CN117368955A - 一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明应用于质子探测技术领域，公开了一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法，能谱仪包括沿着质子束出射方向依次同轴设置的特氟龙球组、闪烁体、成像模块和图像采集模块，特氟龙球组设在闪烁体远离成像模块的一面，特氟龙球组接收和衰减质子束信号，闪烁体将衰减后的质子束信号转化为可见光信号，成像模块将可见光信号成像至图像采集模块，图像采集模块获取可见光图像；方法包括获取可见光图像，根据图像计算得到质子束信号的角度分布和能谱分布。本发明的能谱仪体积小，成本低，易于移动，可同时实现对质子束的能谱分布和角度分布的实时探测，省略了每次质子束探测后取出部件后再扫描的步骤，有效地缩短了质子探测时间，提高了探测效率。

Description

一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法

技术领域

本发明涉及质子束探测技术领域，特别涉及一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法。

背景技术

目前通常采用多层辐射变色胶片（Radiochromic Film，RCF）或磁谱仪对质子束的能谱进行探测。对于多层辐射变色胶片探测法，它需要利用扫描仪对多个辐射变色滤片分别进行扫描，然后得到质子束的具有角度分辨的能谱。对于磁谱仪测量法，磁谱仪体积普遍比较大，当利用闪烁体或多通道板进行探测时可以实现对能谱的实时测量。现有的质子束能谱仪和质子束探测技术存在如下缺陷：

1）多层辐射变色胶片探测法通常需要重复地打开仪器取出和放入辐射变色胶片，探测步骤繁琐，质子探测时间较为冗长，质子探测效率较低，无法对质子的能谱进行实时探测；

2）现有的磁谱仪测量法可实现质子能谱的实时探测，但磁谱仪的体积较大且价格较高，质子束能谱探测的成本较高，不利于质子束能谱仪的多次移动，无法满足质子探测位置的变更频率较高的实验要求。

3）现有的质子束探测技术只能对质子束的能谱分布进行测量或者对质子束的角度分布进行测量，无法同时测量质子束的能谱分布和角度分布。

发明内容

本发明的目的是提供质子束一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：第一方面，本申请提供一种角度分辨质子束能谱仪，包括沿着质子束出射方向依次同轴设置的特氟龙球组、闪烁体、成像模块和图像采集模块，所述特氟龙球组设置于所述闪烁体远离所述成像模块的一面，所述特氟龙球组用于接收质子束信号并对其进行衰减，所述闪烁体用于将衰减后的质子束信号转化为可见光信号，所述成像模块用于将可见光信号成像至图像采集模块，所述图像采集模块用于获取可见光图像。

进一步地，所述特氟龙球组包括两组特氟龙球，两组特氟龙球相互垂直且呈十字排列分布于所述闪烁体上。

进一步地，每组特氟龙球均包括多个实心特氟龙球，每个所述特氟龙球的直径相同，相邻两个所述特氟龙球的间隔相同。

进一步地，对于所述特氟龙球组中的每个特氟龙球，以特氟龙球与闪烁体的接触点和特氟龙球的球心所在的直线作为第一直线，以质子束信号与特氟龙球的接触点和所述第一直线之间的直线距离作为接触距离，质子束信号的传播距离与所述接触距离呈反比关系。

进一步地，对于所述特氟龙球组中的每个特氟龙球，以质子束信号与特氟龙球的接触点向闪烁体接近特氟龙球的一面投影的位置作为闪烁体的接收位置，在接收位置上所接收到的质子束能量与所述接触距离呈正比关系。

进一步地，所述质子束能谱仪还包括屏蔽壳，所述特氟龙球组和所述闪烁体均设置于所述屏蔽壳内。

进一步地，所述闪烁体为BC400。

第二方面，本申请提供了一种角度分辨质子束能谱仪的实现方法，包括如下步骤：

通过角度分辨质子束能谱仪得到可见光图像；

根据所述可见光图像，计算得到质子束信号的角度分布和能谱分布。

进一步地，质子束信号的能谱分布的计算步骤包括：根据所述可见光图像分析闪烁体的各个位置的灰度值，得到质子束信号的能谱分布。

进一步地，质子束信号的角度分布的计算步骤包括：根据可见光图像分析每个特氟龙球的能量沉积信息，计算每个特氟龙球的能量沉积信息的差值，得到质子束信号在各个角落范围内的能量分布，即质子束信号的角度分布；

其中，所述角落范围定义为特氟龙球接收质子束信号的角度范围。

本发明的有益效果是：提供质子束一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法，一方面，本发明提供的角度分辨质子束能谱仪的体积更小、重量更轻、成本更低，便于移动，易于在不同位置进行探测或者在不同实验室进行实验测量，可满足质子探测位置的变更频率较高的实验要求；另一方面，由于选择闪烁体作为探测器，因而可实现对质子束能谱的实时探测，有效地提高了质子束能谱的探测效率；又一方面，本发明可同时实现对质子束信号的能谱分布和角度分布的探测，可同时得到质子束的多维信息，省略了在每次质子束探测后对仪器进行取出部件再扫描的步骤，极大地缩短了质子探测时间，有效地提高了质子探测效率。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本申请提供的现有技术测量质子束能谱分布的示意图；

图2为本申请提供的角度分辨质子束能谱仪的结构示意图；

图3为本申请提供的特氟龙球组和闪烁体的结构示意图；

图4为本申请提供的不同方向的质子束信号入射到某一特氟龙球的示意图；

图5为本申请提供的闪烁体的沉积能量密度的分布图；

图6为本申请提供的现有技术测量质子束角度分布的示意图；

图7为本申请提供的质子能谱分布的仿真结果图；

图8为本申请提供的某一特定实验场景下测量质子束角度分布的示例图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面结合说明书附图和具体的实施例对本申请进行进一步的说明。所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。

1）闪烁体，是一种吸收如离子、电子等高能粒子或如X射线等射线后能发光的材料，其所发出的光为可见光或紫外线等。闪烁体的发光原理为高能粒子照射到闪烁体上时，会损耗一部分能量，这部分能量会在闪烁体上沉积并使闪烁体发出可见光或紫外线。

2）辐射变色胶片（Radiochromic Film，RCF），是一种用于测试和表征CT扫描仪和放射治疗加速器等辐射装置的自显影胶片，该胶片中含有一种染料，当其暴露于电离辐射环境下时会改变颜色，从而可以表征曝光水平和光束轮廓。辐射变色胶片的变色程度和其所吸收的辐射剂量是已知的，因此可以通过将辐射变色胶片进行堆叠，使质子束穿过多层辐射变色胶片，之后分别对每一层辐射变色胶片进行扫描，得到质子束的能谱分布。

参照图1所示为利用十层辐射变色胶片测量入射质子束能谱的堆叠示意图，图1的左边的10μm铝箔是用于过滤能量在750至800keV以下的质子，红色箭头上方的能量是指质子到达该层辐射变色胶片所需的能量，而图1的上方为实验测量质子束的结果，不同的变色程度对应于不同的辐射吸收剂量，颜色越深，吸收剂量越大，可见低能质子的数量比高能质子的数量要多得多。因此，可基于辐射变色胶片的变色程度和胶片所吸收的辐射剂量即可计算得到质子的数目，进而得到质子能谱分布。

3）布拉格峰，是指能量沉积的尖峰，其产生的原理为高能量离子入射到物质内部时，会损失自身能量并将物质内部的原子进行电离，从而将自身能量沉积在物体中，而离子在物体中移动时，大部分的能量会在离子即将停止运动时才释放出来，产生能量沉积的尖峰即布拉格峰。

目前，通常采用多层辐射变色胶片（Radiochromic Film，RCF）或磁谱仪对质子束的能谱进行探测。对于多层辐射变色胶片探测法，它需要利用扫描仪对多个辐射变色滤片分别进行扫描，然后得到质子束的具有角度分辨的能谱。对于磁谱仪测量法，磁谱仪体积普遍比较大，当利用闪烁体或多通道板进行探测时可以实现对能谱的实时测量。现有的质子束能谱仪和质子束探测技术存在如下缺陷：

1）多层辐射变色胶片探测法通常需要重复地打开仪器取出和放入辐射变色胶片，探测步骤繁琐，质子探测时间较为冗长，质子探测效率较低，无法对质子的能谱进行实时探测；

2）现有的磁谱仪测量法可实现质子能谱的实时探测，但磁谱仪的体积较大且价格较高，质子束能谱探测的成本较高，不利于质子束能谱仪的多次移动，无法满足质子探测位置的变更频率较高的实验要求。

3）现有的质子束探测技术只能对质子束的能谱分布进行测量或者对质子束的角度分布进行测量，无法同时测量质子束的能谱分布和角度分布。

本发明实施例提出了一种角度分辨质子束能谱仪及其实现方法来解决相关技术存在的缺陷和问题。相比现有的质子束能谱仪，本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪的体积更小，重量更轻，便于移动，易于在不同位置进行探测或者在不同实验室进行实验测量，可满足质子探测位置的变更频率较高的实验要求。此外，本发明实施例选择经济实惠的闪烁体作为探测器，闪烁体能重复使用，有效地降低了质子探测的实验成本。相比于现有的质子探测技术，本发明实施例提出的实现方法可同时实现对质子束信号的能谱分布和角度分布的探测，省略了在每次质子束探测后对仪器进行取出部件再扫描的步骤，极大地缩短了质子探测时间，有效地提高了质子探测效率。

参照图2，图2所示为本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪的结构示意图。本申请的一个实施例，下面将详细描述本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪。本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪100主要包括：

特氟龙球组110，其功能是获取质子束信号，并衰减质子束信号。

闪烁体120，其远离成像模块130的一面上设置有特氟龙球组110，其功能是将衰减后的质子束信号转化为可见光信号。

本具体实施例中，闪烁体120为BC400，其基本原理为质子束信号入射到闪烁体120时会被闪烁体120吸收掉大部分能量，使得闪烁体120将这部分能量转化为可见光信号。

需要说明的是，BC400是一种塑料闪烁体，密度为1.032g/cc，组成成分中的氢碳比为1.103，类似于一种塑料晶体，可被激发而发光。

成像模块130，其功能是将可见光信号成像至图像采集模块140。

可选地，成像模块130包括成像透镜或者光纤束中的任一种。

图像采集模块140，其功能是通过成像模块130获取可见光图像。

可选地，图像采集模块140为可见光相机。

需要说明的是，本发明的质子束能谱仪中，特氟龙球组110、闪烁体120、成像模块130和图像采集模块140沿着质子束出射方向依次同轴设置。

本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪的探测工作原理为：特氟龙球组110、闪烁体120、成像模块130和图像采集模块140沿着质子束出射方向依次同轴设置。激光200入射靶材料300产生质子束，首先利用特氟龙球组110接收不同方向上的质子束信号，质子束信号被特氟龙求组衰减之后利用闪烁体120将质子束信号转化为可见光信号。最后，将闪烁体120产生的可见光信号利用成像模块130成像到图像采集模块140，在图像采集模块140输出的可见光图像的基础上，计算质子束信号的能谱分布和角度分布，进而实现质子束信号的实时探测。

参照图3，图3所示为本发明实施例提出的特氟龙球组和闪烁体的结构示意图。本申请的一个实施例，下面将对特氟龙球组的结构和功能进行进一步地说明。

首先是特氟龙球组110的结构。特氟龙球组110包括两组特氟龙球，分别为竖向特氟龙球组111和横向特氟龙球组112。竖向特氟龙球组111和横向特氟龙球组112相互垂直，即竖向特氟龙球组111和横向特氟龙球组112呈十字排列分布在闪烁体120上。

作为进一步的实施方式，竖向特氟龙球组111和横向特氟龙球组112均包括多个实心的特氟龙球113。每个特氟龙球113的直径相同，相邻两个特氟龙球113的间隔相同。

可选地，每个特氟龙球113可选择1mm、2mm和3mm等直径长度。

可选地，相邻两个特氟龙球113的间隔等于特氟龙球113的直径。例如，当选择直径为1mm的特氟龙球113时，相邻两个特氟龙球113的间隔亦为1mm。

本发明实施例对分布在闪烁体120上的特氟龙球113的总数量不作具体限定，特氟龙球113的总数量可以根据相邻两个特氟龙球113的间隔、特氟龙球113的直径来决定。比如，当选择直径为1mm的特氟龙球113且相邻两个特氟龙球113的间隔为1mm时，闪烁体120上分布的的特氟龙球113至多35个。

其次是特氟龙球组110的功能。本发明实施例的特氟龙球113主要用作衰减入射的质子束信号。当质子束穿过单个特氟龙球113时，质子束穿过该特氟龙球113的不同位置所损失的能量不同，闪烁体120对应于该特氟龙球113的不同位置上所接收到的质子束能量也不同。

参照图4，图4所示为不同方向的质子束信号入射至某一特氟龙球113的示意图。对于单个特氟龙球113，本发明实施例定义特氟龙球113与闪烁体120的接触点为第一接触点，任意一个质子束信号与特氟龙球113的接触点为第二接触点/>，第一接触点/>与特氟龙球113的球心O所在的直线为第一直线，第一直线即为Y轴。同时，本发明实施例定义第二接触点/>与第一直线之间的直线距离作为接触距离，同时定义第二接触点/>向水平面投影的位置为闪烁体120的接收位置。可以理解的是，水平面为闪烁体120接近特氟龙球113的一面，而接收位置具体为闪烁体120接收衰减后的质子束信号的位置。

本发明实施例中，任意一个质子束信号在特氟龙球113中的传播距离如下公式所示：

，

式中，h表示任意一个质子束信号的传播距离，r表示任意一个质子束信号对应的第二接触点与Y轴之间的距离，R表示特氟龙球113的半径。

参照图5，图5所示为闪烁体的沉积能量密度的分布图。由图5可见，本发明实施例的质子束能谱仪中的闪烁体120上会呈现中心暗、边缘亮的可见光信号。当第二接触点越接近Y轴，质子束信号的传播距离越大，闪烁体120的沉积能量密度越低，闪烁体120对应特氟龙球113的位置上所接收到的质子束能量越小，其产生的可见光信号越少。当第二接触点越远离Y轴，质子束信号的传播距离越小，闪烁体120的沉积能量密度越高，闪烁体120对应特氟龙球113的位置上所接收到的质子束能量越大，其产生的可见光信号越多。

即，质子束信号的传播距离与接触距离呈反比关系，接触距离越小，质子束信号的传播距离越大；接触距离越大，质子束信号的传播距离越小。此外，在接收位置上所接收到的质子束能量与接触距离呈正比关系，接触距离越小，在接收位置上所接收到的质子束能量越小；接触距离越大，在接收位置上所接收到的质子束能量越大。

在本发明的一些实施例中，质子束能谱仪还包括屏蔽壳150，闪烁体120和特氟龙球组110均设置在屏蔽壳150内。屏蔽壳150的作用是防止空间中其他杂散光对闪烁体120的影响，使闪烁体120产生的光只来源于质子束的入射。

在本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪100的基础上，本发明实施例还提出了角度分辨质子束能谱仪100的实现方法，用于探测质子束，实现同时测量质子束的能谱分布和角度分布。

需要说明的是，质子束的能谱分布是指质子束的能量分布情况。而对于质子束的角度分布，在激光驱动离子实验中，由于激光的强度分布并非均匀分布，因此激光与物质相互作用时产生的高能离子束的角度分布是不同的。参照图6，图6的（a）为高斯分布的激光与碳氢材料相互作用是产生的高斯鞘，其中绿色部分并非一个均匀分布，由此加速机制产生的质子束也不是均匀分布的；图6的（b）为质子束信号的角度分布示例图，横坐标为角度，纵坐标为质子角密度，可以看出不同角度的质子角密度存在差异，现有技术一般采用设置辐射变色胶片的质子束能谱仪来进行角度分布的测量。

下面将详细描述本发明实施例提出的一种角度分辨质子束能谱仪的实现方法，角度分辨质子束能谱仪的实现方法主要包括如下步骤：

S101，通过角度分辨质子束能谱仪获得可见光图像。

本步骤中，质子束信号被入射至本发明实施例提出的角度分辨质子束能谱仪100。在角度分辨质子束能谱仪100中，通过特氟龙球组110衰减质子束信号，通过闪烁体120将衰减后的质子束信号转化为可见光信号，可见光信号通过成像模块130成像至图像采集模块140，通过图像采集模块140得到可见光图像。

S102，根据可见光图像，计算得到质子束信号的角度分布和能谱分布。

本发明实施例的重要创造是在测量质子束信号的能谱分布的同时测量质子束信号的角度分布。作为进一步的实施方式，本发明实施例的质子束信号的能谱分布的测量主要包括如下步骤：

S201，利用可见光图像分析闪烁体的各个位置的灰度值，得到质子束信号的能谱分布。

本步骤中，采用成像模块130将这些可见光收集到图像采集模块140。质子束信号在穿过特氟龙球113的不同位置时会有不同程度的能量损失，因此质子束信号会在闪烁体120上形成不同深度的布拉格峰，不同深度的布拉格峰对应于闪烁体120上不同的沉积能量，通过对闪烁体120的每个位置的灰度值和质子沉积能量进行分析，得到每个特氟龙球113的不同厚度处的可见光强度，进而可得质子束信号的能谱分布。

作为示例，参照图7，图7所示为质子能谱分布的仿真结果图，同时图7也表示不同初始能量的质子束信号经过特氟龙球衰减后沉积在闪烁体上的能量，图7的纵轴为沉积能量密度，其横轴为质子束穿过的厚度，对应于上述的特氟龙球113的不同厚度。本发明实施例通过改变特氟龙球113的直径用以测量不同能量范围的质子束能谱分布。

需要说明的是，本步骤涉及的灰度值的分析为现有技术，本发明实施例在此不再赘述。

而质子束信号的角度分布的测量主要包括如下步骤：

S202，根据可见光图像分析每个特氟龙球的能量沉积信息，计算每个特氟龙球的能量沉积信息的差值，得到质子束信号在各个角落范围内的能量分布，即质子束信号的角度分布。

本步骤中，首先分析每个特氟龙球113的能量沉积信息，每个特氟龙球113的能量沉积信息实际上是指质子束信号经过特氟龙球113衰减后沉积在闪烁体120上的能量。然后通过比对不同特氟龙球113收集的沉积数据的差值，最终得到质子束信号在各个角度范围内的能量分布，即质子束信号的角度分布。

需要说明的是，角度范围是指特氟龙球113所能够接收质子束信号的角度范围。本发明实施例中，每个特氟龙球113以一定的规则排布在闪烁体120上，根据其排布规则，每个特氟龙球113都接收一定角度范围内的质子束信号，每个特氟龙球113所能够接收的角度范围由质子束信号的总发散角和特氟龙球组110的数量决定，如下公式所示：

，

式中，表示每个特氟龙球113所能够接收的角度范围，/>表示质子束信号的总发散角，N为特氟龙球组110的数量，即N为竖向特氟龙球组111或者横向特氟龙球组112的特氟龙球113的总数。假设质子束的总发散角为40°，竖向特氟龙球组111或者横向特氟龙球组112均包括10个特氟龙球113，则有每个特氟龙球113能够接收4°角度范围内的质子束信号，质子束能谱仪的角度分辨率为4°。

下面以一个实施例进一步地解释本发明实施例的质子束信号的角度分布测量的原理。参照图8，图8所示为在某一特定实验场景中对质子束的角度分布进行测量的示意图，展示的是某一组特氟龙球113与闪烁体120的侧视图。本实施例中，定义用于产生质子束信号的靶材料300与角度分辨质子束能谱仪100的距离为5cm，激光200入射靶材料300所产生的质子束的最大发散角约为40°，竖向特氟龙球组111或者横向特氟龙球组112均包括10个特氟龙球113，入射靶材料300的激光200为超短脉冲激光。

需要说明的是，质子束发散属于物理现象，不同类型的激光200与不同材料相互作用所产生的质子束发散角都是不同的。

本具体实施例通过任一组特氟龙球113来测量多个不同角度的质子束信号的能谱分布，即角度分布。入射靶材料300的激光200的强度分布并非均匀分布，当激光200照射到靶材料300后产生的质子的速度也不一致，每个特氟龙球113所接收到的质子信号也是不同的，因此本具体实施例通过收集闪烁体120产生的可见光信号并分析每个小球对应的能量沉积数据，通过对比不同小球收集的沉积数据的差值，最终得到质子束信号在每个特氟龙球113所覆盖的4°范围内的能量分布，即质子束信号的角度分布。

综上可见，相比现有的质子束能谱仪，本发明实施例具有如下技术效果：

1）角度分辨质子束能谱仪的体积更小，重量更轻，成本更低，便于移动，易于在不同位置进行探测或者在不同实验室进行实验测量，可满足质子探测位置的变更频率较高的实验要求；

2）选择经济实惠的闪烁体作为探测器，闪烁体能重复使用，有效地降低了质子探测的实验成本，同时可实现对质子束能谱的实时（在线）探测，有效地提高了实验效率；

3）可同时实现对质子束信号的能谱分布和角度分布的实时探测，可以同时得到质子束的多维信息，省略了在每次质子束探测后对仪器进行取出部件再扫描的步骤，极大地缩短了质子探测时间，有效地提高了质子探测效率。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或装置不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或装置固有的其他步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机、服务器或者网络装置等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

Claims (10)

1.一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，包括沿着质子束出射方向依次同轴设置的特氟龙球组、闪烁体、成像模块和图像采集模块，所述特氟龙球组设置于所述闪烁体远离所述成像模块的一面，所述特氟龙球组用于接收质子束信号并对其进行衰减，所述闪烁体用于将衰减后的质子束信号转化为可见光信号，所述成像模块用于将可见光信号成像至图像采集模块，所述图像采集模块用于获取可见光图像。

2.根据权利要求1所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，所述特氟龙球组包括两组特氟龙球，两组特氟龙球相互垂直且呈十字排列分布于所述闪烁体上。

3.根据权利要求2所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，每组特氟龙球均包括多个实心特氟龙球，每个所述特氟龙球的直径相同，相邻两个所述特氟龙球的间隔相同。

4.根据权利要求1所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，对于所述特氟龙球组中的每个特氟龙球，以特氟龙球与闪烁体的接触点和特氟龙球的球心所在的直线作为第一直线，以质子束信号与特氟龙球的接触点和所述第一直线之间的直线距离作为接触距离，质子束信号的传播距离与所述接触距离呈反比关系。

5.根据权利要求4所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，对于所述特氟龙球组中的每个特氟龙球，以质子束信号与特氟龙球的接触点向闪烁体接近特氟龙球的一面投影的位置作为闪烁体的接收位置，在接收位置上所接收到的质子束能量与所述接触距离呈正比关系。

6.根据权利要求1所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，所述质子束能谱仪还包括屏蔽壳，所述特氟龙球组和所述闪烁体均设置于所述屏蔽壳内。

7.根据权利要求1所述的一种角度分辨质子束能谱仪，其特征在于，所述闪烁体为BC400。

8.一种角度分辨质子束能谱仪的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过角度分辨质子束能谱仪得到可见光图像；

根据所述可见光图像，计算得到质子束信号的角度分布和能谱分布。

9.根据权利要求8所述的一种角度分辨质子束能谱仪的实现方法，其特征在于，质子束信号的能谱分布的计算步骤包括：根据所述可见光图像分析闪烁体的各个位置的灰度值，得到质子束信号的能谱分布。

10.根据权利要求8所述的一种角度分辨质子束能谱仪的实现方法，其特征在于，质子束信号的角度分布的计算步骤包括：根据可见光图像分析每个特氟龙球的能量沉积信息，计算每个特氟龙球的能量沉积信息的差值，得到质子束信号在各个角落范围内的能量分布，即质子束信号的角度分布；

其中，所述角落范围定义为特氟龙球接收质子束信号的角度范围。