CN111221031B - 一种用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量Si‑PIN探测器有效面积的准直器及其使用方法，所述准直器包括：AB两个部件，A部件位于射线源预设范围内，用于对光源发光区域进行限制；B部件用在探测器段，用于对射线进行准直和限光，并屏蔽其它方向的干扰射线；A部件为带有一个第一通光孔的金属板；B部件为带有N个准直管安装孔和N个探测器小腔的金属块，准直管安装孔与探测器小腔一一对应，准直管安装孔与其对应的探测器小腔连通，贯穿整个金属块，且准直管安装孔位于金属块的一面，探测器小腔贯穿到金属块的对面，本发明能够定量测量Si‑PIN探测器对硬X射线/伽玛射线响应的有效面积，从而使得Si‑PIN探测器在校准后能够用于硬X射线/伽玛射线定量测量。

Description

一种用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器及其使用方法
技术领域
本发明专利涉及硬X射线/伽玛射线定量测量领域。具体地，涉及一种用于测量Si-PIN探测器有效灵敏面积的硬X射线/伽玛射线准直器及其使用方法。
背景技术
Si-PIN探测器通常由离子注入技术在Si单晶片两面分别形成P型半导体和N型半导体制成。当用作电离辐射定量测量时，通常把死层做得很薄，使得电离辐射的大部分能量沉积在中间的I层。由于单位电离辐射能产生的电子-空穴对数量从统计上讲是一个固定的值，通过测量探测器流过的电荷量能够推算沉积在探测器内部的电离能(R.W.Kuckuck,1971)。为了减小单晶片边界产生的漏电流，迎光面的P型层(或N型层)通常不完全覆盖整个晶片。在用作紫外线/软X射线定量探测器时，可通过光窗限制照射区域，使边界不影响定量测量。由于硬X射线/伽玛射线具有很强的穿透性，难以利用光窗限制照射区域，在定量测量中需要考虑边界区域的影响
发明内容
本发明涉及的准直器及其使用方法能够定量测量Si-PIN探测器对硬X射线/伽玛射线响应的有效面积，从而使得Si-PIN探测器在校准后能够用于硬X射线/伽玛射线定量测量。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，所述准直器包括：
AB两个部件，A部件用在射线源预设范围内，用于对光源发光区域进行限制；B部件用在探测器段，用于对射线进行准直和限光，并屏蔽其它方向的干扰射线；A部件为带有一个第一通光孔的金属板，其作用为限制光源大小，使入射到B部件的光束具有足够低的发散度；B部件为带有N个准直管安装孔和N个探测器小腔的金属块，其作用是限制光束宽度，使光束在未遮挡区维持原亮度且遮挡区几乎为零，从而能够有选择地使探测器部分面积或全部面积接收到光束。准直管安装孔与探测器小腔一一对应，准直管安装孔与其对应的探测器小腔连通，贯穿整个金属块，且准直管安装孔位于金属块的一面，探测器小腔贯穿到金属块的对面，N大于或等于1。
其中，本发明的原理为通过准直，使照在待测探测器表面所在平面的光束在该平面上的分布近似为阶跃函数，在除以一个可被扣除或修正的强度后，光束亮度在空间上只有0和1两种取值，且通光区为1，遮挡区为0。利用具有不同宽度的阶跃光束，尤其是通光区完全覆盖整个探测器的和通光区完全被探测器均匀区所接纳的两种阶跃光束分别照射探测器，记录对应的两个信号大小，计算探测器有效灵敏面积。
优选的，A部件正面和背面外形为正方形或长方形，A部件的材料为铅，A部件的厚度大于或等于1厘米且小于或等于10厘米。其中采用正方形或长方形的目的是便于安装，采用所述厚度的铅的目的在于使侧面入射的硬X射线或散射伽马射线衰减1000倍以上。
优选的，第一通光孔垂直贯穿A部件，第一通光孔的形状为圆形，第一通光孔位于A部件中心。采用所述结构和形状的目的在于便于对准光路。
优选的，金属块外形为长方体，金属块材料为铅，金属块沿准直管方向的长度为两倍准直管长度；金属块垂直于准直管方向的长度与准直管长度相等。采用长方体外形的目的在于便于安装，采用两倍准直管长度的目的在于使得探测器后方线缆周围能够有足够足够厚度的铅衰减从后方入射的散射硬X射线或伽玛射线。垂直方向与准直管长度相等的目的在于能够有效屏蔽散射角度较小的硬X射线或伽玛射线。
优选的，B部件匹配有M个准直管，M大于或等于1。
优选的，准直管外形为柱体，准直管的形状为圆柱体，准直管的材料为钨，准直管的长度大于或等于1厘米且小于或等于10厘米。采用柱形尤其是圆柱形的目的在于便于安装，采用1-10厘米的钨的目的在于能够将直穿的和小角度散射的硬X射线或伽玛射线衰减1000倍以上。
优选的，准直管中轴设有平行于柱体中轴的贯穿整个准直管的第二通光孔，第二通光孔用于准直。采用平行于中轴的准直孔的目的在于便于对准。采用贯穿的准直孔的作用在于限制光束宽度，使光束在未遮挡区维持原亮度且遮挡区几乎为零，从而能够有选择地使探测器部分面积或全部面积接收到光束。
优选的，第二通光孔形状为圆柱形，第二通光孔位于准直管中心，至少有一个准直管的准直孔小于待测Si-PIN迎光面P型层或N型层大小。采用圆柱形且位于准直管中心的准直孔的目的在于便于对准，至少有一个准直管的准直孔小于待测Si-PIN迎光面P型层或N型层大小的目的在于采用此准直孔准直的光束能够在待测探测器内产生一致而均匀的效应，从而避开探测器边界非均匀区对探测器信号的影响
优选的，准直管能够装配到B部件的准直管安装孔内，当N大于1时，不同的准直管安装孔之间呈一定角度，使得安装上准直管后能够同时对准光源或光源预设范围内A部件的第一通光孔。其作用是使多个准直管同时精确对准光路，达到使被准直光束在未遮挡区维持原亮度且遮挡区几乎为零的目的。
本发明还提供了一种所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器的使用方法，所述方法包括：
将待测Si-PIN探测器放置于B部件的其中一个探测器小腔中，调整探测器位置使探测器中心在准直管安装孔的轴心沿线上，调整探测器方向使之与准直管轴心沿线对准；
将准直孔大于Si单晶片的准直管安装在准直管安装孔内，或者不安装准直管；调整A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下进行第一次测量，记下Si-PIN探测器信号I0；
将准直管换为准直孔小于Si-PIN探测器迎光面P型层或N型层的准直管，设该准直孔面积为S，再次确认A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下进行第二次测量，记下Si-PIN探测器信号I1；如果两次测量之间，光源重复性满足要求，则Si-PIN探测器有效面积为SI0/I1；如果光源重复性不满足要求，则在B部件的其中一个探测器腔内安装另一个Si-PIN探测器，对光源强度进行测量，对光源强度的变化进行修正。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在硬X射线/伽玛射线辐射场中，使用本发明中的准直器对Si-PIN探测器有效灵敏面积进行测量能够校准该探测器对硬X射线/伽玛射线的总灵敏度，从而使该探测器能够用于硬X射线/伽玛射线准确定量测量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本发明的主要原理示意图；
图2是本发明A部件的整体结构示意图；
图3是本发明B部件的整体结构示意图；
其中，1-硬X射线/伽玛辐射源，2-A部件，3-B部件，4-大于待测Si-PIN探测器的Si单晶片的准直孔，5-小于待测Si-PIN探测器迎光面P型层或N型层的准直孔，其面积为S，6-探测器小腔，7-待测Si-PIN探测器的Si单晶片，8-待测Si-PIN探测器的迎光面P型层或N型层，9-待测Si-PIN探测器的信号电缆，10-采用大准直孔情形待测Si-PIN测得信号为I0，11-采用小准直孔情形待测Si-PIN测得信号为I1，12-部件A的金属板，13-部件A的第一通光孔，14-部件B的金属块，15-部件B的准直管安装孔，16-部件B的探测器小腔，17-准直管，18-准直管中心的准直孔。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
请参考图1-图3，本发明公开一种硬X射线/伽玛射线准直器及其使用方法。准直器通常由AB两个部件组成：A部件用在射线源附近，用于对光源发光区域进行限制；B部件用在探测器段，用于对射线进行准直、限光，并屏蔽其它方向的干扰射线。在射线源尺寸较小的情况下，可以只采用B而不采用A。
A部件为带有一个第一通光孔的厚金属板。为了安装方便，A部件优化的外形为正方形或长方形。金属板优化的材料为铅，优化的厚度为数厘米。
其中，在本发明实施例中，第一通光孔垂直贯穿金属板，优化的形状为圆形，优化的位置位于金属板中心。
B部件为带有N个准直管安装孔和N个探测器小腔的金属块，准直管安装孔和探测器小腔连通，贯穿整个金属块，且准直管安装孔位于金属块的一面而探测器小腔贯穿到金属块的对面。其中，N大于或等于1。为了安装方便，优化的金属块外形为长方体，优化的金属块材料为铅。沿准直管方向优化的长度为两倍准直管长度；垂直于准直管方向优化的长度与准直管长度相当。
其中，在本发明实施例中，B部件配有M个准直管，M大于或等于1。准直管外形为柱体，优化的形状为圆柱体，优化的材料为钨，优化的长度为数厘米到十数厘米。柱体中轴附近有平行于柱体中轴的，贯穿整个柱体的，用于准直的第二通光孔。优化的第二通光孔形状为圆柱形，优化的位置为准直管中心。并且，至少有一个准直管的准直孔小于待测Si-PIN迎光面P型层(或N型层)大小。
其中，在本发明实施例中，准直管能够装配到B部件的准直管安装孔内。
其中，在本发明实施例中，当N大于1时，不同的准直管安装孔之间呈一定角度，使得安装上准直管后可以同时对准光源或光源附近A部件的第一通光孔。
用于测量Si-PIN有效灵敏面积时，将待测Si-PIN探测器放置于B部件的其中一个探测器小腔中，调整其位置使其中心在准直管安装孔的轴心沿线上，调整其方向使之与上述准直管轴心沿线对准。首先，将准直孔大于Si单晶片的准直管安装在准直管安装孔内，或者不安装准直管。精确调整A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下，记下Si-PIN探测器信号I0。然后，将准直管换为准直孔小于Si-PIN探测器迎光面P型层(或N型层)的准直管，设该准直孔面积为S，再次确认A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下，记下Si-PIN探测器信号I1。如果两次测量之间，光源稳定重复，则Si-PIN探测器有效面积为SI0/I1。如果光源重复性不好，则需要在B部件的其中一个探测器腔内安装另一个Si-PIN探测器，对光源强度进行测量，对光源强度的变化进行修正。
测量Si-PIN有效灵敏面积至少有两个实验操作步骤和一个计算步骤。
其中，第一步，将具有4的17装配到15，7和9装配到16内部，沿光路放置2和3，使得13、4、7对准光路，在光源照射下记录待测Si-PIN信号10。
第二步，将具有5的17装配到15，7和9仍然装配在16内部，沿光路放置2和3，使得13、4、7对准光路，在光源照射下记录待测Si-PIN信号11。
计算步骤为，利用5的面积、10和11计算待测Si-PIN探测器有效灵敏面积，必要的情况下考虑两次实验时光源的变化量对计算结果进行修正。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，所述准直器包括：
AB两个部件，A部件位于射线源预设范围内，用于对光源发光区域进行限制；B部件用在探测器段，用于对射线进行准直和限光，并屏蔽其它方向的干扰射线；A部件为带有一个第一通光孔的金属板；B部件为带有N个准直管安装孔和N个探测器小腔的金属块，准直管安装孔与探测器小腔一一对应，准直管安装孔与其对应的探测器小腔连通，贯穿整个金属块，且准直管安装孔位于金属块的一面，探测器小腔贯穿到金属块的对面，N大于或等于1；B部件匹配有M个准直管，M大于或等于1；准直管中轴设有平行于柱体中轴的贯穿整个准直管的第二通光孔，第二通光孔用于准直；第二通光孔形状为圆柱形，第二通光孔位于准直管中心，至少有一个准直管的准直孔小于待测Si-PIN迎光面P型层或N型层大小。
2.根据权利要求1所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，A部件正面和背面外形为正方形或长方形，A部件的材料为铅，A部件的厚度大于或等于1厘米且小于或等于10厘米。
3.根据权利要求1所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，第一通光孔垂直贯穿A部件，第一通光孔的形状为圆形，第一通光孔位于A部件中心。
4.根据权利要求1所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，金属块外形为长方体，金属块材料为铅，金属块沿准直管方向的长度为两倍准直管长度；金属块垂直于准直管方向的长度与准直管长度相等。
5.根据权利要求1所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，准直管外形为柱体，准直管的形状为圆柱体，准直管的材料为钨，准直管的长度大于或等于1厘米且小于或等于10厘米。
6.根据权利要求1所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器，其特征在于，准直管能够装配到B部件的准直管安装孔内，当N大于1时，不同的准直管安装孔之间呈一定角度，使得安装上准直管后能够同时对准光源或光源预设范围内A部件的第一通光孔。
7.一种权利要求1-6中任意一个所述的用于测量Si-PIN探测器有效面积的准直器的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
将待测Si-PIN探测器放置于B部件的其中一个探测器小腔中，调整探测器位置使探测器中心在准直管安装孔的轴心沿线上，调整探测器方向使之与准直管轴心沿线对准；
将准直孔大于Si单晶片的准直管安装在准直管安装孔内，或者不安装准直管；调整A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下进行第一次测量，记下Si-PIN探测器信号I0；
将准直管换为准直孔小于Si-PIN探测器迎光面P型层或N型层的准直管，设该准直孔面积为S，再次确认A部件和B部件的位置，使得探测器、准直孔、A部件的通光孔和光源在一条直线上，在辐射源照射下进行第二次测量，记下Si-PIN探测器信号I1；如果两次测量之间，光源重复性满足要求，则Si-PIN探测器有效面积为SI0/I1；如果光源重复性不满足要求，则在B部件的其中一个探测器腔内安装另一个Si-PIN探测器，对光源强度进行测量，对光源强度的变化进行修正。
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