CN113167916A - 具有反射器的辐射探测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种辐射探测装置，所述辐射探测装置可包括：闪烁体，其响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，其响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲；和反射器，其围绕所述光电传感器。所述光电传感器可耦接至线路板，并且所述反射器可耦接至所述线路板。与包括光电倍增管的辐射探测装置相比，所述辐射探测装置可更加紧凑并且更加坚固。
Description
技术领域
本公开涉及在壳体内具有分析仪的辐射探测装置。
背景技术
一种可用于探测辐射(诸如X射线、伽马射线、α辐射、β辐射)的辐射探测装置可包括其中具有部件的密封壳体。辐射探测装置可包括闪烁体和SiPM，其中该闪烁体通过输出可导向SiPM并被SiPM探测到的光子作出反应，从而探测辐射类型。
SiPM是一种基于半导体的器件(通常是硅)，其可传输总电荷与吸收的光子数量成比例的电子信号。它由大量以盖革模式工作的雪崩光电二极管(APD)组成。这些盖革模式雪崩光电二极管(G-APD)，也可称为单光子雪崩光电二极管，经由单独的淬灭电阻并联连接。APD将入射光子转换为电信号，并通过雪崩倍增将其放大。APD需要跨其端子施加电压才能工作。当该施加的反向电压(或“偏置电压”)大于击穿电压时，APD以所谓的盖革模式工作。以盖革模式工作的SiPM可通过光子计数来测量光强度。SiPM每单位时间可计数的光子数量取决于SiPM中包含的G-APD的数量，以及在探测到光子时单个G-APD在放电后可再充电的速度。由于无论同时吸收了多少个光子，单个G-APD都会产生相同的输出信号，因此可选择SiPM来提供足够的G-APD(或像素)，以充分处理预期的光子密度，从而不会使SiPM饱和导致光子计数不足。
辐射探测装置可执行的功能可由部件测定。SiPM中的G-APD并联连接，形成G-APD的平行阵列，并且通常间距为25-100μm。然而，SiPM的噪声水平和G-APD的再充电速率会对SiPM的准确性和性能产生负面影响。辐射探测装置的进一步改进是所期望的。
附图说明
实施例以举例的方式示出，并且不受附图的限制。
图1包括根据一个实施例的辐射探测装置的剖视图的图示。
图2A至图2F包括图1所示的线路板的底表面的图示。
图3包括图1的装置的线路板和接口板的部分的透视图的图示。
图4包括对可在图1的装置中使用的控制模块的描绘。
图5包括使用图1的装置的方法的流程图。
本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助增进对本发明实施例的理解。
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。然而，其他实施例可基于本专利申请中所公开的教导内容而使用。
术语″化合物半导体″旨在表示包括至少两种不同元素的半导体材料。示例包括SiC、SiGe、GaN、InP、AlxGa(1-x)N(其中0≤x＜1)、CdTe等。III-V半导体材料用来指包含至少一种三价金属元素和至少一种第15族元素的半导体材料。III-N半导体材料用来指包含至少一种三价金属元素和氮的半导体材料。第13族至第15族半导体材料用来指包含至少一种第13族元素和至少一种第15族元素的半导体材料。II-VI半导体材料用来指包含至少一种二价金属元素和至少一种第16族元素的半导体材料。
术语″雪崩光电二极管″是指光接收面积至少为1mm2并且以比例模式工作的单个光电二极管。
术语“SiPM”用来指包括多个光电二极管的光电倍增器，其中光电二极管中的每个具有的单元尺寸小于1mm2，并且光电二极管以盖革模式工作。SiPM中用于二极管的半导体材料可包括硅、化合物半导体或其他半导体材料。
术语″由……构成″、″包括″、″包含″、″具有″、″有″或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或这种方法、制品或装置固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则“或”是指包括性的“或”而非排他性的″或″。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。
而且，使用″一个″或″一种″来描述本文所述的元件和组分。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。例如，当在本文描述单个项时，可以使用多于一个项来代替单个项。类似地，在本文描述了多于一个项的情况下，单个项可以取代多于一个项。
使用字词″约″、″大约″或″基本上″旨在表示参数的值接近于指定的值或位置。然而，微小差异可能使值或位置无法完全符合规定。因此，最多至百分之十(10％)(并且半导体掺杂浓度最高达百分之二十(20％))的值的差异是与所述的理想目标的合理差异。
根据IUPAC元素周期表(版本日期为2016年11月28日)，族号对应于元素周期表中的列。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是说明性的而非限制性的。关于本文未述的方面，关于特定材料和加工行为的许多详细信息是常规的，并且能在闪烁、放射线检测和测距领域的教科书及其他来源中找到。
一种辐射探测装置可被配置为使得可改变该装置的功能性而无需将分析仪从容纳分析仪的壳体移除。功能性可通过激活或去激活功能来改变，该功能包括：对辐射事件进行计数、鉴别不同类型的辐射(例如，鉴别伽马辐射和中子)、识别对应于辐射的同位素、为光电传感器提供增益补偿、提供有关闪烁体的光输出随温度变化进行调节的信息、另一种合适的功能，或它们的任意组合。
在一方面，该辐射探测装置可包括：闪烁体，该闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，该光电传感器用于响应于接收该闪烁光而产生电子脉冲；分析仪，该分析仪用于测定辐射的特性；和壳体，该壳体容纳闪烁体、光电传感器和分析仪，其中该辐射探测装置配置为允许改变功能性而无需将分析仪从壳体移除。
在一个实施例中，该辐射探测装置可包括：闪烁体，该闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，该光电传感器用于响应于接收该闪烁光而产生电子脉冲；分析仪，该分析仪用于测定辐射的特性；和壳体，该壳体容纳闪烁体、光电传感器和分析仪。如本文所用，“光电传感器”是指一个或多个SiPM，其中多个SiPM可布置为阵列，诸如1x2阵列、2x2阵列、4x4阵列等。
在一个实施例中，该辐射探测装置可进一步包括接口板，该接口板耦接至光电传感器和分析仪。在另一个实施例中，光电传感器可包括基于半导体的光电倍增器(SiOM)。与具有光电倍增管(PMT)的辐射探测装置相比，具有基于半导体的光电倍增器的辐射探测装置可制造得更加紧凑并且更加坚固。该基于半导体的光电倍增器允许由连接至辐射探测装置的电缆提供功率，并且接口板可提供足够功率以操作基于半导体的光电倍增器。将注意力集中到附图和非限制性实施例。
图1示出了辐射探测装置100的一个实施例。辐射探测装置100可为用于军事用途的医学成像装置、测井装置、安全检查装置等。辐射探测装置100包括其中包括部件的壳体110。壳体可以是可移除地密封的或气密地密封的。在特定实施例中，壳体110可根据IP67的IP代码等级密封，其中IP代码是国际电工委员会标准60529，版本2.2(2013)。替代性地，或此外，在安装到壳体中之前，壳体110内的部件可单独地气密地密封。
壳体110容纳闪烁体120，所述闪烁体可包括响应于吸收辐射(诸如伽马射线、离子化粒子等)而发出闪烁光的材料。用于闪烁体120的示例性非限制性材料可包括碱卤化物、稀土卤化物、钾冰晶石、包含硅酸盐的稀土、钙钛矿氧化物等。例如，闪烁体120可包括NaI(Tl)晶体、CsI(Tl)晶体、CsI(Na)晶体、LaBr3晶体、CLLB晶体、LYSO晶体、LSO晶体、CdWO4晶体、CeBr3晶体、碘化锶晶体、BGO晶体、CaF2(Eu)晶体等中的任何一种。NaI(Tl)晶体是用铊激活的碘化钠闪烁晶体。CsI(Tl)晶体是用铊激活的碘化铯闪烁晶体。CsI(Na)晶体是用钠激活的碘化铯闪烁晶体。LaBr3晶体是溴化镧晶体。(Cs2LiLaBr6(Ce))晶体是γ中子闪烁晶体。LYSO晶体(Lu 1.8Y.2SiO5：Ce)是铈掺杂的镥基闪烁晶体。LSO晶体(Lu2SiO5(Ce))是铈掺杂的硅酸镥基闪烁晶体。CdWO4晶体是钨酸镉(CdWO4)闪烁晶体。CeBr3晶体是溴化铈(CeBr3)闪烁晶体。BGO晶体(Bi4Ge3O12)是锗酸铋基闪烁晶体。CaF2(Eu)晶体是铕掺杂的氟化钙基闪烁晶体。这些闪烁晶体中的任何一种都可用于本公开中所述的制品和辐射探测器。
当壳体110被密封时，吸湿或与邻近壳体110的周围条件不利相互作用的材料可受到保护。闪烁体120由反射器132围绕。反射器132可横向围绕闪烁体120，或者可在所有侧面围绕闪烁体。反射器132可包括镜面反射器、漫反射器或两者。一个或多个回弹构件可帮助保持闪烁体120在壳体110内处于适当地方。在如所示的实施例中，弹性材料134可围绕反射器132，并且弹簧136可设置在闪烁体120和壳体110之间。虽然未示出，但可在弹簧136和闪烁体120之间使用板以沿着闪烁体120的表面更均匀地分布压力。
光电传感器152可经由光耦合器140光学耦接至闪烁体120。在一个实施例中，光电传感器152可以是基于半导体的光电倍增器，其可包括SiPM或雪崩光电二极管。在一个实施例中，基于半导体基的光电倍增器可包括一个或多个SiPM 152。如在所示实施例中看到的，SiPM 152可安装在印刷线路板154上。在一个实施例中，SiPM 152可在印刷线路板154与光耦合器140之间。在一个实施例中，光耦合器140可为硅胶。在另一个实施例中，可使用环氧树脂或硅橡胶将SiPM 152耦接至光耦合器140。每个SiPM 152可包括数千个微单元，当光子与SiPM的单个微单元相互作用时，这些微单元探测光子。然而，由闪烁体120产生的一些光子可能错过SiPM 152，并且可能被PCB 154吸收或者以其他方式被阻止与SiPM 152相互作用。因此，探测器100可能无法正确地计数光子。以这种方式损失的光子数量可通过减少PCB154的未被SiPM 152覆盖的面积来最小化。用更多的SiPM 152填充PCB表面可减小可用于与光子相互作用的PCB 154的面积，从而使光子的损失最小化。遗憾的是，这会显著增加探测器100的成本。
反射器133可与SiPM 152在同一平面上并且围绕SiPM 152。反射器133可将光子反射回闪烁体120，否则光子可能已经丢失PCB，并且由于闪烁体120的所有侧面(除了邻近光电传感器150的侧面)都被反射器132覆盖，因此光子可继续在闪烁体120内被反射，直到被SiPM 152探测到并且吸收为止。反射器133可是漫反射器。在一个实施例中，反射器133是白色漫反射器。在一个实施例中，反射器133可是选自由以下项组成的组的材料：四氟乙烯的含氟聚合物、特氟隆类材料、meilex和聚酯薄膜带。在一个实施例中，反射器133可具有在440nm处测得的80％-99％之间的反射系数。在一个实施例中，反射器133可具有在250nm与3400nm之间的波长下测得的90％-99％之间的反射系数。在一个实施例中，反射器133可具有在350nm与1200nm之间的波长下测得的95％-99％之间的反射系数。与使用不包括反射器133的光电传感器150的探测器100相比，反射器133已显示出显著的改进。此外，使用具有反射器133的2x2阵列的SiPM 152的探测器100，已显示出与使用4x4阵列的SiPM 152的探测器100提供了相当的性能。因此，更少的SiPM 152可实现探测器100的期望性能，而不会像使用更多SiPM 152(例如，具有8个SiPM、16个SiPM、32个SiPM等的探测器)的探测器那样耗费较高的成本。然而，应当理解，还可通过使用反射器133来提高较高计数的SiPM探测器100的性能。
如图2A-2F所示，反射器133可安装在围绕光电传感器152的印刷线路板154上。在一个实施例中，反射器133可延伸到印刷线路板154的边缘之外。在一个实施例中，反射器133可与光电传感器152相邻并且在同一平面上。在一个实施例中，反射器132可是与反射器133相同的材料。在另一个实施例中，反射器133可位于每个光电传感器152之间的空间中。例如，在一个实施例中，光电传感器152可是多个彼此间隔开的SiPM152，其中在每个SiPM之间具有反射器材料133。在一个实施例中，反射器133可覆盖SiPM 152周围的表面积。在一个实施例中，反射器133可抵靠光电传感器152的外围。在另一个实施例中，反射器133可邻近光电传感器152的外围。在一个实施例中，反射器133可邻近光电传感器152的外围的至少一侧。在另一个实施例中，反射器133可围绕光电传感器152的外围的两侧。在另一个实施例中，反射器133可横向围绕光电传感器152的外围的1至4个侧面。在另一个实施例中，反射器133可覆盖未被光电传感器152占据的表面积的至少2％。反射器133可覆盖未被光电传感器152占据的表面积的至少5％，诸如10％，或至少30％、或至少50％、或至少70％、或至少90％、或至少95％。在一个实施例中，反射器133可覆盖线路板154上未被光电传感器152占据的表面积的1％至95％。在另一个实施例中，反射器133的表面积可覆盖闪烁体表面积的1％至95％。反射器133可增加到达光电传感器152的信号。来自SiPM 152的电子脉冲可通过印刷线路板154和电连接器162导引到接口板172。在一个实施例中，在将信号发送到接口板172之前，印刷线路板154可从SiPM 152接收信号并执行信号调节(例如，信号放大)。
电连接器162可以是电线(所示的)、焊球等。接口板172可包括电子部件174、176和178。接口板172可进一步包括附加的电子部件和电荷存储元件，诸如电池、电容器等(未示出)。电子部件中的一个可包括通用异步收发器。在另一个实施例中，接口板的底侧上的一些或所有部件可在接口板172的顶侧上。电连接器162可延伸穿过盖件180并延伸到被配置为接收外部连接器的连接器区段190。连接器162的数量和布置以及连接器区段190的设计可取决于所使用外部连接器的类型。
图2A包括根据一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154具有底表面155。一个或多个SiPM 152可彼此相邻地安装在线路板154的底表面155上。尽管图2A示出了4x4的SiPM单元，但是可使用任何数量的SiPM。在一个实施例中，SiPM位于线路板的底表面155的中心。在另一个实施例中，如图2B所示，一个或多个SiPM 152可朝向线路板154的外围定位。反射器133可围绕一个或多个SiPM 152并且附接至底表面155。在一个实施例中，间隙或空间157可在SiPM 152和反射器133之间，使得线路板154的底表面155暴露。在另一个实施例中，反射器133邻近并且接触SiPM 152，使得不存在暴露的线路板154的底表面155。在一个实施例中，反射器133可覆盖SiPM 152周围的表面积。在另一个实施例中，反射器133可覆盖未被光电传感器152占据的表面积的至少2％。反射器133可覆盖未被光电传感器152占据的表面积的至少5％，诸如10％，或至少30％、或至少50％、或至少70％、或至少90％、或至少95％。在一个实施例中，反射器133可覆盖线路板154上未被光电传感器152占据的表面积的1％至95％。
图2B包括根据一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154可包括至少一个SiPM 152。如图2A的实施例所示，SiPM 152可是不连续的2x2矩阵。换言之，单个SiPM可在线路板154的底表面155上彼此分开。在一实施例中，SiPM 152可是沿着线路板的边缘而不是在中心。在一实施例中，SiPM与反射器133之间可存在间隙157。间隙157可暴露线路板的底表面155的一部分。反射器133可围绕每个SiPM 152，并且可覆盖线路板的底表面的未被SiPM 152占据的表面积的至少95％。
图2C包括根据一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154可包括至少一个SiPM 152。如图2C的实施例所示，SiPM 152可是朝向线路板154的中心定位的3x3矩阵。如图2C的实施例所示，反射器133可邻接并且围绕SiPM 152，使得不存在线路板154的暴露的底表面。
图2D包括根据另一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154可包括至少一个SiPM 152。如图2D的实施例所示，一个或多个SiPM 152可朝向线路板154的外围。在一个实施例中，单个SiPM 152可在线路板154的底表面155上彼此分开，其中在每个SiPM之间具有反射器材料。
在另一个实施例中，一个或多个SiPM 152可彼此间隔开，其中反射器材料133围绕一个或多个SiPM。例如，第一SiPM 152a可与第二SiPM 152b相邻，其中反射器133围绕第一SiPM 152a和第二SiPM 152b的三个侧面。
在另一个实施例中，第三SiPM 152c可与第四SiPM 152d相邻，其中反射器133围绕第三SiPM 152c和第四SiPM 152d的四个侧面。
图2E包括根据一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154可包括至少一个SiPM 152。如图2E的实施例所示，SiPM 152可是朝向线路板154的中心定位的2x2矩阵。如图2E的实施例所示，反射器133可借由间隙与SiPM 152间隔开，使得可以看到线路板154的底表面的暴露部分。在一个实施例中，反射器133围绕单个SiPM的两个侧面和2x 2矩阵的所有四个侧面。在一个实施例中，一个或多个SiPM 152可具有与另一个SiPM相邻的两个侧面和与反射器133相邻的两个侧面。在仅具有一个SiPM的实施例中，所有四个侧面都可与反射器133相邻。
图2F包括根据另一个实施例的线路板154的底表面的视图。线路板154可包括至少一个SiPM 152。如图2F的实施例所示，一个或多个SiPM152可朝向线路板154的外围。在一个实施例中，2x2矩阵SiPM 152可在线路板154的底表面155上彼此分开，其中在每个矩阵之间具有反射器材料。在一个实施例中，线路板154可包括四个2x2矩阵。在另一个实施例中，线路板153可包括一个以上的矩阵。矩阵可以是2x2矩阵、
3x3矩阵、4x4矩阵、2x3矩阵或它们的任意组合。在一个实施例中，SiPM 152的矩阵可以朝向线路板154的角。在另一个实施例中，SiPM 152的至少一个矩阵可朝向线路板154的外围。在另一个实施例中，线路板152可在一部分中包括SiPM 152的矩阵，而在另一部分中包括单独的SiPM。一个或多个矩阵可彼此间隔开，其中在每个矩阵之间具有反射器材料133。在一个实施例中，线路板154可在SiPM 152的每个矩阵与反射器133之间包括间隙。
图3示出彼此分离的印刷线路板154和接口板172。示出了四个SiPM，但在另一个实施例中，可使用更多或更少的SiPM。接口板172上的电子部件被示出但未用参考数字单独标记。辐射探测装置100可包括模块化部件，诸如载板154上的SiPM 152、接口板172和盖。接口板172上的电子部件可配置为充当控制模块400(如图4所示)。基于半导体的光电倍增器耦接至控制模块400内的放大器402。在一个实施例中，放大器402可为高保真度放大器。放大器402可放大电子脉冲，并且放大的电子脉冲可在模数转换器(“ADC”)404处转换为数字信号，该数字信号可由处理器422接收。处理器422可耦接至可编程/可重新编程的处理模块(“PRPM”)(诸如现场可编程门阵列(“FPGA”)424或专用集成电路(“ASIC”))、存储器426和输入/输出(“I/O”)模块442。耦接可为单向耦接或双向耦接。在另一个实施例中，控制模块400中可使用更多、更少或不同的部件。例如，FPGA 424提供的功能可由处理器422执行，因此无需FPGA 424。FPGA 424可比处理器422更快地作用于信息。参见图1和图4，接口板172将光电传感器(诸如SiPM 152)和控制模块400彼此耦接。在一个实施例中，接口板172为可卸除式耦接至线路板154。
图5包括根据示例性实施例的使用辐射探测装置100的流程图。该方法结合图1和图2A至图2F进行描述。如果外部连接器尚未连接至辐射探测装置100，则可在执行该方法的其余部分之前将外部连接器连接至辐射探测装置100，如下所述。
辐射源可放置在辐射探测装置100附近。来自辐射源的辐射可由闪烁体120吸收。该方法可包括：在框510处，从闪烁体120发出闪烁光。闪烁光可响应于吸收辐射而发出。闪烁光可由基于半导体的光电倍增器接收，该基于半导体的光电倍增器可响应于接收闪烁光而产生电子脉冲。在一个实施例中，来自闪烁体的闪烁光穿过光耦合器140而到达SiPM152。电子脉冲为模拟信号的实例。该方法可进一步包括放大到达SiPM 152的光。在一个实施例中，光可从反射器133反射，以增强到达SiPM 152的光量。在一个实施例中，使用Cs-137同位素662keV的辐射探测装置100的脉冲高度分辨率(PHR)为8％或更小，诸如小于7.5％、或小于7.4％、或小于7.3％、或小于7.2％、或小于7.1％、或小于7％、或小于6.9％。在2x2硅光电倍增器中测量Cs-137同位素闪烁体的PHR。
如果需要或期望，该方法可包括：在框530处，将模拟信号转换成数字信号。特别地，放大的信号可在ADC 404处从模拟信号转换成数字信号。信号的转换是任选的，因为分析仪可使用模拟信号执行分析。不管是模拟的还是数字的，信号都可由处理器422接收。
该方法可进一步包括在框540处分析信号。功能可包括先前相对于控制模块400所述功能中的任一种。分析可用于测定由闪烁体120吸收的辐射的特性。分析可由处理器422结合可存储在存储器426中的指令执行，这些指令由FPGA 424或处理器422和FPGA 424组合执行。由发出闪烁光的闪烁体120吸收的辐射多于由产生另一个电子脉冲的光电传感器接收的辐射。该方法可包括根据另一种功能分析另一个信号。可类似于如先前所述的方式来处理电子脉冲以提供另一信号。此另一信号可由处理器422、FPGA 424或两者分析。功能可为如先前所述用于测定辐射的特性的功能中的任一种。
与具有光电倍增管(“PMT”)的辐射探测装置相比，具有基于半导体的光电倍增器的辐射探测装置的实施例可允许显著更小的大小。PMT探测器可包括PMT，以及包括基于半导体基的光电倍增器和一个特定实施例中的SiPM的SiPM探测器。对于每个所示探测器，闪烁体、光电传感器、分析仪以及接口板沿着壳体的长度取向。对于SiPM探测器，光电传感器、分析仪以及接口板的组合构成壳体的长度的至多50％、至多40％或至多25％。对于PMT，光电传感器、分析仪以及接口板的组合构成壳体的长度的超过65％。
此外，与基于半导体的光电倍增器相比，PMT需要显著更多的电压。因此，分析仪并不位于PMT探测器内。此外，PMT所需的功率可能超过接口板172所支持的电压。因此，PMT探测器不仅更大，而且还并不提供如先前相对于先前所述的辐射探测器装置所述的功能性。更进一步，与PMT探测器相比，本文所述的辐射探测器装置更坚固且可承受更多滥用或严苛条件。
许多不同的方面和实施例都是可能的。以下描述了那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。
实施例1.一种辐射探测装置可包括：闪烁体，其响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，其响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲；和反射器，其围绕所述光电传感器。所述光电传感器可耦接至线路板，并且所述反射器可耦接至所述线路板。
实施例2.根据实施例1所述的辐射探测装置，进一步包括壳体，所述壳体容纳所述闪烁体、所述光电传感器和所述反射器。
实施例3.一种辐射探测装置，其包括：闪烁体，其响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，其响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲，其中所述光电传感器的表面积小于所述闪烁体的70％，并且其中所述光电传感器位于第一平面上，反射器围绕所述光电传感器，其中所述反射器位于所述第一平面上。
实施例4.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器为漫反射器。
实施例5.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述光电传感器为至少一个硅光电倍增器(SiPM)。
实施例6.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器覆盖所述线路板的表面积的至少1％。
实施例7.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器覆盖所述线路板的表面积的至少50％。
实施例8.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器覆盖所述线路板的表面积的至少95％。
实施例9.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，进一步包括在所述光传感器与所述反射器之间的间隙。
实施例10.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中对于Cs-137同位素662keV，脉冲高度分辨率小于7.5％。
实施例11.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中对于Cs-137同位素662keV，脉冲高度分辨率小于7.2％。
实施例12.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中对于Cs-137同位素662keV，脉冲高度分辨率小于7％。
实施例13.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中对于Cs-137同位素662keV，所述脉冲高度分辨率在6.7％至7.5％之间。
实施例14.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述光电传感器为基于半导体的光电倍增器。
实施例15.根据实施例14所述的辐射探测装置，其中所述基于半导体的光电倍增器为雪崩光电二极管。
实施例16.一种使用辐射探测装置的方法，所述方法包括：提供壳体，所述壳体容纳闪烁体、光电传感器和反射器，所述反射器与所述光电传感器在同一平面上，其中所述闪烁体配置为响应于吸收辐射而发出闪烁光，所述光电传感器配置为响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲，所述反射器配置为将所述闪烁光导向所述光电传感器；以及产生对于Cs-137同位素662keV小于7.5％的脉冲高度分辨率。
实施例17.根据实施例16所述的方法，进一步包括响应于吸收辐射而从所述闪烁体发出闪烁光，从所述光电传感器传输模拟信号；以及将所述模拟信号转换成数字信号。
实施例18.根据实施例16所述的方法，其中提供所述壳体包括提供密封壳体。
实施例19.根据实施例16所述的方法，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为小于7.2％。
实施例20.根据实施例16所述的方法，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为小于7％。
实施例21.根据实施例16所述的方法，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为1％至7.5％。
实施例22.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器的表面积是所述闪烁体的表面积的至少1％。
实施例23.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器的表面积是所述闪烁体的表面积的至少50％。
实施例24.根据实施例1或3中任一项所述的辐射探测装置，其中所述反射器的表面积是所述闪烁体的表面积的至少95％。
实施例25.一种辐射探测装置可包括：闪烁体，其响应于吸收辐射而发出闪烁光；光电传感器，其位于第一平面上以响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲；和反射器，其位于所述第一平面上围绕所述光电传感器。
实施例26.根据实施例25所述的辐射探测装置，其中所述装置具有在0.1％至1.9％之间的增量脉冲高度分辨率。
实施例27.根据实施例25所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括溴化镧材料。
实施例28.根据实施例27所述的辐射探测装置，其中所述装置具有在0.1％至1.0％之间的增量脉冲高度分辨率。
实施例29.根据实施例25所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括NaI(Tl)材料。
实施例30.根据实施例29所述的辐射探测装置，其中所述装置具有在0.4％至0.6％之间的增量脉冲高度分辨率。
实施例31.根据实施例25所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括NaI(Tl+Li)材料。
实施例32.根据实施例31所述的辐射探测装置，其中所述装置具有在0.6％至1.9％之间的增量脉冲高度分辨率。
实例
在使用PMT与SiPM的装置中比较了各种闪烁体的脉冲高度分辨率(PHR)。脉冲高度分辨率(PHR)以％表示，并且定义为峰高一半处的全宽除以通道数或能量尺寸是装置内闪烁体晶体的尺寸。增量PHR是具有反射器的SiPM与不具有反射器的PMT之间的PHR之差。
表1
如表1所示，针对不具有反射器的PMT、具有反射器的SiPM和不具有反射器的SiPM，对PHR进行了测量。脉冲高度是由晶体内部的光电相互作用产生的，光电相互作用产生与沉积在晶体中的能量成比例的脉冲高度。沉积的能量取决于伽玛射线的缺陷。PHR越低，探测器区分不同类型的伽马同位素的能力就越好。样品1和样品2比较了使用溴化镧晶体的闪烁体的PHR。具有反射器的SiPM的PHR显示出低于不具有反射器的SiPM的PHR。具有使用溴化镧晶体的反射器的SiPM的PHR是在不具有反射器的PMT的PHR的0.15％至1.01％之间。
样品3比较了使用2英寸x2英寸CLLB晶体的闪烁体的PHR。具有反射器的SiPM的PHR显示出低于样品3中不具有反射器的SiPM的PHR。具有反射器的SiPM的PHR使用不具有反射器的PMT的PHR的0.86％CLLB晶体。
样品4至样品6比较了使用NaI(Tl)晶体的闪烁体的PHR。具有反射器的SiPM的PHR显示出低于不具有反射器的SiPM的PHR。具有使用NaI(Tl、)晶体的反射器的SiPM的PHR是在不具有反射器的PMT的PHR的0.4％至0.62％之间。
样品7至样品10比较了使用NaI(Tl+Li)晶体的闪烁体的PHR。具有使用NaI(Tl+Li)晶体的反射器的SiPM的PHR是在不具有反射器的PMT的PHR的0.66％至1.96％之间。
需注意，并非所有上述一般说明或实例中的行为都是必需的，可能不一定需要具体行为的一部分，并且除描述的那些行为外，还可执行一个或多个进一步的行为。此外，所列行为的次序不一定是执行它们的次序。
上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。
本文所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。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的一种或多种装置的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种辐射探测装置，包括：
闪烁体，所述闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；
光电传感器，所述光电传感器用于响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲，其中所述光电传感器位于第一平面上；和
反射器，所述反射器邻近所述光电传感器的外围，其中所述反射器围绕所述光电传感器，并且其中所述反射器位于所述第一平面上。
2.根据权利要求1所述的辐射探测装置，进一步包括壳体，所述壳体容纳所述闪烁体、所述光电传感器和所述反射器。
3.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其中所述反射器耦接至所述线路板，其中所述光电传感器耦接至线路板，并且其中覆盖所述线路板的表面积的至少50％。
4.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其中所述装置具有在0.1％至1.9％之间的增量脉冲高度分辨率。
5.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括溴化镧材料，并且其中所述装置具有0.1％至1.0％之间的增量脉冲高度分辨率。
6.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括NaI(T1)材料，并且其中所述装置具有0.4％至0.6％之间的增量脉冲高度分辨率。
7.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其中所述闪烁体包括NaI(T1+Li)材料，并且其中所述装置具有0.6％至1.9％之间的增量脉冲高度分辨率。
8.一种辐射探测装置，包括：
闪烁体，所述闪烁体用于响应于吸收辐射而发出闪烁光；
光电传感器，所述光电传感器用于响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲，其中所述光电传感器的表面积小于所述闪烁体的70％，并且其中所述光电传感器位于第一平面上；
反射器，所述反射器邻近所述光电传感器的外围，其中所述反射器位于所述第一平面上。
9.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述光电传感器包括至少一个硅光电倍增器(SiPM)。
10.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述反射器覆盖所述线路板的表面积的至少95％。
11.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为小于7.5％。
12.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为小于7.2％。
13.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为小于7％。
14.根据权利要求8所述的辐射探测装置，其中所述脉冲高度分辨率对于Cs-137同位素662keV为在1％至7.5％之间。
15.一种使用辐射探测装置的方法，包括：
提供壳体，所述壳体容纳闪烁体、光电传感器和反射器，所述反射器与所述光电传感器在同一平面上，其中：
所述闪烁体配置为响应于吸收辐射而发出闪烁光；
所述光电传感器配置为响应于接收所述闪烁光而产生电子脉冲；
所述反射器配置为将所述闪烁光导向所述光电传感器；以及产生对于Cs-137同位素662keV小于7.5％的脉冲高度分辨率。
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