CN113614577A - 使用模块化检测系统和方法进行辐射源的基于遮挡的定向和定位 - Google Patents

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Abstract

提供了各种技术来检测一个或多个辐射源的方向和位置。在一个示例中，一种系统包括配置成从辐射源接收辐射的多个辐射检测器。辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡辐射检测器中的第二辐射检测器以衰减由第二辐射检测器接收的辐射。系统还包括处理器，所述处理器配置成接收由第一和第二辐射检测器响应于辐射提供的检测信息，并且使用检测信息确定辐射源的方向。还提供了一种包括伽马辐射检测器和中子辐射检测器的模块化系统以及相关方法。在一些情况下，作为辐射源方向的附加或与之分离，可以确定辐射源类型。

Description

使用模块化检测系统和方法进行辐射源的基于遮挡的定向和 定位
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月13日提交的题为“使用模块化检测系统和方法进行辐射源的基于遮挡的定向和定位(OCCLUSION-BASED DIRECTIONALITY AND LOCALIZATION OFRADIATION SOURCES WITH MODULAR DETECTION SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请第62/760,146号的权益和优先权，上述申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明一般地涉及辐射源的检测，并且更具体地，涉及这样的源的方向和位置的确定。
背景技术
辐射检测系统是用于发现和拦截核威胁的重要工具。因而，它们经常用于支持国土安全、核不扩散和核条约核查。
某些现有的辐射检测系统是非定向的。在这方面，这样的系统可以检测辐射源的存在，但可能无法辨别辐射源的实际方向和位置。实际上，这样的系统可能依赖于人的反复试验和试错，直到人类用户可以确定检测模式并确定辐射源的方向和位置。因此，这样的系统可能是相对低效和不精确的。
另外，某些辐射源可能会发出多种类型的辐射，例如伽马辐射和中子辐射。然而，检测两种类型的辐射通常更困难。例如，许多现有的辐射检测系统专用于仅检测一种类型的辐射。结果，可能需要多个检测装置，这对用户来说可能是麻烦的。
尽管某些掺锂闪烁体可以用于使用单个检测器来检测伽马辐射和中子辐射，但这样的双模式检测器具有明显的局限性。例如，为了区分伽马辐射和中子辐射，这样的检测器可以尝试识别不同的检测到的脉冲高度和脉冲形状。然而，在强辐射场中，脉冲堆积会降低检测器准确区分伽马辐射和中子辐射的能力。另外，这样的双模式检测器在制造期间通常表现出低产量，这增加了成本并降低了制造效率。
发明内容
根据本文讨论的实施例，提供了检测一个或多个辐射源的方向和位置的技术。通过确定多个辐射源的位置，可以提供辐射图。还提供了包括伽马辐射检测器和中子辐射检测器的模块化系统以及相关方法。
在一个实施例中，一种系统包括配置成从辐射源接收辐射的多个辐射检测器，其中所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；以及处理器，所述处理器配置成：接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于辐射提供的检测信息，以及使用所述检测信息确定所述辐射源的方向。
在另一实施例中，一种方法包括在多个辐射检测器处从辐射源接收辐射，其中所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于辐射提供的检测信息；以及使用所述检测信息确定所述辐射源的方向。
在另一实施例中，一种系统包括配置成从辐射源接收辐射的多个辐射检测器，其中所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；以及处理器，所述处理器配置成：接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于辐射提供的检测信息，以及使用所述检测信息识别所述辐射源。
本发明的范围由权利要求限定，所述权利要求通过引用并入本部分。通过考虑一个或多个实施例的以下详细描述，本领域技术人员将更完整地理解本发明的实施例，以及认识到其附加优点。将参考将首先简要描述的附图。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的检测系统的框图。
图2示出了根据本公开的实施例的检测系统的实施方式。
图3示出了根据本公开的实施例的从以各种角度定位的辐射源接收辐射的辐射检测器。
图4示出了根据本公开的实施例的由辐射检测器从处于各种角度的不同辐射源检测到的辐射计数的比率。
图5和6示出了根据本公开的实施例的由辐射检测器以最大遮挡角从不同辐射源检测到的辐射计数。
图7示出了根据本公开的实施例的操作检测系统的过程。
通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本发明的实施例及其优点。应当领会，相似的附图标记用于标识一幅或多幅图中所示的相似元件。
具体实施方式
根据本文讨论的各种实施例，提供了一种检测系统和相关方法来检测一个或多个辐射源的方向和位置。例如，通过提供彼此相邻的多个辐射检测器(例如，伽马检测器)，检测器可以至少部分地或完全地相互遮挡(例如，屏蔽)，使得检测器可以响应于相同的外部辐射源检测不同的辐射计数。
在这方面，当两个伽马检测器彼此相邻放置时，在一些实施例中可以在180度内(例如，左或右)并且在如本文进一步讨论的明显更小的角度范围内确定辐射源的方向。这是由于遮挡检测器吸收了辐射。通过将不同的辐射计数和/或能量谱和与已知方向上的已知辐射源相关联的预定辐射计数和/或能量谱进行比较，可以确定检测到的辐射源的方向(例如，角度或角度范围)。
通过沿着任何方向重新定位(例如，移动)检测系统和/或通过旋转检测系统以检测在检测环境内的不同已知位置处的辐射，可以进一步增强方向确定。与检测系统的运动相关联的数据的直方图可以用于在非常小的角锥内确定辐射源的方向。例如，在一些实施例中，最高辐射计数可以与导航系统和/或惯性测量单元提供的位置或取向相关。
另外，通过对检测系统的不同已知位置进行多个方向确定，可以确定和标绘辐射源的位置。此外，检测到的辐射计数和/或能量谱可以用于区分检测环境中的多个辐射源并确定检测到的辐射源的类型。
因此，通过使用多个相邻检测器的遮挡特性，检测系统不需要提供或操纵复杂的掩模或屏蔽系统来辨别辐射源的分布或方向。而且，如本文讨论的多个相邻检测器的使用改进了通常需要长计数时间和高成本的常规康普顿相机和成像器，或者可能在计算上复杂的贝叶斯定位和机器学习技术。
还根据本文讨论的实施例，提供了一种检测系统和相关方法，以将伽马检测器和中子检测器一起包括在紧凑的模块化形状因子中。例如，通过以细长(例如，平)面板的形式实施中子检测器，多个中子检测器可以设置在多个伽马检测器周围以执行中子和伽马检测，同时还使用本文讨论的伽马检测器遮挡原理检测一个或多个辐射源的方向和位置。
图1示出了根据本公开的实施例的检测系统100的框图。检测系统100可以用不同的形状因子来实现，以在各种环境中与不同的物理平台一起使用。例如，在一些实施例中，检测系统100可以以坚固耐用且可扩展的模块化形式实施以部署为个人辐射检测器(PRD)、光谱个人辐射检测器(SPRD)，便携式辐射检测器系统(MRDS)、放射性同位素识别检测器(RIID)、无人机(UAV)、无人地面载具(UGV)、无人水面载具(USV)、无人水下航行器(UUV)、无人航天器、门户监测器和/或成像装置。
检测系统100包括多个辐射检测器110和120。特别地，伽马检测器110配置成检测伽马辐射。尽管明确示出了两个伽马检测器110，但是可以提供任何期望数量的伽马检测器。如本文进一步讨论的，伽马检测器110可以彼此相邻放置，使得在一个或多个伽马检测器110处相对于辐射源至少部分地遮挡一个或多个其他伽马检测器110。
伽马检测器110包括配置成响应入射伽马辐射发射光子的闪烁体112。在一些实施例中，闪烁体112可以由各种类型的闪烁材料实现，例如碘化钠(NaI)、碘化铯(CsI)、溴化镧(LaBr)、溴化铈(CeBr)，和/或其他材料。
伽马检测器110还包括传感器116，所述传感器配置成接收由闪烁体112提供的光子并将它们转换成电脉冲，以检测与光子相关联的伽马辐射计数和能量谱。在各种实施例中，传感器116可以实现为光电传感器(例如，硅光电倍增管和/或其他)和/或半导体(例如，锗(Ge)和/或其他)。
在一些实施例中，伽马检测器110可以通过使用例如碲化镉锌(CdZnTe)、溴化铊(TlBr)和/或将伽马辐射转换成电子和空穴并输出电脉冲的其他材料的半导体来实现。
来自传感器116的伽马检测信息(例如，包括模拟或数字数据的信号，也称为传感器信息)可以被提供给处理器130。这样的伽马检测信息可以包括例如伽马辐射计数，伽马辐射计数率，与伽马辐射计数相关联的能量谱，和/或由处理器130使用以确定计数、计数率和/或能量谱的数据。
检测系统100还包括配置成检测中子辐射的多个中子检测器120。尽管明确示出了两个中子检测器120，但是可以提供任何期望数量的中子检测器。如本文进一步讨论的，中子检测器120可以实施为以围绕(例如，环绕)伽马检测器110的方式定位的面板，以提供检测系统100的紧凑模块化实施方式。
中子检测器120包括配置成响应于入射中子辐射发射光子的闪烁体122。在一些实施例中，闪烁体122可以由各种类型的闪烁材料(例如，中子转换材料)实现，例如锂化合物、硼化合物和/或其他材料。
中子检测器120还包括光导124，所述光导配置成将光子(例如，荧光)从闪烁体122传递到传感器126。中子检测器120还包括传感器126，所述传感器配置成接收由闪烁体122提供的光子并将它们转换成电脉冲。传感器126可以实施为例如先前关于传感器116所讨论的光电传感器和/或半导体。在一些实施例中，中子检测器120还可以包括波长移位器。
来自传感器126的中子检测信息(例如，包括模拟或数字数据的信号，也称为传感器信息)可以被提供给处理器130。这样的中子辐射检测信息可以包括例如中子辐射计数，中子辐射计数率，和/或由处理器130使用以确定计数和/或计数率的数据。
检测系统100也包括可以围绕(例如，环绕)中子检测器120的中子减速器128。在这方面，中子减速器128操作以减小入射中子的速度以增加检测概率。如本文进一步讨论的，在检测系统100的模块化实施方式中，中子减速器128可以围绕中子检测器120和伽马检测器110。在一些实施例中，中子减速器128可以使用一种或多种富氢材料(例如，高密度聚乙烯)实施以进行中子减速，同时还提供保护壳。
如所讨论的，处理器130从传感器116和126接收检测信息，以确定辐射计数、辐射计数率和能量谱的总数。另外，处理器130可以用于使检测系统100执行本文讨论的任何操作。在各种实施例中，处理器130可以实现为一个或多个微处理器，微控制器，专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)(例如，现场可编程门阵列(FPGA)，复杂可编程逻辑器件(CPLD)，片上现场可编程系统(FPSC)或其他类型的可编程器件)或其他处理装置。在这方面，处理器130可以执行存储在存储器132中的机器可读指令(例如，软件、固件或其他指令)。
在各种实施例中，处理器130可以处理从传感器116和126接收的检测信息，以构建能量直方图并执行辐射源识别。这样的数据可以与从检测系统100的任何其他部分接收的数据整合，以用于附加的情境意识。
存储器132可以实现为存储各种机器可读指令和数据的机器可读介质。例如，在一些实施例中，存储器132可以将操作系统和一个或多个应用程序存储为可由处理器130读取和执行的机器可读指令，以执行本文所述的各种操作。存储器132还可以存储本文讨论的各种类型的数据，例如辐射计数、计数率、计数比率、能量谱、位置信息、辐射图和/或与各种辐射源相关联的其他信息。例如，在一些实施例中，存储器132可以存储响应于各种入射角的已知辐射源由至少两个伽马检测器110接收的伽马辐射计数的比率。这些预定的计数比率可以与新确定的计数比率进行比较，以识别新辐射源的类型和方向。在一些实施例中，存储器132可以实现为非暂时性非易失性存储器(例如，闪存、硬盘驱动器、固态驱动器或其他)、易失性存储器或其组合。
导航系统134可以用于根据各种导航信号，例如全球定位信号和/或其他适当类型的导航信号，来检测检测系统100的位置。在一些实施例中，导航系统134可以包括罗盘或其他合适的定向装置。
例如，当用户或载具相对于各种辐射源在空间中移动时，惯性测量单元136可以用于检测和追踪检测系统100的相对运动。这可以允许检测系统100确定由伽马检测器110检测到的辐射源的相对位置。而且，通过使用导航系统134提供的位置信息，惯性测量单元136提供的相对位置信息和伽马检测器110提供的辐射检测信息，检测系统100可以进一步确定辐射源的绝对位置。在各种实施例中，惯性测量单元136可以使用加速度计、陀螺仪、磁力计和/或其他装置来实现。
温度传感器138检测环境和/或检测器110/120的温度，以根据预先校准的增益设置以稳定的方式操作检测器110/120。可以提供其他传感器140以用于测量适合于检测系统100的特定实施方式的附加信息。
一个或多个前置放大器142操作以放大伽马检测器110和中子检测器120提供的信号，以供处理器130进一步使用。电源144提供电力以操作检测系统100的各种部件。例如，在检测系统100的移动实施方式的情况下，电源可以是电池。偏置电路146从电源144接收电力并向传感器116和126提供适当的电压和/或电流偏置信号，以操作伽马检测器110和中子检测器120。
通信接口148可以实现为一个或多个无线接口(例如，WiFi、蓝牙、蜂窝、红外线、无线电和/或其他类型)和/或有线接口(例如，通用串行总线(USB)、以太网和/或其他类型)。在这方面，通信接口148可以向和/或从远程设备190发送和/或接收通信信号192。在一些实施例中，远程设备190可以实现为运行一个或多个应用程序的智能手机或平板电脑(例如，以与关于处理器130和存储器132所讨论的类似的方式使用处理器和存储器)。例如，在一些实施例中，检测系统100可以向远程设备190提供信息(例如，辐射检测结果和/或辐射图)并且可以从其接收命令。在一些实施例中，处理器130执行的处理可以由远程设备190执行，反之亦然。
显示器150向检测系统100的用户呈现信息。在各种实施例中，显示器150可以实现为液晶显示器(LCD)，有机发光二极管(OLED)显示器和/或任何其他合适的显示器。
用户控件152接收用户输入以操作检测系统100。在各种实施例中，用户控件152可以通过一个或多个按钮、键盘、控制杆、操纵杆和/或其他控件来实现。在一些实施例中，用户控件152可以作为触摸屏与显示器150集成。
也可以适当提供其他部件154以支持例如检测系统100的特定实施方式。例如，在一些实施例中，其他部件154可以包括一个或多个推进系统、致动器、附接机构、和/或移动检测系统100和/或将检测系统100固定到用户或其他平台(例如，载具)的其他特征。
图2示出了根据本公开的实施例的检测系统100的实施方式。在图2所示的特定实施例中，检测系统100实施为具有两个伽马检测器110和六个中子检测器120的模块化系统。然而，可以以各种几何形状提供任何期望数量的每种类型的检测器。
在该实施例中，两个伽马检测器110包括电路板，所述电路板还包括用于将图1的各种部件中的任一个附接到伽马检测器110的连接器111。同样在该实施例中，六个中子检测器120均由细长面板实现，使得它们围绕两个伽马检测器110，如图所示。通过将中子检测器120实现为如图所示的细长面板，与使用它们通常依赖于氦3管的传统中子检测器相比，它们可以被定位成更有效地紧密环绕伽马检测器110。
另外，中子减速器128被设置为围绕中子检测器120的外壳，以在从外部环境接收的入射中子到达中子检测器120之前降低它们的速度。此外，该实施例包括支撑结构160，所述支撑结构可以例如用作安装平台以接收图1的任何部件。
因此，应当理解，检测系统100可以在模块化系统中实现，其中伽马检测器110、中子检测器120和中子减速器128以高效且紧凑的方式提供。特别地，通过将中子检测器120实现为细长面板，它们可以方便地定位在伽马检测器周围以节省空间，同时仍由中子减速器128进一步围绕，所述中子减速器有效地充当伽马检测器110和中子检测器120周围的保护壳，同时仍提供中子减速。
尽管在图2中以2X1阵列示出了两个伽马检测器110，但是可以想到其他配置。例如，可以以诸如3X1、2X2等的各种阵列提供任何期望数量的伽马检测器110。类似地，可以适当地增加或减少围绕伽马检测器110的中子检测器120的数量。
而且，尽管在图2中示出了伽马检测器110的矩形布置，但是可以提供其他布置(例如，非矩形和/或不规则布置)，同时仍然提供本文讨论的益处。
图3示出了根据本公开的实施例的从以各种角度选择性地定位的辐射源300(例如同位素)接收辐射的检测系统100的两个伽马检测器110。为了便于讨论，两个伽马检测器110被单独标识为伽马检测器110A和伽马检测器110B，并且在没有检测系统100的其余部件的情况下单独示出。辐射源300发射伽马辐射310，并且在一些实施例中还可以发射中子辐射，如本文进一步讨论。
如图所示，伽马检测器110A和110B彼此相邻定位并且沿着轴线301对准。辐射源300显示为处于不同位置302A至302G，每个位置使辐射源300向伽马检测器110A和110B发射伽马辐射310，对于每个位置以不同入射角(例如，相对于轴线301测量)发射。例如，在位置302A处，辐射源300以平行于轴线301的0度角发射伽马辐射310。在位置302G处，辐射源300以垂直于轴线301的90度角发射伽马辐射310。在中间位置302B-F，辐射源300分别相对于轴线301以15度、30度、45度、60度和75度发射伽马辐射310。尽管示出了沿着水平面分布的15度增量的不同角，但可以根据需要在其他方向上使用任何期望位置。
作为伽马检测器110A和110B的相邻定位的结果，伽马检测器110A可以关于从某些角度(例如，方向)接收的伽马辐射310遮挡伽马检测器110B。在这方面，伽马检测器110A可以相对于辐射源300至少部分地屏蔽伽马检测器110B。例如，当辐射源300位于位置302A时，伽马检测器110A完全遮挡伽马检测器110B。在该情况下，伽马检测器110A将直接从辐射源300接收伽马辐射310。同时，伽马检测器110B将仅在伽马辐射已经穿过并被伽马检测器110A衰减之后才接收至少一些伽马辐射310。结果，当辐射源300处于位置302A时，伽马检测器110A将接收比伽马检测器110B更高数量的辐射计数。
类似地，对于位置300B-300F中的每一个，伽马检测器110A将继续至少部分地遮挡伽马检测器110B，因此导致伽马检测器110A继续接收比伽马检测器110B更高数量的辐射计数。然而，随着辐射源300从位置300B过渡到300E，由于伽马检测器110B直接从辐射源300接收更高比例的伽马辐射310而不是通过伽马检测器110A，所以遮挡量减少。结果，伽马检测器110A相对于伽马检测器110B接收的辐射计数的比率将基于辐射源300的特定位置而变化。
最后，对于位置300G(例如，90度)，伽马检测器110A不再遮挡伽马检测器110B。在该情况下，伽马检测器110A和110B可以响应于伽马辐射310而接收基本相同数量的辐射计数。结果，伽马检测器110A相对于伽马检测器110B接收的辐射计数的比率将大约等于1。
参考图4可以进一步理解这些原理，图4示出了根据本公开的实施例的伽马检测器110A和110B从处于各种角度的不同类型的辐射源接收的辐射计数的比率。特别地，图4标识了对应于针对伽马检测器110A和110B的不同配置以及不同类型的辐射源300接收到的总辐射计数的比率的图形410至440。
为了提供图形410到440，伽马检测器110A和110B以不同的尺寸实现(例如，都实现为35mm3检测器或都实现为18mm3检测器)并进行测试以观察它们相对于辐射源300的辐射计数比率的角度依赖性。通过检查在伽马检测器110A和110B之间观察到的计数的比率，可以基于计数时间和谱数据辨别辐射源300是否在不同度数的锥内。在这方面，对于两种检测器尺寸，低背景环境中的原始计数足以区分放置在50cm外的48μCi 137Cs或10μCi 60Co辐射源300。还可以进一步确定48μCi 137Cs辐射源300是否在200cm距离处的35mm3伽马检测器110A和110B的30度锥内。
图形410是使用设置有闪烁体112的伽马检测器110A和110B获得的，所述闪烁体由联接到传感器116的35mm长度的CsI立方体实现，所述传感器由具有2×2配置的四个四组(quad)的硅光电倍增管(SiPM)实现，其中四组由2×2配置的四个6×6mm2 SiPM组成(例如，实际上16个SiPM)。另外，图形410利用由48μCi 137Cs实现的辐射源300，所述辐射源定位在距伽马检测器110A和110B 200cm的距离处。
图形420是使用以图形410的方式实施的伽马检测器110A和110B以及由位于距伽马检测器110A和110B 50cm距离处的10μCi 60Co实施的辐射源300获得的。
图形430是使用设置有闪烁体112的伽马检测器110A和110B获得的，所述闪烁体由联接到传感器116的18mm长度的CsI立方体实现，所述传感器116用2×2配置的四个6×6mm2SiPM实现。另外，图形430利用由48μCi 137C实现的辐射源300，所述辐射源定位在距伽马检测器110A和110B 50cm的距离处。
图形440是使用以图形430的方式实施的伽马检测器110A和110B以及由位于距伽马检测器110A和110B 50cm距离处的10μCi 60Co实施的辐射源300获得的。
对于图形410-440中的每一个，辐射源300在水平面上相对于伽马检测器110A和110B以15度的增量移动通过位置302A到302G(例如，从0度到90度)。每次测量进行五分钟以提供实现基线测量。
如图4中所示，伽马检测器110A和110B观察到的总计数的比率基于所有图形410至440的入射角而变化，而不管特定检测器实施方式或辐射源300的类型如何。由于该角度依赖性，处理器130可以用于使用伽马检测器110A和110B之间的计数比率来确定辐射源300相对于检测系统100的方向。
例如，如图4中所示，从位置302A到位置302B表现出计数比率的显著变化。结果，通过确定辐射计数之间的比率，处理器130可以能够在30度锥(例如，对应于以轴线301为中心的±15度)内确定辐射源300的方向。
实际上，计数比率的变化继续通过位置302C表现，在该位置比率仍然保持在1.1以上。结果，处理器130可以能够在60度锥(例如，对应于以轴线301为中心的±30度)内确定辐射源300的方向。
而且，在一些实施例中，辐射源300的方向可以根据各种因素确定到所需的准确度，所述因素包括例如各种检测器110的配置、入射到检测器110上的计数率、计数时间和/或辐射源300相对于检测器的位置。例如，如果辐射源300位于位置302G处(例如，没有发生遮挡的90度)，则可以适当移动检测系统100以引入遮挡以分辨辐射源300位于哪一侧(例如，左侧或右侧)。
还如图4中所示，较大的伽马检测器110A/110B可能会导致较高的计数比率，因为它们较大的体积提供了较大量的屏蔽和辐射吸收。例如，与位置302A和302B处的图形440(对应于较小的18mm3尺寸)相比，图形420(对应于较大的35mm3尺寸)表现出明显更高的计数比率。这对于以0度角沿着轴线301入射的位置302A尤其明显。
对于图形410和420，伽马检测器110A和110B的平均背景伽马辐射分别为每秒29.3计数和每秒30.7计数。同样对于图形410，组合平均背景伽马辐射为每秒151计数，包括伽马检测器110A和110B，而图形420为每秒60计数。对于图形430和440，伽马检测器110A和110B的平均背景伽马辐射分别为每秒7.3计数和每秒7.0计数。与图形410相关联的增加背景辐射导致其计数比率比其他图形更接近1，其中背景辐射小于存在于50cm处的辐射源300的计数率的20％。
同样在图4中，通过比较对应于35mm3和18mm3伽马检测器110A/110B的图形420和440的总计数的比率，可以看出检测器尺寸对线性衰减的影响。尽管较大的35mm3伽马检测器110A/110B具有更大的立体角以接收伽马辐射，但35mm3尺寸导致比18mm3更大的吸收，因此导致更大的计数比率，如位置302A处的图形420和440所示。
同样在图4中，通过分别使用具有不同48μCi 137Cs和10μCi 60Co辐射源300的18mm3检测器比较图形430和440的比率，检测器尺寸对吸收效率的影响是明显的。在这方面，10μCi 60Co辐射源300观察到的总计数要低得多，因为其能量峰值较高。尽管计数比率开始收敛经过位置302C(例如，30度)，但是从位置302A到位置302C(例如，从0度到30度)的计数比率之间仍然存在很大差异。在一些实施例中，超过位置302C的计数比率的收敛可能是由伽马检测器110A和110B的面具有相对于彼此的减少遮挡引起的。因此，可以根据检测系统100的各种设计考虑进行各种调整以提供期望的检测器配置，所述设计考虑包括例如计数时间、效率、成本、形状因子和其他因素。
在一些情况下，可以通过仅考虑辐射源300的峰值位置附近的计数(例如，对应于特定能量带的峰值能量谱)来增加计数的比率。特别地，通过在忽略背景辐射的同时隔离方向性对位于峰值周围的辐射计数的依赖性，可以增加计数比率以进行更准确的处理和位置确定。例如，图5和6示出了根据本公开的实施例的由伽马检测器110A和110B以最大遮挡角(例如，在沿着轴线301的位置302A处)从不同辐射源300检测到的辐射计数。
特别地，图5示出了由35mm3伽马检测器110A和110B从距离50cm的位置302A(例如，对应于图形420的位置302A)处的10μCi 60Co辐射源300检测到的辐射计数和对应能量谱。在该情况下，伽马检测器110A检测到总共61811个计数，伽马检测器110B检测到总共39502个计数。如图5中所示，能量带520和530在伽马检测器110A和110B检测到的计数中表现出明显差异。
图6示出了由35mm3伽马检测器110A和110B从距离200cm的位置302A(例如，对应于图形410的位置302A)处的48μCi 137Cs辐射源300检测到的辐射计数和对应能量谱。在该情况下，伽马检测器110A检测到总共25591个计数，伽马检测器110B检测到总共19024个计数。如图6中所示，能量带620在伽马检测器110A和110B检测到的计数中表现出明显差异。特别地，在能量带620处的662keV峰值附近的计数比率为2.89，其明显大于总计数的1.35的总比率(例如，参见图4中位置302A处的图形410)。
因此，通过使用对应于特定能量带(例如，图5和6中的能量带520、530和620)的计数比率，处理器130可以更有效地将辐射源300与背景辐射隔离。在一些实施例中，处理器130可以使用每个同位素的唯一峰值计数比率来确定多个辐射源300的方向。在这方面，可以适当地延长计数时间并且可以使用附加的传感器融合处理，例如卡尔曼滤波器。
图7示出了根据本公开的实施例的操作检测系统100的过程。在框710中，检测系统100初始邻近辐射源300定位，所述辐射源可以是未知距离和未知方向的未知辐射源300。例如，在检测系统100(例如，PRD、SPRD、MRDS或其他系统)的用户安装实施方式的情况下，用户可以在穿戴(例如，附接到用户的人、衣服、背包中和/或任何适当位置)、保持和/或以其他方式支撑检测系统100的同时将自身邻近辐射源300定位。在其他情况下，检测系统100可以手动和/或远程定位(例如，通过操纵本文讨论的各种载具和/或平台中的任何一个就位)。
在框715中，两个或更多个伽马检测器110(例如，如讨论的伽马检测器110A和110B)接收来自辐射源300的伽马辐射。在框720中，两个或更多个伽马检测器110检测与接收到的伽马辐射相关联的伽马辐射计数和能量谱。例如，来自伽马检测器110的传感器116的伽马检测信息可以被提供给处理器130以对随时间接收的伽马发射的数量进行计数并记录计数的数量、计数率和与每个计数相关联的能量水平。在各种实施例中，框715和720可以在预定时间长度(例如，预定检测时段)期间和/或直到已接收到足够数量的伽马辐射计数之前同时被执行。
在框725中，一个或多个中子检测器120从辐射源300接收中子辐射。在这方面，辐射源300可以发射分别由伽马检测器110和中子检测器120检测的伽马辐射和中子辐射。在框730中，中子检测器120检测与接收的中子辐射相关联的中子辐射计数。例如，来自传感器126的中子检测信息可以被提供给处理器130以计算随时间接收的中子辐射发射的数量并因此记录计数的数量和计数率。在各种实施例中，框725和730可以在预定时间长度(例如，预定检测时段)期间和/或直到已接收到足够数量的中子辐射计数之前同时被执行。
此外，在一些实施例中，框715至730可以同时被执行，使得伽马辐射和中子辐射可以分别使用伽马检测器110和中子检测器120由检测系统100同时检测。在这方面，检测系统100的紧凑模块化实施方式(例如，关于图2所讨论的)可以有利地用于允许即使在高辐射场中也能以有效的方式同时检测伽马辐射和中子辐射。
在框735中，处理器130将伽马检测信息(例如伽马辐射计数和伽马辐射能量谱)和中子检测信息(例如中子辐射计数)与存储在存储器132中的与已知方向的已知辐射源相关联的预定伽马检测信息和预定中子检测信息进行比较。例如，处理器130可以将伽马检测器110A和110B提供的伽马辐射计数和与不同方向相关联的已知伽马辐射计数进行比较，所述已知伽马辐射计数已通过使用已知方向的已知辐射源的先前测试事先确定。
在一些实施例中，在框735中执行的比较可以包括确定与伽马检测器110A和110B相关联的伽马检测器计数的比率并且将确定的计数比率与预定计数比率进行比较。其他类型的计算也被考虑用于比较。
此外，在一些实施例中，在框735中执行的比较可以被限制到在由伽马检测器110A和110B确定的伽马辐射计数中表现出明显差异的某些能量带。例如，如关于图5和6所讨论的，某些能量带(例如，能量带520、530和620)可能在特定辐射源300的计数上表现出明显差异。通过将比较限制到这些或其他选定能量带，更高的计数比率可以被确定并且用于更准确的分析。
在框740中，处理器130使用在框735中执行的比较来确定辐射源300的方向。如关于图3-6所讨论的，辐射源300的方向可以与伽马检测器110A和110B在彼此相邻定位使得伽马检测器110A至少部分地遮挡伽马检测器110B时检测到的伽马辐射计数相关。因此，通过将伽马检测器110A和110B检测到的计数和与已知方向相关联的已知伽马辐射计数进行比较，处理器130可以确定伽马检测器110A和110B检测到的伽马辐射计数和与预定方向相关联的预定伽马辐射计数之间的相关性(例如，通过比较、内插和/或其他处理技术)。因此，处理器130可以以高置信度确定辐射源300的方向(例如，角位置)。
在框745中，处理器130使用在框735中执行的比较来确定辐射源300的类型(例如，特定同位素)。例如，某些辐射源可能具有在特定能量带中的伽马辐射和/或检测到的伽马辐射和检测到的中子辐射之间的已知关系。因此，通过将检测到的伽马辐射计数、检测到的伽马辐射能量谱和检测到的中子辐射计数与存储在存储器132中的已知值进行比较，处理器130可以将检测值和与已知辐射源相关联的已知值相关，以识别正在检测的辐射源300的特定类型(例如，48μCi 137Cs辐射源，10μCi 60Co辐射源和/或其他)。
尽管图7识别出可以确定辐射源300的方向(框740)并且可以确定辐射源300的类型(框745)，但是不需要执行这两种确定。例如，在各种实施例中，可以针对特定实施方式适当地确定方向、类型和/或两者。
在框750中，处理器130将框740中确定的方向和框745中确定的辐射源类型与检测系统100的当前位置关联。如所讨论的，导航系统134可用于检测检测系统100的位置。此外，当检测系统100移动时，惯性测量单元136可以用于进一步细化该位置。因此，处理器可以将方向、辐射源类型和当前位置之间的关联存储在存储器132中以提供辐射源300的记录以进一步用于生成辐射图。
在框755中，处理器130和/或用户确定是否应当在另一位置执行进一步的检测操作。在这方面，检测系统100可以选择性地重新定位(例如，平移和/或旋转)到其他位置以再次接收辐射并确定相同辐射源300或附加辐射源300的方向和类型。
如果要检测附加位置，则过程返回到框710，其中重新定位检测系统100并且重复该过程。否则，过程继续到框760。
通过针对检测系统100的不同位置重复图7的过程，处理器130可以生成一个或多个辐射源300的方向、辐射源类型和位置之间的多个关联并将其存储在存储器132中。例如，通过确定相对于检测系统100的多个位置的辐射源的方向，处理器130可以基于所确定的方向的交集(例如，通过三角测量、内插和/或其他技术)来确定辐射源的位置。
因此，在框760中，处理器130生成辐射源300的图，识别它们的位置和辐射源类型。在各种实施例中，辐射图可以向用户提供以供查看(例如，呈现在显示器150和/或远程设备190上)和/或提供给适当的系统以供进一步处理和分析。
在适用的情况下，可以使用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现本公开提供的各种实施例。同样在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被分成包括软件、硬件或两者的子部件。此外，在适用的情况下，可以预期软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。
根据本公开的软件，例如程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还可以预期的是，本文识别的软件可以使用联网和/或其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现。在适用的情况下，本文中描述的各个步骤的顺序可以改变，组合成复合步骤，和/或分成子步骤以提供本文中描述的特征。
上述实施例说明但不限制本发明。还应当理解，根据本发明的原理，许多修改和变化是可能的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求限定。

Claims (20)

1.一种系统，所述系统包括：
配置成从辐射源接收辐射的多个辐射检测器，其中，所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；以及
处理器，所述处理器配置成：
接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于所述辐射提供的检测信息，以及
使用所述检测信息确定所述辐射源的方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器配置成：
将接收到的检测信息和与预定方向相关联的预定检测信息进行比较；
确定接收到的检测信息和与预定方向相关联的预定检测信息之间的相关性；以及
其中，使用所述相关性确定所述辐射源的方向。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述检测信息包括由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器检测到的辐射计数的比率。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述方向包括角的范围。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述系统配置成被移动以在多个位置处的所述辐射检测器处接收辐射；并且
所述处理器配置成：
接收附加检测信息，所述附加检测信息由所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器响应于每个位置接收到的辐射而提供，
使用所述附加检测信息针对每个位置确定所述辐射源的方向，以及
使用所确定的方向，确定所述辐射源的位置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述处理器配置成：
确定多个辐射源的位置；以及
生成包括所述辐射源的确定的位置的辐射图。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括通信接口，所述通信接口配置成将所述辐射图传输到远程设备。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述辐射检测器是配置成从所述辐射源检测伽马辐射的伽马辐射检测器，其中，所述检测信息是响应于伽马辐射而提供的伽马检测信息，所述系统还包括：
中子减速器壳；以及
多个中子检测器，所述多个中子检测器实施为围绕第一伽马辐射检测器和第二伽马辐射检测器的面板，并且配置成接收来自所述辐射源的由所述中子减速器壳传递的中子辐射并且响应于中子辐射提供中子检测信息。
9.根据权利要求8所述的系统，其中：
所述伽马检测信息包括伽马辐射计数和伽马辐射能量谱；
所述中子检测信息包括中子辐射计数；并且
所述处理器配置成使用伽马辐射计数、伽马辐射能量谱和中子辐射计数来识别所述辐射源。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统配置成设置在用户和/或载具上。
11.一种方法，所述方法包括：
在多个辐射检测器处从辐射源接收辐射，其中，所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；
接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于所述辐射提供的检测信息；以及
使用所述检测信息确定所述辐射源的方向。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将接收到的检测信息和与预定方向相关联的预定检测信息进行比较；
确定接收到的检测信息和与预定方向相关联的预定检测信息之间的相关性；以及
其中，使用所述相关性确定所述辐射源的方向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述检测信息包括由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器检测到的辐射计数的比率，其中，所述方向包括角的范围。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
移动所述辐射检测器以在多个位置处接收辐射；
接收由所述第一辐射检测器和所述第二辐射检测器响应于每个位置接收到的辐射而提供的附加检测信息；
使用所述附加检测信息针对每个位置确定所述辐射源的方向；以及
使用所确定的方向，确定所述辐射源的位置。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
确定多个辐射源的位置；以及
生成包括所述辐射源的确定的位置的辐射图。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述辐射图传输到远程设备。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述辐射检测器是配置成从所述辐射源检测伽马辐射的伽马辐射检测器，其中，所述检测信息是响应于伽马辐射而提供的伽马检测信息，所述方法还包括：
在中子减速器壳处接收来自所述辐射源的中子辐射；
将中子辐射从所述中子减速器壳传递到作为围绕第一伽马辐射检测器和第二伽马辐射检测器的面板实施的中子辐射检测器；以及
响应于从所述中子减速器壳传递的中子辐射由所述中子辐射检测器提供中子检测信息。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述伽马检测信息包括伽马辐射计数和伽马辐射能量谱；
所述中子检测信息包括中子辐射计数；并且
所述方法还包括使用伽马辐射计数、伽马辐射能量谱和中子辐射计数来识别所述辐射源。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法由设置在用户和/或载具上的检测系统执行。
20.一种系统，所述系统包括：
配置成从辐射源接收辐射的多个辐射检测器，其中，所述辐射检测器中的第一辐射检测器定位成至少部分地遮挡所述辐射检测器中的第二辐射检测器，以衰减由所述第二辐射检测器接收的辐射；以及
处理器，所述处理器配置成：
接收由所述第一辐射检测器和第二辐射检测器响应于所述辐射提供的检测信息，以及
使用所述检测信息识别所述辐射源。
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