CN219328903U - 像素型面阵探测器伽马能谱测试系统 - Google Patents

像素型面阵探测器伽马能谱测试系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及核辐射探测技术领域，提供一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，包括像素型面阵探测器，所述像素型面阵探测器的入射端面设有多个碲锌镉晶体，每个所述碲锌镉晶体包括多个像素，多个所述像素呈阵列排布。本实用新型提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，通过在像素型面阵探测器的入射端面设置多个碲锌镉晶体，扩大了环境中伽马射线的检测范围，提高了检测效率，每个碲锌镉晶体包括多个呈阵列排布的像素，通过调节像素个数，可相应提高像素型面阵探测器的空间分辨率，提高了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的检测精度、增强了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的适用性，使其能够应用于多种领域。

Description

像素型面阵探测器伽马能谱测试系统
技术领域
本实用新型涉及核辐射探测技术领域，尤其涉及一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统。
背景技术
当前核辐射探测领域，探测器主要分为气体探测器、闪烁体探测器以及半导体探测器三大类。半导体作为第三代探测器，以其较低的平均电离能和较高的能量分辨率成为当前社会研究的主要目标。碲锌镉以其很高的能量分辨率，可室温工作成为目前研究的热点。
伽马射线在空间探测、医疗、核安全检测领域均有重要应用，而现有的伽马能谱测试系统检测范围小、空间分辨率低，严重制约了伽马能谱测试系统的应用。
实用新型内容
本实用新型提供一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，用以解决现有技术中伽马能谱测试系统检测范围小、空间分辨低的缺陷。
本实用新型提供一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，包括像素型面阵探测器，所述像素型面阵探测器的入射端面设有多个碲锌镉晶体，每个所述碲锌镉晶体包括多个像素，多个所述像素呈阵列排布。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，多个所述碲锌镉晶体呈阵列排布，且相邻两个所述碲锌镉晶体相拼接。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，多个所述碲锌镉晶体沿直线或斜线依次拼接。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，所述像素型面阵探测器的入射端面设有多层碲锌镉晶体层，多层所述碲锌镉晶体层叠设，每层所述碲锌镉晶体层均设有多个所述碲锌镉晶体，相邻两层所述碲锌镉晶体层的所述碲锌镉晶体错开设置。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，所述像素的个数范围为4-256。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，还包括电路单元，所述电路单元与所述像素型面阵探测器电性连接。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，所述电路单元包括：专用集成电路和数字电路，所述专用集成电路与所述像素型面阵探测器电性连接，所述数字电路与所述专用集成电路电性连接。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，所述专用集成电路包括：前置放大器，与所述像素型面阵探测器电性连接，所述前置放大器用于将感应电荷转换为指数衰减信号；成形放大器，与所述前置放大器电性连接，所述成形放大器用于将所述指数衰减信号转换为高斯信号；峰值保持器，与所述成形放大器电性连接，所述峰值保持器用于将所述高斯信号的峰值输出至所述数字电路。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，还包括壳体，所述像素型面阵探测器和所述电路单元设置于所述壳体内。
根据本实用新型提供的一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，还包括上位机，所述上位机设置于所述壳体外，所述上位机与所述电路单元电性连接。
本实用新型提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，通过在像素型面阵探测器的入射端面设置多个碲锌镉晶体，扩大了环境中伽马射线的检测范围，提高了检测效率，每个碲锌镉晶体包括多个呈阵列排布的像素，通过调节像素个数，可相应提高像素型面阵探测器的空间分辨率，提高了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的检测精度、增强了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的适用性，使其能够应用于多种领域。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的结构示意图；
图2是像素型面阵探测器中碲锌镉晶体的排布图之一；
图3是像素型面阵探测器中碲锌镉晶体的排布图之二；
图4是像素型面阵探测器中碲锌镉晶体的排布图之三；
图5是像素型面阵探测器中每层碲锌镉晶体层的排布图；
图6是每个碲锌镉晶体中像素的排布图；
图7是专用集成电路的电路图；
附图标记：
10：像素型面阵探测器；11：碲锌镉晶体；21：专用集成电路；22：数字电路；23：转接板；100：壳体；111：像素；211：前置放大器；212：成形放大器；213：峰值保持器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图7描述本实用新型的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统。
如图1所示，在本实用新型的实施例中，像素型面阵探测器伽马能谱测试系统包括像素型面阵探测器10。像素型面阵探测器10的入射端面设有多个碲锌镉晶体11，每个碲锌镉晶体11包括多个像素111，多个像素111呈阵列排布。
具体来说，像素型面阵探测器10的入射端面设有多个碲锌镉晶体11，而每个碲锌镉晶体11均包括多个呈阵列排布的像素111，具体地，如图6所示，每个碲锌镉晶体11内像素111的阵列可以为2x2、3x3直至16x16，像素111的数量范围为4-256。在碲锌镉晶体11尺寸相等的情况下，像素111的数量越多，像素型面阵探测器10的探测面积就越大，相邻两个像素111之间的间距越小，像素型面阵探测器10的空间分辨率就越高。在本实施例中，像素111排布的阵列均为方阵型排布，单个像素111尺寸可根据不用应用场景具体调节，每个像素111的尺寸可以为几十微米到几毫米。
进一步地，像素型面阵探测器10的入射端面上设有多个碲锌镉晶体11，每个碲锌镉晶体11均允许垂直入射至其表面的伽马射线通过，从而加大了环境中伽马射线的检测范围，使其可以广泛应用于空间探测、核医疗以及核安全检测领域。
本实用新型实施例提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，通过在像素型面阵探测器的入射端面设置多个碲锌镉晶体，扩大了环境中伽马射线的检测范围，提高了检测效率，每个碲锌镉晶体包括多个呈阵列排布的像素，通过调节像素个数，可相应提高像素型面阵探测器的检测面积和空间分辨率，提高了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的检测精度、增强了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的适用性，使其能够应用于多种领域。
可选地，如图2中(a)所示，在本实用新型的一个实施例中，碲锌镉晶体11的数量也可以为一个，其可设置于像素型面阵探测器10的入射端面的任意位置。进一步地，当碲锌镉晶体11的数量为多个时，多个碲锌镉晶体11呈阵列排布，且相邻两个碲锌镉晶体11相拼接。
具体地，如图2中(b)所示，像素型面阵探测器10入射端面上碲锌镉晶体11的数量为4个，其按照2x2的阵列进行排布。如图2中(c)所示，像素型面阵探测器10入射端面上碲锌镉晶体11的数量为9个，其按照3x3的阵列进行排布。如图2中(d)所示，像素型面阵探测器10入射端面上碲锌镉晶体11的数量为16个，其按照4x4的阵列进行排布。如图2中(e)所示，像素型面阵探测器10入射端面上碲锌镉晶体11的数量为25个，其按照5x5的阵列进行排布，当多个碲锌镉晶体11按照5x5的阵列进行排布时，若想实现无缝拼接，则单块碲锌镉晶体11的尺寸不应大于25.4x25.4mm2。当多个碲锌镉晶体11按照阵列排布，且相邻两个碲锌镉晶体11相拼接的情况下，多个碲锌镉晶体11拼接后形成一个大的碲锌镉晶体11，从而增大了检测面积，可以允许更多的伽马射线射入像素型面阵探测器10内，提高了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的检测范围，使其可以广泛应用至多种核检测环境中。
进一步地，如图3中(f)和(g)所示，在碲锌镉晶体11的数量为一个，或多个碲锌镉晶体11呈阵列排布时，其可以位于像素型面阵探测器10入射端面的任意位置，而不局限于图2中所示的位置。
可选地，如图4中(h)和(i)所示，在本实用新型的另一个实施例中，多个碲锌镉晶体11沿直线或斜线依次拼接。
具体来说，在某些应用场景中，当伽马放射源呈线性分布时，在像素型面阵探测器10的入射端面上沿直线或斜线设置碲锌镉晶体11，可便于对呈线性分布的伽马射线进行检测，提高了检测效率。
可选地，在本实用新型的另一个实施例中，像素型面阵探测器10的入射端面设有多层碲锌镉晶体层，多层碲锌镉晶体层叠设，每层碲锌镉晶体层均设有多个碲锌镉晶体11，相邻两层碲锌镉晶体层的碲锌镉晶体11错开设置。
具体地，如图5所示，假设图5中(j)为第一层碲锌镉晶体层，(k)为第二层碲锌镉晶体层，两层中的碲锌镉晶体11错开设置，经过第一层碲锌镉晶体11的伽马射线均垂直于碲锌镉晶体11，从而在第一层碲锌镉晶体11尺寸较小的情况，每个碲锌镉晶体11均相当于一个准直器，使伽马射线成为平行光，垂直入射至第二层碲锌镉晶体11上。
本实用新型实施例提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，可以实现多个碲锌镉晶体多位置任意拼接排布，提高了伽马射线的检测范围，增强了像素型面阵探测器伽马能谱测试系统的适用性。
如图1所示，在本实用新型的实施例中，像素型面阵探测器伽马能谱测试系统还包括电路单元，电路单元与像素型面阵探测器10电性连接。
具体来说，像素型面阵探测器10的两两像素111之间存在间隔，每个像素111对应一路读出电路进行电荷读出处理。当每个碲锌镉晶体11包括256个像素111时，即有256路读出电路，可满足很多高密度像素型面阵探测器10的使用需求。具体地，其工作原理为：伽马射线进入像素型面阵探测器10后会激发出电子空穴对，电子空穴对在电场作用下漂移，会在对应的像素电极上感生出感应电荷，感应电荷进入电路单元，电路单元可将感应电荷转换为与其电荷量成比例的电压信号，再将电压信号转换为数字信号。
进一步地，在本实用新型的实施例中，电路单元包括：专用集成电路21和数字电路22。专用集成电路21和数字电路22通过转接板23电性连接，专用集成电路21还与像素型面阵探测器10电性连接。
具体来说，伽马射线进入像素型面阵探测器10后会激发出电子空穴对，电子空穴对在电场作用下漂移，会在对应的像素电极上感生出感应电荷，感应电荷进入专用集成电路21，专用集成电路21可将感应电荷转换为与其电荷量成比例的电压信号，电压信号经过数字电路22后，由数字电路22转换为数字信号。
进一步地，如图7所示，在本实用新型的实施例中，专用集成电路21包括：前置放大器211、成形放大器212和峰值保持器213。前置放大器211与像素型面阵探测器10电性连接，前置放大器211用于将感应电荷转换为指数衰减信号，成形放大器212与前置放大器211电性连接，成形放大器212用于将指数衰减信号转换为高斯信号。峰值保持器213与成形放大器212电性连接，峰值保持器213用于将高斯信号的峰值输出至数字电路22。
具体来说，伽马射线进入像素型面阵探测器10后会激发出电子空穴对，电子空穴对在电场作用下漂移，会在对应的像素电极上感生出感应电荷，感应电荷通过前置放大器211后转换为指数衰减信号，再通过成形放大器212将指数衰减信号转换为高斯信号，最后通过峰值保持器213将高斯信号的峰值输出至数字电路22，由数字电路22转换为数字信号。
如图1所示，在本实用新型的实施例中，像素型面阵探测器伽马能谱测试系统还包括壳体100，像素型面阵探测器10和电路单元设置于壳体100内。
进一步地，像素型面阵探测器伽马能谱测试系统还包括上位机，上位机设置于壳体100外，上位机与电路单元连接，伽马射线进入像素型面阵探测器10后会激发出电子空穴对，电子空穴对在电场作用下漂移，会在对应的像素电极上感生出感应电荷，感应电荷通过前置放大器211后转换为指数衰减信号，再通过成形放大器212将指数衰减信号转换为高斯信号，最后通过峰值保持器213将高斯信号的峰值输出至数字电路22，由数字电路22转换为数字信号，最后输出至上位机进行显示。
本实用新型实施例提供的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，能够在较小的碲锌镉晶体面积内实现256个通道的数据读出，可以满足很多高密度像素型面阵探测器的使用需求，实现高密度拼接，同时，像素型面阵探测器伽马能谱测试系统可针对不同数量像素、不同尺寸像素的像素型面阵探测器进行统一信号读出，具有很强的兼容性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，包括像素型面阵探测器，所述像素型面阵探测器的入射端面设有多个碲锌镉晶体，每个所述碲锌镉晶体包括多个像素，多个所述像素呈阵列排布。
2.根据权利要求1所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，多个所述碲锌镉晶体呈阵列排布，且相邻两个所述碲锌镉晶体相拼接。
3.根据权利要求1所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，多个所述碲锌镉晶体沿直线或斜线依次拼接。
4.根据权利要求1所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，所述像素型面阵探测器的入射端面设有多层碲锌镉晶体层，多层所述碲锌镉晶体层叠设，每层所述碲锌镉晶体层均设有多个所述碲锌镉晶体，相邻两层所述碲锌镉晶体层的所述碲锌镉晶体错开设置。
5.根据权利要求1所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，所述像素的个数范围为4-256。
6.根据权利要求1所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，还包括电路单元，所述电路单元与所述像素型面阵探测器电性连接。
7.根据权利要求6所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，所述电路单元包括：专用集成电路和数字电路，所述专用集成电路与所述像素型面阵探测器电性连接，所述数字电路与所述专用集成电路电性连接。
8.根据权利要求7所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，所述专用集成电路包括：
前置放大器，与所述像素型面阵探测器电性连接，所述前置放大器用于将感应电荷转换为指数衰减信号；
成形放大器，与所述前置放大器电性连接，所述成形放大器用于将所述指数衰减信号转换为高斯信号；
峰值保持器，与所述成形放大器电性连接，所述峰值保持器用于将所述高斯信号的峰值输出至所述数字电路。
9.根据权利要求6所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，还包括壳体，所述像素型面阵探测器和所述电路单元设置于所述壳体内。
10.根据权利要求9所述的像素型面阵探测器伽马能谱测试系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机设置于所述壳体外，所述上位机与所述电路单元电性连接。
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