CN206906586U - 一种大面积位置灵敏探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大面积位置灵敏探测器，其特征在于，包括闪烁体阵列、光导、光电倍增管阵列、固定板以及前端电子学电路板；其中，所述闪烁体阵列，用于探测伽玛射线并产生光信号；所述光导分别与闪烁体阵列、光电倍增管阵列耦合，用于将所述光信号耦合入所述光电倍增光阵列；所述光电倍增管阵列，用于将通过光导传输过来的光信号转换为电信号；所述固定板，用于固定所述光电倍增管阵列；所述前端电子学电路板与所述光电倍增管阵列连接，用于接收并处理所述电信号。本实用新型的大面积位置灵敏探测器具有结构紧凑、探测效率高、性能稳定、价格便宜的特点。

Description

一种大面积位置灵敏探测器

技术领域

本实用新型属于探测技术领域，涉及一种探测器，尤其涉及应用于伽玛射线成像领域的一种大面积位置灵敏探测器。

背景技术

伽玛射线成像是以探测放射性射线的位置与能量为基础，在核应急、医学诊断、环境评价、科学研究等领域得到了广泛应用。伽玛射线成像装置的关键部件之一就是探测器，目前，用于伽玛射线成像的探测器主要有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等，其中闪烁体探测器的应用尤为广泛。

闪烁探测器的一般由闪烁体与光电倍增管组成。闪烁体为接收伽玛射线后能发光的晶体材料，可以是单独的块状晶体，或由多个晶体单元组成的阵列。光电倍增管通常由光阴极、若干个打拿极和阳极组成。闪烁体发出的闪烁光被光阴极上收集到，由于光电效应在光阴极打出光电子，这些光电子受极间电场聚焦和加速，打在打拿极上，产生多个二次电子，这些二次电子同样在电场的作用下，在下一级打拿极上打出更多的电子，这样经过多级倍增，最后在阳极上就可收集到一个强的电流信号。

传统的位置灵敏探测器(如图1)一般由闪烁体和光电倍增管通过光耦合剂组成，此种结构的优点在于闪烁体发出的闪烁光几乎可以无损失地被光电倍增管的光阴极收集，有利于探测器的能量分辨能力与位置分辨能力。但是在伽玛射线成像中，有时需要将多个探测器组成一个大面积探测器系统，由于光电倍增管的边缘，总是有探测死区或者是灵敏度较差的地方，因此这种晶体与光电倍增管直接相连的探测器结构，很难避免各个探测器单元之间的探测死区的存在，特别是在使用多个探测器单元组成大面积的平面探测器的情况下，探测死区更是难以避免。

目前常用的位置灵敏探测器(如图2)是由闪烁体阵列、光导、硅光电倍增管阵列通过光耦合剂耦合而成。此种结构的优点在于结构紧凑，整个探测器的体积可以做到很小；多个探测器组成一个大面积探测器系统死区较少。但是硅光电倍增管有效探测面积小，要做成大面积探测器成本较高，同时硅光电倍增管存在温度敏感，稳定性较差的特点。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种大面积位置灵敏探测器。

本实用新型的技术方案为：

一种大面积位置灵敏探测器，其特征在于，包括闪烁体阵列、光导、光电倍增管阵列、固定板以及前端电子学电路板；其中，

所述闪烁体阵列，用于探测伽玛射线并产生光信号；

所述光导分别与闪烁体阵列、光电倍增管阵列耦合，用于将所述光信号耦合入所述光电倍增管阵列；

所述光电倍增管阵列，用于将通过光导传输过来的光信号转换为电信号；

所述固定板，用于固定所述光电倍增管阵列；

所述前端电子学电路板与所述光电倍增管阵列连接，用于接收并处理所述电信号。

进一步的，所述固定板设有多个通孔，分别与所述光电倍增管阵列中的光电倍增管对应，所述光电倍增管阵列中的光电倍增管分别插入所述固定板中对应的通孔，使所述光电倍增管阵列中的光电倍增管之间间距一致。

进一步的，所述固定板的表面和通孔内部均涂有一层高反光材料。

进一步的，所述光导的入射面和出光面均涂有硅脂，所述光导的入射面通过硅脂与所述闪烁体阵列耦合，所述光导的出光面通过硅脂与所述光电倍增管阵列耦合。

进一步的，所述闪烁体阵列中的闪烁体单元外形为正方体，所述闪烁体的一个端面露出作为出光面，另一端面和四个侧面上覆盖有高反膜或反光材料。

进一步的，所述闪烁体阵列的六个面中除出光面外其他五个面覆盖有高反膜。

进一步的，所述光导由4块a mm×a mm、4块a mm×b mm、1块b mm×b mm的光导单元组成“井”形；其中，b大于a。

进一步的，所述a为所述闪烁体阵列中闪烁体单元的尺寸1.5倍。

进一步的，所述光导的材料为有机玻璃，所述光导的厚度为10～30mm。

进一步的，所述光电倍增管阵列中的光电倍增管为CR173光电倍增管。

本实用新型的大面积位置灵敏探测器包括：闪烁体阵列、光导、光电倍增管阵列、固定板以及前端电子学电路板。

所述闪烁体阵列包括多个闪烁体单元，用于探测伽玛射线并产生光信号。

所述光导由透光率很高的特殊材料制成，用于将闪烁体发出的闪烁光传至光电倍增管，且保留入射射线的位置信息。

所述光电倍增管阵列包括多个光电倍增管，用于接收闪烁光并将光信号转化为电信号输出。

所述固定板用于固定光电倍增管，并使光电倍增管之间间距一致，同时固定板底面和孔槽内部涂上一层高反光材料。

所述前端电子学电路板用于接收并处理来自光电倍增管的电信号，从而产生作包含位置、能量、时间信息的输出信号。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果为：

本申请提供的一种大面积位置灵敏探测器，采用光电倍增管作为光转换器件，能有效增加探测器有效探测面积，采用大面积闪烁体阵列和优化光导设计，使探测器具有结构紧凑、探测效率高、性能稳定、价格便宜的特点。

附图说明

图1为传统位置灵敏探测器立体示意图；

图2为基于硅光电倍增管的位置灵敏探测器立体示意图；

图3为本专利研制的大面积位置灵敏探测器立体示意图；

图4为闪烁体阵列示意图；

图5为“井形”光导示意图；

图6为固定板示意图；

其中，1-闪烁体阵列，10-闪烁体单元，11-反射层，2-光导，20-光导单元，21-反射层， 3-光电倍增管阵列，4-固定板，41-固定板通孔，42-固定板表面，5-前端电子学电路板，6-硅光电倍增管阵列。

具体实施方式

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会更加明显。

本实用新型提供了一种大面积位置灵敏探测器，如图3所示，其包括闪烁体阵列1、光导2、光电倍增管阵列3、固定板4、前端电子学电路板5，其中闪烁体阵列1包括多个闪烁体单元10，闪烁体阵列探测伽玛射线并产生光信号；光导2采用透光率高的材料，将九块不同尺寸的光导单元组合在一起，用于将闪烁体产生的光信号几乎无损的传输到光电倍增管，并保证其位置信息不变；光电倍增管阵列3包含多个光电倍增管，光电倍增管阵列将通过光导2传输过来的闪烁体阵列1的包含位置、能量、时间信息的光信号转换为电信号；固定板 4用于固定光电倍增管阵列3，并使光电倍增管之间间距一致，同时固定板表面42和通孔41内部涂上一层高反光材料，将入射到该区域的光反射回去，最终使光全部进入光电倍增管；前端电子学电路板5用于接收并处理来自光电倍增管的电信号，从而产生包含位置、能量、时间信息的输出信号。

其中，形成闪烁体阵列1由多个闪烁体单元10组成m×n阵列，如图4所示，每个闪烁体单元为正方体，闪烁体的一个端面作为出光面，另一个端面和四个侧面上覆盖高反膜或镀有反光材料。比如：各闪烁体单元之间填充高反膜作为反光材料，整个闪烁体阵列六个面中除出光面保持光洁外其他五个面均用高反膜覆盖。当闪烁体单元形成闪烁体阵列时，所有闪烁体出光面设置在同一个面上形成闪烁体阵列的出光面，闪烁体阵列与光导的耦合面为闪烁体的出光面。闪烁体阵列的出光面上涂有硅脂，光导与闪烁体阵列的出光面耦合的一面也涂有硅脂。

如图5所示，光导2由九块不同尺寸的光导单元20组成，其中四块光导的尺寸为a×a，四块光导的尺寸为a×b，一块光导的尺寸为b×b。光导的两个端面作为光的入射面和出光面，四个侧面上覆盖高反膜或镀有反光材料。比如：各光导单元之间填充高反膜作为反光材料，整个光导六个面中除光入射面和出光面保持光洁外其他五个面均用高反膜覆盖。当光导单元形成光导时，所有光导的入射面和出光面保持在同一个面上形成光导的入射面和出光面。光导的入射面和出光面均涂有硅脂，光导的入射面通过硅脂与闪烁体阵列耦合，光导的出光面通过硅脂和光电倍增管阵列耦合。

光电倍增管阵列3由多个光电倍增管组成M×N，光电倍增管通过固定板4固定，光电倍增管阵列将通过光导2传输过来的闪烁体阵列1的包含位置、能量、时间信息的光信号转换为电信号，通过前端电子学电路板5输出快信号和阳极信号，光电倍增管的入射窗涂有硅脂，用于和光导的出光面耦合。

如图6所示，固定板4用于固定光电倍增管阵列3，并使光电倍增管之间间距一致，同时固定板表面42和通孔41内部涂上一层高反光材料，将入射到该区域的光反射回去，最终使光全部进入光电倍增管。

前端电子学电路板5用于接收并处理来自光电倍增管的电信号，从而产生定时信号和包含位置、能量、时间信息的阳极信号。

接下来本实用新型以尺寸为165mm×165mm探测面积的大面积位置灵敏探测器为实施方式，当然本专利不局限于此例。本实施方式中闪烁体阵列优选CsI(Tl)闪烁体。

其中m＝11，n＝11，闪烁体阵列由121个六面抛光的尺寸为14.9mm×14.9mm×14.9mm 的CsI(Tl)闪烁体按照11×11的方式排布组成，CsI(Tl)闪烁体阵列的外部尺寸为165mm×165mm×15mm，闪烁体之间填充高反膜作为反光层，除出光面以外，闪烁体阵列外围五个面整体包裹反光材料；

其中a＝22.4mm，b＝119.9mm，由4个尺寸为22.4mm×22.4mm×20mm、4个尺寸为22.4mm×119.9mm×20mm、1个尺寸为119.9mm×119.9mm×20mm的光导单元组成，光导的外部尺寸为165mm×165mm×20mm，光导单元之间填充高反膜作为反光层，除出光面和入射面以外，光导外围四个面整体包裹反光材料；

其中M＝3，N＝3，光电倍增管阵列由9个CR173光电倍增管组成3×3光电倍增管阵列，两个光电倍增管之间的间距为55mm。光电倍增管阵列外部尺寸为165mm×165mm×113mm；

固定板由航空铝合金材料制成，表面进行高抛光处理并在表面镀一层高反膜，固定板的外部尺寸为165mm×165mm×75mm；

前端电子学电路板包括光电倍增管分压电路、放大成形电路、定时电路。

闪烁体阵列与光导通过硅脂耦合，光导与光电倍增管阵列通过硅脂耦合，光电倍增管通过固定板与光导耦合固定，前端电子学电路板通过焊接与光电倍增管阵列连接，通过以上连接耦合组成整个探测器。

本申请提供的大面积位置灵敏探测器具有足够高的灵敏度和位置分辨能力，本申请提供的探测器在天然本底情况下依然能够得到清晰的散点图像。

Claims (10)

1.一种大面积位置灵敏探测器，其特征在于，包括闪烁体阵列、光导、光电倍增管阵列、固定板以及前端电子学电路板；其中，

所述闪烁体阵列，用于探测伽玛射线并产生光信号；

所述光导分别与闪烁体阵列、光电倍增管阵列耦合，用于将所述光信号耦合入所述光电倍增管阵列；

所述光电倍增管阵列，用于将通过光导传输过来的光信号转换为电信号；

所述固定板，用于固定所述光电倍增管阵列；

所述前端电子学电路板与所述光电倍增管阵列连接，用于接收并处理所述电信号。

2.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述固定板设有多个通孔，分别与所述光电倍增管阵列中的光电倍增管对应，所述光电倍增管阵列中的光电倍增管分别插入所述固定板中对应的通孔，使所述光电倍增管阵列中的光电倍增管之间间距一致。

3.如权利要求2所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述固定板的表面和通孔内部均涂有一层高反光材料。

4.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述光导的入射面和出光面均涂有硅脂，所述光导的入射面通过硅脂与所述闪烁体阵列耦合，所述光导的出光面通过硅脂与所述光电倍增管阵列耦合。

5.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述闪烁体阵列中的闪烁体单元外形为正方体，所述闪烁体的一个端面露出作为出光面，另一端面和四个侧面上覆盖有高反膜或反光材料。

6.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述闪烁体阵列的六个面中除出光面外其他五个面覆盖有高反膜。

7.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述光导由4块a mm×amm、4块a mm×b mm、 1块b mm×b mm的光导单元组成“井”形；其中，b大于a。

8.如权利要求7所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述a为所述闪烁体阵列中闪烁体单元的尺寸1.5倍。

9.如权利要求1或7或8所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述光导的材料为有机玻璃，所述光导的厚度为10~30mm。

10.如权利要求1所述的大面积位置灵敏探测器，其特征在于，所述光电倍增管阵列中的光电倍增管为CR173光电倍增管。