CN111487664B - 一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置及方法，属于核探测技术领域，解决了现有技术测量精度受限于设备精度的问题。该装置包括：第一固定探测器和第二固定探测器分别用于探测样品中电子与正电子湮没产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号；符合模块，用于处理荧光信号获得对应的第一二维数组和第二二维数组；定位系统，用于根据二维数组获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息；符合系统，用于采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，并结合样品的位置信息获得对应的立体湮没角，进而获得二维正电子湮没角关联谱。规避了测量精度受限于测量设备精度的缺陷，且提高了测量精度。

Description

一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置及方法

技术领域

本发明涉及核探测技术领域，尤其涉及一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置及方法。

背景技术

正电子湮没谱仪广泛应用于金属、半导体、超导材料、聚合物等材料微观结构的研究，特别在与电子态密度和电子动量相关研究领域具有独一无二的灵敏度。由于电子动量导致的湮没特征伽马光子动量分布是正电子湮没谱学技术中一个重要的表征参数，这也正是正电子湮没角关联谱仪的目标参数。正电子在材料中热化后与电子发生湮没，根据动量守恒，湮没产生的两个反方向的特征伽马射线会在180°直线上偏转一定的角度θ，偏转角θ的范围一般在1°以内，θ分布曲线可以反映出材料中电子动量的分布情况，因此，对谱仪的角分辨率要求很高，一般要求亚mrad量级

现有技术通常是通过高精密仪器设备以达到高角分辨率要求，例如，准直器、高精度的探测器等，例如由沿狭缝方向线性排列的多个晶体条组成的探测器。

现有技术至少存在以下缺陷，一是利用准直器会造成计数损失，计数效率低，扰动信号强，且增加了装置的复杂性；二是对晶体条产生的闪烁光进行调制，并将调制后的闪烁光按照顺序沿狭缝的方向进行排列，操作繁琐，降低了可行性，且调制闪烁光容易产生定位偏差和误差；此外，多个晶体条间的狭缝结构仍然会造成大量的计数损失，探测精度低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置及方法，用以解决现有测量装置的测量精度受限于测量设备精度的问题。

一方面，本发明提供了一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置，包括第一固定探测器、第二固定探测器、符合系统及定位系统；

所述第一固定探测器和第二固定探测器分别平行对称地设置于样品的两侧，用于探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号；

所述符合系统，用于处理所述荧光信号获得对应的第一二维数组和第二二维数组；所述二维数组包含所述荧光的数量信息；

所述定位系统，用于根据所述第一二维数组和第二二维数组获得所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息；

所述符合系统，还用于采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据所述入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

进一步的，所述第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与所述整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块；

所述第一伽马光子和第二伽马光子入射至所述整块闪烁晶体产生相应的荧光信号；

每一所述光电倍增管模块用于将其与所述闪烁晶体对应区域中所述第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号。

进一步的，每一所述光电倍增管模块均通过单独的信号通道向所述符合系统传输第一电信号或第二电信号。

进一步的，所述符合系统包括数字化采集板、时间符合判断模块、逻辑转换模块及处理器；

所述数字化采集板，用于将所述第一电信号或第二电信号转化为第一数字信号或第二数字信号；

所述时间符合判断模块，用于对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行时间符合判断；

在满足时间符合的情况下，所述逻辑转换模块，用于将每一所述第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；还用于将每一所述第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，所述数值为每一所述第一数字信号或每一所述第二数字信号的信号幅值或信号积分；

所述处理器，用于根据所述定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息及样品位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

进一步的，所述定位系统包括信号处理模块和定位模块；

所述信号处理模块，用于分别实时比较所述第一二维数组或第二二维数组中各数值的大小，并以数值最大的为中心对称选取与其相邻或次相邻的数值，以分别获得第一定位数组和第二定位数组；

所述定位模块，用于根据所述第一定位数组和第二定位数组采用质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。

进一步的，所述时间符合判断模块通过下述方式进行时间符合判断：

将所述数字信号与第二阈值比较，若大于等于所述第二阈值，则触发时钟信号；若第一数字信号和第二数字信号触发的时钟信号均在预设的时间窗内，则判断满足时间符合，否则不满足。

进一步的，所述处理器执行下述流程获得二维正电子湮没角关联谱；

根据所述定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标；

根据所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标获得对应的立体湮没角；

分别获得所述立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角θ₁和第二投影角θ₂；所述第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均与任一所述二维阵列探测器所在的平面垂直；以及，

在预设时间段内对θ₁值和θ₂值进行计数统计，得到θ₁值和θ₂值的分布，以获得二维正电子湮没角关联谱。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明采用两个固定探测器探测第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，规避了现有测量装置依赖于准直器的缺陷，且解决了准直器狭缝造成的计数损失的问题；

2、本发明采用定位算法获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置，并利用定位算法来提高定位精度，规避了现有技术中利用探测器的探测精度来提高定位精度所带来的角分辨率下降及计数损失大的缺陷；

3、本发明提出的测量装置无需对闪烁晶体产生的闪烁光进行调制，简化了操作的同时，规避了调制闪烁光容易产生定位偏差和误差的问题，提高了测量精度。

另一方面，本发明提供了一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量方法，包括以下步骤：

利用第一固定探测器和第二固定探测器分别探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号；

将所述荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组；所述二维数组包含所述荧光的数量信息；

根据所述第一二维数组和第二二维数组获得所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息；

采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据所述入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

进一步的，通过下述方式将所述荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组：

第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与所述整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块；

所述第一伽马光子和第二伽马光子入射至所述闪烁晶体产生相应的荧光信号；

每一所述光电倍增管模块将其与所述整块闪烁晶体对应区域中所述第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号；每一所述光电倍增管通过单独的信号通道传输所述第一电信号或第二电信；

将所述第一电信号和第二电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号；

对所述第一数字信号和第二数字信号进行时间符合判断；

在满足时间符合的情况下，将每一所述第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；并将每一所述第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，所述数值为每一所述第一数字信号或每一所述第二数字信号的信号幅值或信号积分。

进一步的，通过下述方法获得二维正电子湮没角关联谱：

根据所述第一二维数组和第二二维数组采用局部质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标；

根据所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标获得对应的立体湮没角；

分别获得所述立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角θ₁和第二投影角θ₂；所述第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均与任一所述二维阵列探测器所在的平面垂直；以及，

在预设时间段内对θ₁值和θ₂值进行计数统计，得到θ₁值和θ₂值的分布，以获得二维正电子湮没角关联谱。

由于本发明中的正电子湮没角关联测试方法与上述正电子湮没角关联测量装置的原理相同，所以该方法也具有与上述装置相应的技术效果。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置的示意图；

图2为本发明实施例闪烁晶体耦合光电倍增管的示意图；

图3为本发明实施例基于定位算法的正电子湮没角关联测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

装置实施例

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置。如图1所示，包括第一固定探测器、第二固定探测器、符合系统及定位系统。

正电子源照射样品时，会与样品中的电子发生湮没产生两个特征伽马光子(湮没光子对)，本文中称之为第一伽马光子和第二伽马光子，两个特征伽马光子沿相反的方向传播。

将第一固定探测器和第二固定探测器分别平行对称地设置于样品的两侧，以探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号。

符合系统，用于处理荧光信号获得对应的第一二维数组和第二二维数组；其中，二维数组包含荧光的数量信息。

定位系统，用于根据第一二维数组和第二二维数组获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息。

符合系统，还用于采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

其中，采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，是为了保证采集的位置信息是湮没光子对对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息。

优选的，第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与该整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块。

第一伽马光子和第二伽马光子入射至所述整块闪烁晶体产生相应的荧光信号；闪烁晶体能够感测到单个0.511Mev的伽马光子，从而提高探测精度。具体的，第一伽马光子和第二伽马光子入射至整块闪烁晶体里产生荧光，荧光在闪烁晶体中传播后，从闪烁晶体表面(该表面指与二维阵列排布的多个光电倍增管模块耦合的一面)出射且出射的荧光数量在该表面上呈现一个二维分布，荧光的分布决定了伽马光子的入射点位置。

每一光电倍增管模块用于将其与闪烁晶体对应区域中第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号。其中，第一电信号和第二电信号的幅值与荧光信号的荧光数量成正相关。

具体的，为了提高探测精度，闪烁晶体的发光光谱与光电倍增管模块的可吸收光谱相匹配，优选的，闪烁晶体采用硅酸钇镥闪烁晶体(LYSO)，其物化性质稳定，对伽马射线探测效率高；光电倍增管模块采用硅光电倍增管模块(SiPM模块)；示例性的，如图2所示，可以采用4*4阵列排布的硅光电倍增管模块，一整块闪烁晶体与4*4阵列排布的硅光电倍增管模块耦合，即使闪烁晶体与硅光电倍增管模块紧密贴合，不会产生光信号泄露。优选的，闪烁晶体和光电倍增管可以采用光学耦合剂进行耦合，示例性的，光学耦合剂可以选用硅油、硅脂、甘油或真空泵油等。

因为第一伽马光子或第二伽马光子在闪烁晶体上产生的荧光呈现二维分布，即每一光电倍增管模块对应的闪烁晶体区域上的荧光数量不同，因此产生的电信号的幅值也不同，因此，为了获得第一伽马光子或第二伽马光子在闪烁晶体上产生的荧光分布，每一光电倍增管模块均通过单独的信号通道向所述符合系统传输第一电信号或第二电信号。

优选的，符合系统包括高速模拟采样模块、数字化波形处理模块、逻辑转换模块、多通道数据传输模块、缓存模块、时间符合判断模块及处理器。

高速模拟采样模块，用于分别采集第一电信号及第二电信号，其利用现有采样模块实现即可。

数字化采集板，用于将第一电信号或第二电信号分别转化为第一数字信号或第二数字信号，并将第一数字信号及对应的信号通道编码、第二数字信号及对应的信号通道编码存入缓存模块的一级缓存单元，同时，将第一数字信号和第二数字信号传输至时间符合判断模块进行时间符合判断。

时间符合判断模块，用于对第一数字信号和所述第二数字信号进行时间符合判断。

多通道通信模块，用于将第一数字信号及对应的信号通道编码和第二数字信号及对应的信号通道编码分别打包成第一数据包和第二数据包，并传输到逻辑转换模块。

在满足时间符合的情况下，满足时间符合表示探测到的两个特征伽马光子同属于一个湮没光子对，逻辑转换模块，将每一第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；还将每一第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，并将第一二维数组和第二二维数组存入缓存模块的二级缓存单元。其中，转换获得的数值为每一第一数字信号或每一第二数字信号的信号幅值或信号积分，包含了每一信号通道对应的荧光数量信息。具体的，第一二维数组和第二二维数值与二维阵列排布的光电培增光模块是一一对应的。

处理器，用于根据定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息及样品位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

优选的，采用定位系统对第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置进行定位，该定位系统包括信号处理模块和定位模块。

信号处理模块，用于分别实时比较第一二维数组或第二二维数组中各数值的大小，并以数值最大的为中心对称选取与其相邻或次相邻的数值，以分别获得第一定位数组和第二定位数组。具体的，该部分通过编程实现数值的大小比较以确定最大数值，并根据需求设置以最大数值为中心的其他数值选取范围，示例性的，该范围可以是以最大数值为中心的相邻的信号通道对应的数值，或者是以最大数值为中心的相邻以及次相邻的信号通道对应的数值。

定位模块，用于根据第一定位数组和第二定位数组采用质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。

示例性的，获得的定位数组为S_i(i＝1、2、3、4.....n)，定位数组中每一数值对应的通道的中心坐标为(x_i，y_i)(i＝1、2、3、4.....n)，则利用质心法通过下述公式获得对应的伽马光子入射位置坐标(X，Y)：

优选的，所述时间符合判断模块通过下述方式进行时间符合判断：

将所述数字信号与第二阈值比较，若大于等于所述第二阈值，则触发时钟信号；若第一数字信号和第二数字信号触发的时钟信号均在预设的时间窗内，则判断满足时间符合，否则不满足。其中，当无伽马光子入射固定探测器时，固定探测器存在背底信号，根据固定探测器的背底信号幅值确定第二阈值，以区分固定探测器是否探测到伽马光子。

优选的，处理器执行下述流程获得二维正电子湮没角关联谱；

步骤1、根据定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。示例性的，第一伽马光子是入射位置坐标A₁(X₁，Y₁，-L)和第二伽马光子的入射位置坐标A₂(X₂，Y₂，L)，其中，L为第一固定探测器和第二固定探测器与样品之间的距离。

步骤2、根据第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标O(0，0，0)通过下述获得对应的立体湮没角：

步骤3、分别获得立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角θ₁和第二投影角θ₂；其中，第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均与任一所述二维阵列探测器所在的平面垂直；示例性的，在xyz三维坐标系中，第一固定探测器和第二固定探测器均与xy平面平行，第一投影平面与yz平面平行，第二投影平面与xz平面平行，相应的，θ_yz为第一投影角θ₁，θ_xz为第二投影角θ₂具体公式如下：

步骤4、在预设时间段内对θ₁值和θ₂值进行计数统计，得到θ₁值和θ₂值的分布，以获得二维正电子湮没角关联谱。

与现有技术相比，本发明提出的基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置，首先，采用两个固定探测器探测第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，规避了现有测量装置依赖于准直器的缺陷，且解决了准直器狭缝造成的计数损失的问题；其次，采用定位算法获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置，并利用定位算法来提高定位精度，规避了现有技术中利用探测器的探测精度来提高定位精度所带来的角分辨率下降及计数损失大的缺陷；最后，本发明提出的测量装置无需对闪烁晶体产生的闪烁光进行调制，简化了操作的同时，规避了调制闪烁光容易产生定位偏差和误差的问题，提高了测量精度。

方法实施例

本发明的另一方面，本发明提供了一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量方法。如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、将第一固定探测器和第二固定探测器平行对称地设置于样品两侧，利用第一固定探测器和第二固定探测器分别探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号。

步骤2、将荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组；其中，二维数组包含荧光的数量信息。

步骤3、根据第一二维数组和第二二维数组获得所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息。

步骤4、采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据所述入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

优选的，通过下述方式将荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组。

第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与该整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块；

步骤2.1、第一伽马光子和第二伽马光子入射至闪烁晶体产生相应的荧光信号。

步骤2.2、每一光电倍增管模块将其与整块闪烁晶体对应区域中第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号；每一所述光电倍增管通过单独的信号通道传输所述第一电信号或第二电信；其中，第一电信号和第二电信号的幅值与荧光信号的荧光数量成正相关。

步骤2.3、将第一电信号和第二电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。

步骤2.4、对第一数字信号和第二数字信号进行时间符合判断；将数字信号与第二阈值比较，若大于等于第二阈值，则触发时钟信号；若第一数字信号和第二数字信号触发的时钟信号均在预设的时间窗内，则判断满足时间符合，否则，不满足。其中，当无伽马光子入射固定探测器时，固定探测器存在背底信号，根据固定探测器的背底信号幅值确定第二阈值，以区分固定探测器是否探测到伽马光子。

步骤2.5、在满足时间符合的情况下，将每一第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；并将每一第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，其中，转换获得的数值为每一第一数字信号或每一第二数字信号的信号幅值或信号积分，包含了每一信号通道对应的荧光数量信息。具体的，第一二维数组和第二二维数值与二维阵列排布的光电培增光模块是一一对应的。

优选的，通过下述方法获得二维正电子湮没角关联谱：

步骤4.1、根据第一二维数组和第二二维数组采用局部质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。

具体的，分别实时比较第一二维数组或第二二维数组中各数值的大小，并以数值最大的为中心对称选取与其相邻或次相邻的数值，以分别获得第一定位数组和第二定位数组。具体的，根据需求设置以最大数值为中心的其他数值选取范围，示例性的，该范围可以是以最大数值为中心的相邻的信号通道对应的数值，或者是以最大数值为中心的相邻以及次相邻的信号通道对应的数值。

根据第一定位数组和第二定位数组采用质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。

示例性的，获得的定位数组为S_i(i＝1、2、3、4.....n)，定位数组中每一数值对应的通道的中心坐标为(x_i，y_i)(i＝1、2、3、4.....n)，则利用质心法通过下述公式获得对应的伽马光子入射位置坐标(X，Y)：

因而获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标分别为A₁(X₁，Y₁，-L)、A₂(X₂，Y₂，L)，其中，L为第一固定探测器和第二固定探测器与样品之间的距离。

步骤4.2、根据第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标O(0，0，0)通过下述获得对应的立体湮没角：

步骤4.3、分别获得立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角θ₁和第二投影角θ₂；所述第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均与任一所述二维阵列探测器所在的平面垂直。示例性的，在xyz三维坐标系中，第一固定探测器和第二固定探测器均与xy平面平行，第一投影平面与yz平面平行，第二投影平面与xz平面平行，相应的，θ_yz为第一投影角θ₁，θ_xz为第二投影角θ₂具体公式如下：

步骤4.4、在预设时间段内对θ₁值和θ₂值进行计数统计，得到θ₁值和θ₂值的分布，以获得二维正电子湮没角关联谱。

与现有技术相比，本发明提出的基于定位算法的正电子湮没角关联测量方法，首先，采用两个固定探测器探测第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，规避了现有测量装置依赖于准直器的缺陷，且解决了准直器狭缝造成的计数损失的问题；其次，采用定位算法获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置，并利用定位算法来提高定位精度，规避了现有技术中利用探测器的探测精度来提高定位精度所带来的角分辨率下降及计数损失大的缺陷；最后，本发明提出的测量装置无需对闪烁晶体产生的闪烁光进行调制，简化了操作的同时，规避了调制闪烁光容易产生定位偏差和误差的问题，提高了测量精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量装置，其特征在于，包括第一固定探测器、第二固定探测器、符合系统及定位系统；

所述第一固定探测器和第二固定探测器分别平行对称地设置于样品的两侧，用于探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号；

所述符合系统，用于处理所述荧光信号获得对应的第一二维数组和第二二维数组；所述二维数组包含所述荧光的数量信息；

所述定位系统，用于根据所述第一二维数组和第二二维数组获得所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息；

所述符合系统，还用于采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据所述入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱；

所述第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与所述整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块；

所述第一伽马光子和第二伽马光子入射至所述整块闪烁晶体产生相应的荧光信号；

每一所述光电倍增管模块用于将其与所述闪烁晶体对应区域中所述第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号；

所述符合系统包括数字化采集板、时间符合判断模块、逻辑转换模块及处理器；

所述数字化采集板，用于将所述第一电信号或第二电信号转化为第一数字信号或第二数字信号；

所述时间符合判断模块，用于对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行时间符合判断；

在满足时间符合的情况下，所述逻辑转换模块，用于将每一所述第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；还用于将每一所述第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，所述数值为每一所述第一数字信号或每一所述第二数字信号的信号幅值或信号积分；

所述处理器，用于根据所述定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息及样品位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱。

2.根据权利要求1所述的湮没角关联测量装置，其特征在于，每一所述光电倍增管模块均通过单独的信号通道向所述符合系统传输第一电信号或第二电信号。

3.根据权利要求1或2所述的湮没角关联测量装置，其特征在于，所述定位系统包括信号处理模块和定位模块；

所述信号处理模块，用于分别实时比较所述第一二维数组或第二二维数组中各数值的大小，并以数值最大的为中心对称选取与其相邻或次相邻的数值，以分别获得第一定位数组和第二定位数组；

所述定位模块，用于根据所述第一定位数组和第二定位数组采用质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标。

4.根据权利要求1所述的湮没角关联测量装置，其特征在于，所述时间符合判断模块通过下述方式进行时间符合判断：

将所述数字信号与第二阈值比较，若大于等于所述第二阈值，则触发时钟信号；若第一数字信号和第二数字信号触发的时钟信号均在预设的时间窗内，则判断满足时间符合，否则不满足。

5.根据权利要求1所述的湮没角关联测量装置，其特征在于，所述处理器执行下述流程获得二维正电子湮没角关联谱；

根据所述定位系统获得的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息获得第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标；

根据所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标获得对应的立体湮没角；

分别获得所述立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角

和第二投影 角

；所述第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均 与任一所述二维阵列排布的多个光电倍增管模块所在的平面垂直；以及，

在预设时间段内对

值和

值进行计数统计，得到

值和

值的分布，以获得二维正电 子湮没角关联谱。

6.一种基于定位算法的正电子湮没角关联测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用第一固定探测器和第二固定探测器分别探测样品中电子与正电子湮没所产生的沿反向传播的第一伽马光子和第二伽马光子产生的荧光信号；

将所述荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组；所述二维数组包含所述荧光的数量信息；

根据所述第一二维数组和第二二维数组获得所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息；

采集符合时间内的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，根据所述入射位置信息及样品的位置信息获得对应的立体湮没角，并根据所述立体湮没角获得二维正电子湮没角关联谱；

通过下述方式将所述荧光信号分别转换为对应的第一二维数组和第二二维数组：

第一固定探测器和第二固定探测器均包括整块闪烁晶体以及与所述整块闪烁晶体耦合的二维阵列排布的多个光电倍增管模块；

所述第一伽马光子和第二伽马光子入射至所述闪烁晶体产生相应的荧光信号；

每一所述光电倍增管模块将其与所述整块闪烁晶体对应区域中所述第一伽马光子或第二伽马光子产生的荧光信号转化为第一电信号或第二电信号；每一所述光电倍增管通过单独的信号通道传输所述第一电信号或第二电信号；

将所述第一电信号和第二电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号；

对所述第一数字信号和第二数字信号进行时间符合判断；

在满足时间符合的情况下，将每一所述第一数字信号转换为数值，以获得第一二维数组；并将每一所述第二数字信号转换为数值，以获得第二二维数组，所述数值为每一所述第一数字信号或每一所述第二数字信号的信号幅值或信号积分。

7.根据权利要求6所述的湮没角关联测量方法，其特征在于，通过下述方法获得二维正电子湮没角关联谱：

根据所述第一二维数组和第二二维数组采用局部质心法获得对应的第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置信息，所述入射位置信息包含第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标；

根据所述第一伽马光子和第二伽马光子的入射位置坐标及样品的位置坐标获得对应的立体湮没角；

分别获得所述立体湮没角在第一投影平面和第二投影平面的第一投影角

和第二投影 角

；所述第一投影平面与第二投影平面相互垂直，所述第一投影平面和第二投影平面均 与任一所述二维阵列排布的多个光电倍增管模块所在的平面垂直；以及，

在预设时间段内对

值和

值进行计数统计，得到

值和

值的分布，以获得二维正电 子湮没角关联谱。

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