同能量的非偏振的射线。一方面由于多种放射性核素作为非偏振射线源能随内圈转动，另一方面由于可以在外圈上布置多个标准的第二空间辐射探测器，使得本发明能够一次性校准不同的多个第一空间辐射探测器，而且占地面积极小，且能够实现高速校准的目的。

根据一个优选实施方式，所述非偏振射线源还包括驱动电机和/或控制器，所述控制器中预先存储有沿换源盘的周向间隔设置的所述至少两种放射源与所述准直器之间的相对位置关系，在所述控制器接收到需要将相应的放射源对准所述准直器的请求时，所述控制器根据所述相对位置关系控制所述驱动电机受控地带动所述换源盘转动特定角度以使相应的放射源对准所述准直器，优选，所述驱动电机是伺服电机或者步进电机。

根据一个优选实施方式，所述装置还包括环形安装台，所述环形安装台包括环形承载面和支承所述承载面的至少三根调整柱，所述至少三根调整柱沿环形承载面的周向间隔设置，所述调整柱的一端连接于所述环形承载面，所述调整柱的另一端设有固定盘，所述固定盘能通过紧固件固接于地面，所述固定盘和所述地面之间能够加设调整垫以调整所述环形承载面的水平度，所述外圈通过紧固件固定在所述环形承载面上。

根据一个优选实施方式，所述至少两种核素是Am-241、Co-57、Na-22和Cs-137中的至少两种。

根据一个优选实施方式，所述内圈和所述外圈中的其中一个上设有与其相对固定的角度尺而其中另一个设有与其相对固定且指向角度尺上的刻度的指针，所述角度尺和所述指针共同用于指示所述内圈和所述外圈相对转动的程度，从而为转动非偏振射线源到预设的位置提供参考。

根据一个优选实施方式，在校准待校准的第一空间辐射探测器之前采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度，在校准待校准的第一空间辐射探测器之时将待校准的第一空间辐射探测器设置到所述固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度，基于所述标准偏振度得到所述测量偏振度的测量误差，根据所述测量误差来校准所述待校准的第一空间辐射探测器的测量值。

根据一个优选实施方式，一种空间辐射探测器偏振度的校准方法，包括：利用如前述优选实施方式所述的装置在待校准的第一空间辐射探测器将要设置的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器的具有彼此不同的偏振度的偏振射线；采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度；将待校准的第一空间辐射探测器设置到所述固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度；基于所述标准偏振度得到所述测量偏振度的测量误差；和根据所述测量误差来校准所述待校准的第一空间辐射探测器的测量值。

附图说明

图1是本发明的装置的一个优选实施方式的结构示意图；

图2是本发明的装置在工作状态下的简化示意图；

图3是本发明的装置的一个优选实施方式的结构示意图；

图4是本发明的装置的一个优选实施方式的结构示意图；

图5是非偏振射线源的一个优选实施方式的内部结构简化示意图；

图6是非偏振射线源的一个优选实施方式的简化剖视图；

图7是第一空间辐射探测器的一个优选实施方式的简化剖视图；和

图8是第一空间辐射探测器的一个优选实施方式部分部件的实体结构图。

附图标记列表

100：转动体，110：内圈，120：外圈，130：角度尺，140：指针，200：散射体，300：非偏振射线源，310：放射源，320：准直器，330：换源盘，340：驱动电机，350：控制器，400：第一空间辐射探测器，410：闪烁体，420：CZT探测模块，500：环形安装台，510：环形承载面，520：调整柱，530：固定盘，540：紧固件

具体实施方式

下面结合附图1～8进行详细说明。

首先，对本发明中使用到的部分术语作如下解释：

散射体200可以称为散射晶体或者闪烁体，本发明中命名为散射体一是为了表明该部件的作用，二是为了区别于本发明中第一空间辐射探测器中的闪烁体410。

PS可以是指塑料闪烁体，当X射线或者带电粒子进入塑料闪烁体时产生荧光，通过测量荧光即可测量入射的X射线或者带点粒子的能量。塑料闪烁体的主要成分为低Z系数的C、H元素组成，因此与X射线发生相互作用时相对高Z系数的材料在低能段发生康普顿效应的比例更高，因此用以作为偏振光源的散射体。当来自放射源的非偏振X射线入射到PS中时，发生康普顿散射，出射光子变成了部分偏振光。

偏振度可以是指电磁波中偏振部分的强度和整个强度的比值，偏振度在0与1之间变化。偏振是指电磁波的电矢量振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振光。X射线与可见光均为电磁波，只是对应的波长不同。自然光的电矢量振动方向沿着垂直与光传播方向的平面的各种方向均有，因此为完全非偏光，偏振度为0。如果电磁波的电矢量只在垂直于传播方向的单一方向振荡，则为100％的线偏光；如果振动方向在垂直于传播方向的平面内旋转，则称为椭偏振光。一般的电磁波由非偏与100％偏振光组成，偏振度即偏振光所占的比例。

实施例1

本实施例公开了一种空间辐射探测器偏振度的校准装置，或者说一种用于形成校准偏振度的环境的装置，或者说一种用于形成偏振射线的装置。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，参见图1、2、3、4，该装置可以包括：转动体100、散射体200和非偏振射线源300中的至少一个。第一空间辐射探测器400和/或第二空间辐射探测器可以不是本发明所必须的。转动体100可以包括能绕中心转动轴线彼此相对旋转的内圈110和/或外圈120。入射的非偏振的射线在散射体200上可以发生康普顿散射以形成偏振射线。非偏振射线源300内可以通过放射源310衰变产生非偏振的射线。非偏振射线源300可以将非偏振的射线经准直后入射到散射体200上。在进行校准工作时，待校准的第一空间辐射探测器400可以相对于外圈120固定。比如，操作者可以将待校准的第一空间辐射探测器400固定或者稳定放置在外圈120上。非偏振射线源300可以相对于内圈110固定。比如，操作者可以通过螺栓将非偏振射线源300固定到内圈110上。非偏振射线源300可以随内圈110转动以改变非偏振射线源300产生的非偏振的射线入射到散射体200上的入射角。由此，能在待校准的第一空间辐射探测器400所处的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器400的具有彼此不同的偏振度的偏振射线。优选地，参见图7、8，第一空间辐射探测器400可以包括闪烁体410和CZT探测模块420。第一空间辐射探测器400可以包括四块CZT探测模块420。四块CZT探测模块420围绕闪烁体410布置。闪烁体410的一端可以伸出第一空间辐射探测器400的壳体。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，通过本发明形成的偏振射线作为校准第一空间辐射探测器400的环境，而不用每次校验都使用同步加速器形成的100％线偏振光的环境去校验偏振度测量是否准确，节约资源和成本，使得低成本、高效率校验大批量生产的第一空间辐射探测器400变为可能；第二，当第一空间辐射探测器400相对于外圈120固定时，设置在内圈110上的非偏振射线源300可以转动，从而使得非偏振射线源300入射到散射体200上的入射角改变，从而导致散射角跟随入射角改变，在第一空间辐射探测器400形成的偏振射线的偏振度由此改变，以能够为多次校核提供变化的偏振度环境，且操作十分简便，校准效率高。

根据一个优选实施方式，散射体200可以按照相对于内圈110和外圈120中的其中一个固定的方式设置。散射体200可以是由NaI晶体或者PS。散射体200可以设为圆柱状。散射体200的直径可以设为10～30mm。散射体200的长度可以设为10～30mm。处于使用状态下的散射体200的轴线可以按照与转动体100的中心转动轴线彼此重合或者彼此大致重合的方式设置。非偏振射线源300的准直器320可以对准散射体200的中部或者中心。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，散射体200设为圆柱状，直径设为10～30mm、长度设为10～30mm可以得到良好的散射效果，且在转动过程中非偏振射线源300绕中心转动轴线转动时始终沿径散射体200的径向对准散射体200，非偏振射线源300转动导致入射角变化时，形成的散射射线随之旋转，使得在第一空间辐射探测器400所处的固定位置处接收来自变化了散射角的偏振射线，相当于很便捷、高效的改变了校准环境，由此，能够在同一固定位置处连续多次测量不同的偏振度环境的测量值，以更准确地进行校准。应当注意的是，多次在同一固定位置处连续多次测量不同的偏振度环境的测量值之前，应当确定需要采用几个入射角来用于测量，然后将非偏振射线源300转动至相应的入射角，采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器400将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度，然后再将待校准的第一空间辐射探测器400设置到所述固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度。然后，基于标准偏振度得到测量偏振度的测量误差，根据测量误差来校准所述待校准的第一空间辐射探测器400的测量值。

根据一个优选实施方式，非偏振射线源300随内圈110转动以改变非偏振射线源300产生的非偏振的射线入射到散射体200上的入射角时，在待校准的第一空间辐射探测器400所处的固定位置形成的偏振射线的偏振度的调整范围可以为0～90％。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，虽然本发明不能形成同步加速器的100％线偏光用于校准探测器，但是，本发明用简单巧妙的结构实现了偏振射线的偏振度的调整范围可以达到0～90％的校准环境；第二，根据校准要求，可以转动非偏振射线源300快速调整在待校准的第一空间辐射探测器400所处的固定位置处形成的射线的偏振度，快速形成多个不同偏振度的校准环境用于待校准的第一空间辐射探测器400测量，提高校准效率和准确性。

根据一个优选实施方式，参见图5、6，非偏振射线源300可以包括准直器320、换源盘330和/或彼此不同的至少两种放射源310。每种放射源310可以采用一种与至少两种放射源310中其他放射源310采用的放射性核素不同的放射性核素，以使得非偏振射线源300中包含分别发送具有不同能量的非偏振的射线的至少两种放射性核素。换源盘330可以相对于准直器320转动。换源盘330的旋转方向可以垂直于或者大致垂直于准直器320的准直方向。至少两种放射源310可以彼此独立地沿换源盘330的周向间隔设置。换源盘330可以转动以将至少两种放射源310中的其中一种放射源310对准准直器320以让对准准直器320的放射源310衰变产生的射线能经准直器320准直后射出。在换源盘330转动将至少两种放射源310中的不同的放射源310对准准直器320时会从准直器320中射出经准直的具有不同能量的非偏振的射线。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：让本发明可以在不拆卸非偏振射线源300，不改变非偏振射线源300相对于散射体的位置的情况下，快速更换不同的放射源310，以形成用于校核偏振度的具有不同能量的偏振射线，以快速满足要探测相应能量范围的探测器的校准需求。

根据一个优选实施方式，非偏振射线源300可以包括驱动电机340和/或控制器350。控制器350中可以预先存储有沿换源盘330的周向间隔设置的至少两种放射源310与准直器320之间的相对位置关系。在控制器350接收到需要将相应的放射源310对准准直器320的请求时，控制器350可以根据相对位置关系控制驱动电机340受控地带动换源盘330转动特定角度以使相应的放射源310对准准直器320。优选，驱动电机340可以是伺服电机或者步进电机。本发明采用此方式至少能够使得本发明能够安全、高效准确地利用所需的放射源。

根据一个优选实施方式，该装置可以包括环形安装台500。环形安装台500可以包括环形承载面510和/或支承承载面的至少三根调整柱520。至少三根调整柱520可以沿环形承载面510的周向间隔设置。调整柱520的一端可以连接于环形承载面510。调整柱520的另一端可以设有固定盘530。固定盘530可以通过紧固件540固接于地面。固定盘530和地面之间可以加设调整垫以调整环形承载面510的水平度。优选地，在工作状态下，将环形承载面510的上表面调整为水平或者大致水平的状态。外圈120可以通过紧固件540固定在环形承载面510上。

根据一个优选实施方式，至少两种核素可以是Am-241、Co-57、Na-22和Cs-137中的至少两种。

根据一个优选实施方式，非偏振射线源300可以包括彼此不同的至少四种核素。至少四种核素使得在待校准的第一空间辐射探测器400所处的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器400的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的能量调整范围能达到60keV～300keV。优选地，至少四种核素可以包括Am-241、Co-57、Na-22和Cs-137。参见表1，给出了优选的四种核素的散射光能量范围、散射角范围和偏振度跨度。

表1：四种核素的散射光能量范围、散射角范围和偏振度跨度

根据一个优选实施方式，内圈110和外圈120中的其中一个上可以设有与其相对固定的角度尺130而其中另一个设有与其相对固定且指向角度尺130上的刻度的指针140。角度尺130和指针140可以共同用于指示内圈110和外圈120相对转动的程度。由此，为转动非偏振射线源300到预设的位置提供参考。

根据一个优选实施方式，在校准待校准的第一空间辐射探测器400之前可以采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器400将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度。在校准待校准的第一空间辐射探测器400之时可以将待校准的第一空间辐射探测器400设置到固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度。基于标准偏振度得到测量偏振度的测量误差。根据测量误差来校准待校准的第一空间辐射探测器400的测量值。

实施例2

本实施例公开了一种用于形成校准偏振度的环境的方法，或者说一种用于形成偏振射线的方法。该方法可以由本发明的装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的装置中的各个零部件实现本发明的方法。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，该方法可以包括：采用本发明的装置形成用于校准第一空间辐射探测器偏振度的具有偏振射线的射线环境。

实施例3

本实施例公开了一种空间辐射探测器偏振度的校准方法。该方法可以由本发明的装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的装置中的各个零部件实现本发明的方法。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，该方法可以包括：利用本发明的装置在待校准的第一空间辐射探测器400将要设置的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器400的具有彼此不同的偏振度的偏振射线；采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器400将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度；将待校准的第一空间辐射探测器400设置到固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度；基于标准偏振度得到测量偏振度的测量误差；和/或根据测量误差来校准待校准的第一空间辐射探测器400的测量值。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：使得校准第一空间辐射探测器400的过程简便、高效。

实施例4

本实施例公开了一种空间辐射探测器偏振度的校准方法，方法至少包括以下步骤：基于放射源310生成γ射线并通过准直器320生成准直后的γ射线，并基于准直后的γ射线经过散射体200后生成偏振光源。优选的，放射源310可以是Am-241，Co-57，Cs-137等，放射源310的活度可以是200mCi，其偏振光输出强度大于等于10/s/cm^2。基于电子探测器探测偏振光源并生成反冲电子信号，并基于反冲电子信号生成控制第二空间辐射探测器工作的信号。基于第二空间辐射探测器测量偏振光源不同散射角的能量分布曲线；基于公式：C(φ)＝Acos(2(φ-φ₀+π/2)+B对能量分布曲线进行拟合并生成该入射角下的A、B的数值，并基于μ＝A/B测得该入射角下μ的数值和100％线偏振光情况下的调制因子μ₁₀₀生成偏振度，偏振度被定义为μ/μ₁₀₀。优选地，用第二空间辐射探测器探测的偏振度为基准，去校准第一空间辐射探测器测量的偏振度，使之测量的偏振度的结果更准确。

优选的，基于康普顿散射原理，散射光子的散射角分布满足Klein-Nishia微分散射截面，即满足。发明人通过推导该式以及散射方位角φ的统计分布推导出调制曲线，并利用其满足余弦分布的性质得到公式C(φ)＝Acos(2(φ-φ₀+π/2)+B。φ被定义为散射方位角，θ被定义为散射角，φ₀被定义为初始散射方位角，B可视为不同散射方位角φ的调制曲线的常数项，A可视为其调制曲线的系数，A与B的比值即为调制因子μ。

优选的，本发明可以针对放射源310的不同入射角度下第一空间辐射探测器采集的偏振度可能具有不同程度误差的问题，通过非偏振射线源300与第二空间辐射探测器相配合，基于放射源310不同入射角度下实际测量的偏振度的图像与理论偏振度图像进行比对从而生成在不同放射源310入射角度下对偏振度的补偿方法，为空间辐射探测器的偏振度测量提供校准。本发明大大提升了第二空间辐射探测器的探测效率，并使得测量值无限逼近理论值。

优选的，本发明针对第一空间辐射探测器存在探测误差的问题，通过利用已知参数的放射源310对第一空间辐射探测器的测量结果进行标定。第一空间辐射探测器能够准确对未知放射源310的偏振度进行测量及标定，例如：测量宇宙中存在的伽马暴线偏振。本发明提出的标定方法核心思想类似于：砝码与天平的关系。具有测量误差的第一空间辐射探测器类似于受腐蚀的砝码。标准的第二空间辐射探测器类似于标准砝码。第二空间辐射探测器测量的标准偏振度去校准第一空间辐射探测器的测量偏振度。

根据一个优选实施方式，放射源310可以设置于非偏振射线源300内，非偏振射线源300的外部可以有硬质的箱体。支座和准直器320，其中，屏蔽箱设置于支座上，屏蔽箱上设置有准直器320，屏蔽箱内设置有第二空间辐射探测器。

优选的，非偏振射线源300可以设置有放射源310屏蔽体Pb，厚度至少为12cm。更优选的，非偏振射线源300内可以设置有准直孔，准直孔直径可以是1cm，张角～4.8°。更优选的，准直孔内可以镶嵌有厚度为0.1cm的薄钢管，能够有效防止Pb因受外力变形而改变准直孔尺寸。本发明通过设置准直孔提升放射源310准直度的情况下保证了放射源310具有较高的输出强度。更优选的，准直器320可以是一种空心管体，可以是φ2cm×15cm，φ4cm×15cm等尺寸。

根据一个优选实施方式，如图2所示，非偏振射线源300设置于转动体100上，其中，转动体100能够精确调节放射源310相对于散射体200入射角度。

根据一个优选实施方式，散射体200可以设置于转动体100中心。非偏振射线源300在转动体100上转动并改变放射源310相对于散射体200入射角度的情况下，非偏振射线源300与散射体200之间的距离可以保持不变。

优选的，转动体100的内径可以大于等于35cm。从而保证放射源310与散射体200之间的距离满足实际应用中最短距离。

优选的，散射体200可以是低Z散射材料或者高Z散射材料。更优选的，用户能够根据放射源310的种类选取散射体200的种类，例如：高Z材料如NaI等，适用于高能光子。NaI晶体相对PS具有能量分辨率优势，能够较准确提供反冲电子能量信息，适合于做符合处理。采用高Z的具有高分辨率的材料。通过符合法，则复杂多成分的放射源310如Ba-133也可用于产生偏振光源，并且对低能光子的散射概率极低。而低Z材料如PS，适用于低能光子，虽然其对低能光子散射概率更高，但是对不同能量光子散射概率差别较小。

优选的，数据处理单元可以是硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件诸如ASIC或FPGA的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器350或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件例如，RAM、ROM、闪存等，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤拆分为更多步骤，也可将两个或多个步骤或者步骤的部分操作组合成新的步骤，以实现本发明的目的。同时，可将本申请中描述的各个功能模块拆分为更多的功能模块，也可将两个或多个功能模块或者功能模块的部分功能组合成新的功能模块，以实现本发明的目的。

实施例5

本实施例公开了一种空间辐射探测器偏振度的校准装置，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，一种空间辐射探测器偏振度的校准装置，至少包括第二空间辐射探测器、放射源310和/或数据处理单元。校准装置被配置为执行以下步骤：基于第二空间辐射探测器测量偏振光源不同散射角的能量分布曲线并生成偏振度；通过改变放射源310入射角度重复测量偏振度，并基于数据处理单元生成偏振度随放射源310入射角度变化的实测图像；和/或基于放射源310在不同入射角度下的偏振度变化的理论图像和实测图像生成校准公式。

根据一个优选实施方式，放射源310可以设置于非偏振射线源300内。非偏振射线源300设置于转动体100上。转动体100能够精确调节放射源310相对于散射体200入射角度。非偏振射线源300一侧可以设置有屏蔽箱、支座和准直器320，屏蔽箱设置于支座上，屏蔽箱上设置有准直器320，屏蔽箱内设置有第二空间辐射探测器。

优选的，第二空间辐射探测器可以是经过100％线偏光校准后的标准的空间探测辐射探测器。第二空间辐射探测器的实测值是标准的，可以用于校准待校准的第一空间辐射探测器400。优选地，被第二空间辐射探测器校准后的第一空间辐射探测器400也可以作为第二空间辐射探测器使用。但是，为了保证校准精度，防止误差累积，最优方式依然是采用经过100％线偏光校准后的标准的空间探测辐射探测器作为第二空间辐射探测器。

根据一个优选实施方式，散射体200设置于转动体100中心，非偏振射线源300在转动体100上转动并改变放射源310相对于散射体200入射角度的情况下，非偏振射线源300与散射体200之间的距离保持不变。

优选的，转动体100的半径大于等于35cm，从而保证放射源310与散射体200之间的距离满足实际应用中最短距离。

优选的，散射体200可以是散射体200，包括低Z散射材料、高Z散射材料。更优选的，用户能够根据放射源310的种类选取散射体200的种类，例如：高Z材料如NaI等，适用于高能光子；NaI晶体相对PS具有能量分辨率优势，能够较准确提供反冲电子能量信息，适合于做符合处理；采用高Z的具有高分辨率的材料，通过符合法，则复杂多成分的放射源310如Ba-133也可用于产生偏振光源；并且对低能光子的散射概率极低。而低Z材料如PS，适用于低能光子，虽然其对低能光子散射概率更高，但是对不同能量光子散射概率差别较小。更优选的，散射体200可以是尺寸为φ3×3cm的NaI晶体。

优选的，转动体100上设置有显示放射源310入射角度的刻度，由于散射体200设置于转动体100的中心，因此刻度是均匀分布的，用户能够基于刻度准确快速的调节放射源310相对于散射体200的入射角度。

优选的，本发明通过设置转动体100使得用户能够准确调节放射源310相对于散射体200的入射角度。同时，由于散射体200设置于转动体100的中心，使得用户在改变入射角度时放射源310与散射体200的距离始终保持一致，有效地避免了因改变放射源310与散射体200之间的距离而造成的放射源310在空气传播过程中损耗的能量不同，进而影响第二空间辐射探测器的探测结果，本发明通过在改变入射角度时将放射源310与散射体200的距离始终保持一致，有效地提升了第二空间辐射探测器的探测效率及准确率，大大降低了光路中的系统误差。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种空间辐射探测器偏振度的校准装置，其特征在于，包括：

转动体(100)，包括能绕中心转动轴线彼此相对旋转的内圈(110)和外圈(120)；

散射体(200)，入射的非偏振的射线在散射体(200)上发生康普顿散射以形成偏振射线；和

非偏振射线源(300)，其内通过放射源产生非偏振的射线，并将非偏振的射线经准直后入射到散射体(200)上；

其中，在进行校准工作时，待校准的第一空间辐射探测器(400)相对于所述外圈(120)固定，非偏振射线源(300)相对于所述内圈(110)固定，非偏振射线源(300)能随内圈(110)转动以改变非偏振射线源(300)产生的非偏振的射线入射到散射体(200)上的入射角，从而能在待校准的第一空间辐射探测器(400)所处的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器(400)的具有彼此不同的偏振度的偏振射线。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述散射体(200)按照相对于所述内圈(110)和所述外圈(120)中的其中一个固定的方式设置，所述散射体(200)是由NaI晶体或者PS构成，所述散射体(200)设为圆柱状，散射体(200)的直径设为10～30mm，散射体(200)的长度设为10～30mm，处于使用状态下的散射体(200)的轴线按照与转动体(100)的中心转动轴线彼此重合或者彼此大致重合的方式设置，所述非偏振射线源(300)的准直器(320)对准所述散射体(200)的中部或者中心。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，非偏振射线源(300)随内圈(110)转动以改变非偏振射线源(300)产生的非偏振的射线入射到散射体(200)上的入射角时，在待校准的第一空间辐射探测器(400)所处的固定位置形成的偏振射线的偏振度的调整范围为0～90％。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述非偏振射线源(300)包括准直器(320)、换源盘(330)和彼此不同的至少两种放射源(310)，每种放射源(310)均采用一种与至少两种放射源(310)中其他放射源(310)采用的放射性核素不同的放射性核素，以使得非偏振射线源(300)中包含分别发送具有不同能量的非偏振的射线的至少两种放射性核素，所述换源盘(330)能相对于所述准直器(320)转动，换源盘(330)的旋转方向垂直于或者大致垂直于准直器(320)的准直方向，所述至少两种放射源(310)彼此独立地沿换源盘(330)的周向间隔设置，所述换源盘(330)转动以将所述至少两种放射源(310)中的其中一种放射源(310)对准准直器(320)以让对准准直器(320)的放射源(310)衰变产生的射线能经准直器(320)准直后射出，其中，在换源盘(330)转动将所述至少两种放射源(310)中的不同的放射源(310)对准准直器(320)时会从准直器(320)中射出经准直的具有不同能量的非偏振的射线。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述非偏振射线源(300)还包括驱动电机(340)和控制器(350)，所述控制器(350)中预先存储有沿换源盘(330)的周向间隔设置的所述至少两种放射源(310)与所述准直器(320)之间的相对位置关系，在所述控制器(350)接收到需要将相应的放射源(310)对准所述准直器(320)的请求时，所述控制器(350)根据所述相对位置关系控制所述驱动电机(340)受控地带动所述换源盘(330)转动特定角度以使相应的放射源(310)对准所述准直器(320)，所述驱动电机(340)是伺服电机或者步进电机。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括环形安装台(500)，所述环形安装台(500)包括环形承载面(510)和支承所述承载面的至少三根调整柱(520)，所述至少三根调整柱(520)沿环形承载面(510)的周向间隔设置，所述调整柱(520)的一端连接于所述环形承载面(510)，所述调整柱(520)的另一端设有固定盘(530)，所述固定盘(530)能通过紧固件(540)固接于地面，所述固定盘(530)和所述地面之间能够加设调整垫以调整所述环形承载面(510)的水平度，所述外圈(120)通过紧固件(540)固定在所述环形承载面(510)上。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少两种核素是Am-241、Co-57、Na-22和Cs-137中的至少两种。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内圈(110)和所述外圈(120)中的其中一个上设有与其相对固定的角度尺(130)而其中另一个设有与其相对固定且指向角度尺(130)上的刻度的指针(140)，所述角度尺(130)和所述指针(140)共同用于指示所述内圈(110)和所述外圈(120)相对转动的程度，从而为转动非偏振射线源(300)到预设的位置提供参考。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，在校准待校准的第一空间辐射探测器(400)之前采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器(400)将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度，

在校准待校准的第一空间辐射探测器(400)之时将待校准的第一空间辐射探测器(400)设置到所述固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度，基于所述标准偏振度得到所述测量偏振度的测量误差，根据所述测量误差来校准所述待校准的第一空间辐射探测器(400)的测量值。

10.一种空间辐射探测器偏振度的校准方法，其特征在于，包括：

在待校准的第一空间辐射探测器(400)将要设置的固定位置处根据彼此不同的入射角形成用于校准待校准的第一空间辐射探测器(400)的具有彼此不同的偏振度的偏振射线；

采用标准的第二空间辐射探测器在待校准的第一空间辐射探测器(400)将要设置的固定位置处测量具有彼此不同的偏振度的偏振射线的标准偏振度；

将待校准的第一空间辐射探测器(400)设置到所述固定位置处测量彼此不同的入射角对应的具有彼此不同的偏振度的偏振射线的测量偏振度；

基于所述标准偏振度得到所述测量偏振度的测量误差；和

根据所述测量误差来校准所述待校准的第一空间辐射探测器(400)的测量值。

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