CN219737788U - 一维闪烁晶体线列预制件及一维碘化铯闪烁探测器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于辐射探测技术领域，具体涉及一维闪烁晶体线列预制件及一维碘化铯闪烁探测器件。一维闪烁晶体线列预制件包括闪烁晶体、原位成型反光隔板和预制反光盖板，闪烁晶体上开设多个沟槽，沟槽均从闪烁晶体的上表面向下延伸并且不贯穿闪烁晶体的下表面；原位成型反光隔板由分散有反光微粒的可固化材料浇筑在沟槽中原位固化成型得到；预制反光盖板盖设于闪烁晶体的上表面。该一维闪烁晶体线列预制件所需原材料简单，结构紧凑，且易于制造，通过合理的结构设计避免在制造时进行大量研磨、抛光作业，减少原材料损耗，提高产品的整体结构强度和综合性能。此外还提供了可检测X射线的一维碘化铯闪烁探测器件，可用于行李和集装箱安检。

Description

一维闪烁晶体线列预制件及一维碘化铯闪烁探测器件

技术领域

本实用新型属于辐射探测技术领域，具体涉及一维闪烁晶体线列预制件及一维碘化铯闪烁探测器件。

背景技术

安全检测是确保国家安全与社会稳定所必备的技术保证，随着国家反恐怖法的实施，对机场、海关、车站、港口和其它人流密集的公共场所的人员和行李包裹进行安全检查将逐步常态化。安全检测就是检查隐藏在车辆、人体或行李箱包中的违禁物品。安全检测的要求是快速、准确和非破坏性。在过去的近半个世纪的时间里，人们开发出了许多种安检设备，但就其探测原理而言，基本上可分为两类：一是以X射线为探测手段的检测设备，二是以核辐射技术为基础的安检设备。其中，X射线检测具有结构简单、控制灵活、使用方便等优点而成为应用最广泛的安检设备。但无论是前者还是后者，其系统内部的核心部分都是由一种或多种无机闪烁材料制作的晶体阵列所组成。

目前在安检领域应用的无机闪烁晶体有钨酸镉晶体、硫氧化钆陶瓷和碘化铯晶体，钨酸镉是最为常用的闪烁材料，其优点是密度高，对X射线的吸收系数大，辐射长度短，余辉小等，但因光衰减速度较慢（3微秒）、价格昂贵和富含重金属元素镉而受到越来越多的限制；硫氧化钆也具有高光输出、高密度和低余辉的优点，但透明度低，对于高能探测所要求的厚度则难以获得高的空间分辨率。低余辉掺铊碘化铯闪烁晶体不仅具有发光效率高、余辉时间短和发射波长与硅光二极管匹配效果好，以及制作成本较低等一系列优点而成为辐射探测成像技术的首选材料，被广泛应用于多层面X射线CT、安全检查和工业在线检测等各种辐射探测器当中。

为了提高辐射成像的分辨率，闪烁晶体须制成尺寸微小的像素，沿直线方向一个接一个地排列成一维或者两维阵列，这些阵列的每一个像素在获得激发能量后能够把闪烁光传递到光探测器上，因而是决定成像分辨率优劣的关键器件。1999年，法国圣戈班工业陶瓷公司提出了X射线和伽马射线探测用一维和二维闪烁晶体阵列的设计思路（David J.Krus, et al., Hard X-Ray Gamma-Ray and Neutron Detector Physics, SPIEVol.3768, 1999），认为不同的闪烁材料因密度、发光波长和发光效率的不同，在用作一维闪烁阵列时所加工的像素尺寸和形状也各不相同，总的原则是像素越小，图像的分辨率越高。但对于如何制作闪烁晶体阵列以及如何设计易于实际制造的闪烁晶体阵列结构则没有详细说明。

中国专利CN107390256A公开了一种制备碘化铯二维阵列的封装技术，其中涉及的碘化铯二维阵列采用独立晶体片与独立反射片交替叠合的结构设计，因此在制造时需要对每一晶片和反射层进行严格的切割、研磨、抛光等制作工序，不仅尺寸误差大而且材料消耗量也大。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一维碘化铯闪烁探测器件。

本实用新型的第一目的在于提供一种结构简易、易于工业化制造的一维闪烁晶体线列预制件，其经过简单切割组装能够方便地得到可直接与光电器件耦合的闪烁晶体线列。本实用新型的第二目的是要在一维闪烁晶体线列预制件的基础上，根据安全检测和集装箱安检设备的需要，以低余辉碘化铯晶体为核心探测材料，提供一种性能稳定、图像分辨率高、易于工业化制造的一维碘化铯闪烁探测器件。

本实用新型的第一方面在于提供一种一维闪烁晶体线列预制件，包括：

闪烁晶体，闪烁晶体呈平板状，在闪烁晶体上开设有竖向剖切的多个沟槽，沟槽相互平行且等间距排列形成沟槽阵列，从而在相邻沟槽之间形成像素单元，每一沟槽均从闪烁晶体的上表面向下延伸并且不贯穿闪烁晶体的下表面；

原位成型反光隔板，原位成型反光隔板嵌设在沟槽内，原位成型反光隔板由分散有反光微粒的可固化材料浇筑在沟槽中原位固化成型得到；

预制反光盖板，预制反光盖板盖设于闪烁晶体的上表面，预制反光盖板内分散有反光微粒。

进一步地，上述的一维闪烁晶体线列预制件中，沟槽的宽度为0.2~0.3mm，原位成型反光隔板中，可固化材料与反光微粒的质量比为4:6~5:5，可固化材料为环氧树脂，反光微粒为颗粒度≤0.3微米的钛白粉或氧化镁粉。该沟槽宽度较小，可采用划片机简单加工得到，对闪烁晶体材料的损耗较少，并且沟槽内壁不需要经过繁复的研磨抛光等工序，沟槽内壁可以直接作为制造原位成型反光隔板的模板。环氧树脂与反光微粒的混合物在沟槽内原位固化后与闪烁晶体结合牢固，并且彼此之间没有间隙，达到良好的反光效果。经过实验验证，按照上述组分配比制得的厚度为0.2~0.3mm的原位成型反光隔板，对550~560nm闪烁光的反射率≥98%，高反射率的原位成型反光隔板可以将激发产生的闪烁光集中引导至未安装反光隔板的出光侧，同时也可以有效防止闪烁光在相邻像素之间发生串扰。

进一步地，上述的一维闪烁晶体线列预制件中，预制反光盖板的厚度为0.2~0.3mm，预制反光盖板由环氧树脂与反光微粒按质量比4:6~5:5的混合物固化成型得到，反光微粒为颗粒度≤0.3微米的钛白粉或氧化镁粉。预制反光盖板与原位成型反光隔板的不同之处主要是其预先制成薄片状裁切成合适的尺寸后粘贴在闪烁晶体表面，其组成、厚度与原位成型反光隔板相同或相近，因此具有接近的反光性能。

进一步地，上述的一维闪烁晶体线列预制件中，沟槽底部截面优选为U形，由划片机划刻形成。沟槽的数量根据所需像素的数量决定，相邻沟槽之间的间距根据所需像素的大小决定。较优选地，每个一维闪烁晶体线列预制件中具有16、32、64、128或256个像素单元，以利于数字化集成。较优选地，每一像素单元均呈长条状，尺寸为1~2mm×2~3mm×20~40mm。

本实用新型的第二方面在于提供一种一维碘化铯闪烁探测器件，该探测器件是将上述的一维闪烁晶体线列预制件进行简单切割后与光电转换器件耦合得到的。具体地，切割上述的一维闪烁晶体线列预制件的底面和两个侧面，暴露出一个底切面和两个侧切面，其中，底切面与原位成型反光隔板底部相交，侧切面垂直于沟槽底部的延伸方向；在切割暴露出的三个面中的其中两个面上覆盖预制反光盖板，剩余的一面为出光面，将其与光电转换器件耦合，得到一维碘化铯闪烁探测器件。当闪烁晶体受到辐射后可产生激发光，由于像素单元的多个表面具有反光层，因此激发光主要从未覆盖反光层的出光面射出，激发光电转换器件产生电信号，从而达到辐射探测的目的。

进一步地，上述的一维碘化铯闪烁探测器件中，光电转换器件为硅光二极管，每一像素单元对应一硅光二极管，各硅光二极管集成在一电路板上。

进一步地，上述的一维碘化铯闪烁探测器件中，闪烁晶体（1）的成分为(Cs_1-xTl_x)I，其中 0＜x≤0.005。该闪烁晶体为余辉掺铊碘化铯晶体，余辉强度<0.2%@100ms，在接收到X射线之后能够发射出550~560nm的激发光。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的一维闪烁晶体线列预制件，其原材料简单，结构紧凑，且易于制造，通过合理的结构设计避免在制造时进行大量研磨、抛光作业，减少原材料损耗，提高产品的整体结构强度和综合性能。在此基础上，根据行李安检和集装箱安检设备的需要，经过简单切割和组装得到一种可以检测X射线的一维碘化铯闪烁探测器件，选用低余辉掺铊碘化铯晶体，配合上述高反射性能的反光层，使得探测器件具有良好的稳定性和较高的图像分辨率。

附图说明

图1为一维闪烁晶体线列预制件的结构示意图。

图2为一维闪烁晶体线列预制件的爆炸示意图。

图3为底切面的切割示意图。

图4为侧切面的切割示意图。

图5为一维碘化铯闪烁探测器件的爆炸示意图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本实用新型，旨在更清楚地说明本实用新型的技术方案，而不应理解为是一种限制。

除非另有定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应理解为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“ 第一”、“ 第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“ 包括”或者“ 包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“ 连接”或者“ 相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“ 下”、“ 左”、“ 右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1和图2所示的一维闪烁晶体线列预制件，包括闪烁晶体1、原位成型反光隔板2和预制反光盖板3。

闪烁晶体1呈平板状，在闪烁晶体1上开设有竖向剖切的多个沟槽11，沟槽11相互平行且等间距排列形成沟槽阵列，从而在相邻沟槽11之间形成像素单元，每一沟槽11均从闪烁晶体1的上表面向下延伸并且不贯穿闪烁晶体1的下表面。具体地，从掺铊碘化铯闪烁晶体毛坯中切割出52mm×52mm×36mm的方块，以脉冲X射线为激发源在余辉测试仪上进行余辉性能测试，确保晶块的余辉强度<0.2%@100ms。使用内圆切割机对掺铊碘化铯晶块进行切片，得到的晶片的尺寸为52mm×36mm×4mm。将切割出的晶片平放于划片机上，在晶片上表面刻划出长度为52mm、间距为1.275mm、宽度为0.3mm、深度为3mm的沟槽11。

原位成型反光隔板2嵌设在沟槽11内，原位成型反光隔板2由分散有反光微粒的可固化材料浇筑在沟槽11中原位固化成型得到。具体地，以钛白粉或氧化镁粉为反光材料，以环氧树脂为介质，按照环氧树脂:钛白粉或氧化镁粉=4:6的比例称重，在容器中混合均匀并排除气泡，制备成流体反射介质。将该流体反射介质浇注在沟槽11，铲平后固化得到原位成型反光隔板2。

预制反光盖板3盖设于闪烁晶体1的上表面，预制反光盖板3内分散有反光微粒。具体地，以钛白粉或氧化镁粉为反光材料，以环氧树脂为介质，按照环氧树脂:钛白粉或氧化镁粉=4:6的比例称重，在容器中混合均匀并排除其中的气泡，制备成流体反射介质。该介质经过压片、成形和固化后，制备成厚度为0.3mm的预制反光盖板3。将预制反光盖板3裁剪成52mm×36mm的片材，粘贴在闪烁晶体1的上表面，得到一维闪烁晶体线列预制件。

上述过程中使用的钛白粉或氧化镁粉的颗粒度≤0.3微米，单个一维闪烁晶体线列预制件中具有16个像素单元。

进一步地，在上述一维闪烁晶体线列预制件的基础上制造可检测X射线的一维碘化铯闪烁探测器件。切割上述一维闪烁晶体线列预制件的底面和两个侧面，暴露出一个底切面和两个侧切面。其中，底切面按照如图3所示的方向进行切割，底切面与原位成型反光隔板2底部相交，从而切割后报暴露出原位成型反光隔板2。侧切面按照如图4所示的垂直于沟槽11底部的延伸方向进行切割，两个侧切面之间的距离根据所需的像素单元的长度确定。在切割暴露出的三个面中的其中两个面上覆盖预制反光盖板3，剩余的一面与光电转换器件4耦合，得到如图5所示的一维碘化铯闪烁探测器件。其中，光电转换器件4为硅光二极管，每一像素单元对应一硅光二极管，各硅光二极管集成在一电路板上。当闪烁晶体1受到辐射后产生激发光，激发光由于受到反光层的作用于出光面射出，激发光电转换器件4将激发光转化为电信号，从而实现对辐射的探测。

以上实施方式是示例性的，其目的是说明本实用新型的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一维闪烁晶体线列预制件，其特征在于，包括：

闪烁晶体（1），所述闪烁晶体（1）呈平板状，在所述闪烁晶体（1）上开设有竖向剖切的多个沟槽（11），所述沟槽（11）相互平行且等间距排列形成沟槽阵列，从而在相邻沟槽（11）之间形成像素单元，每一沟槽（11）均从所述闪烁晶体（1）的上表面向下延伸并且不贯穿闪烁晶体（1）的下表面；

原位成型反光隔板（2），所述原位成型反光隔板（2）嵌设在所述沟槽（11）内，所述原位成型反光隔板（2）由分散有反光微粒的可固化材料浇筑在所述沟槽（11）中原位固化成型得到；

预制反光盖板（3），所述预制反光盖板（3）盖设于所述闪烁晶体（1）的上表面，所述预制反光盖板（3）内分散有反光微粒。

2.根据权利要求1所述的一维闪烁晶体线列预制件，其特征在于：所述沟槽（11）底部截面呈U形，由划片机划刻形成。

3.根据权利要求1所述的一维闪烁晶体线列预制件，其特征在于：单个一维闪烁晶体线列预制件中具有16、32、64、128或256个像素单元。

4.根据权利要求3所述的一维闪烁晶体线列预制件，其特征在于：每一像素单元均呈长条状，尺寸为1~2mm×2~3mm×20~40mm。

5.一维碘化铯闪烁探测器件，其特征在于：切割权利要求1至4任一项所述的一维闪烁晶体线列预制件的底面和两个侧面，暴露出一个底切面和两个侧切面，其中，底切面与所述原位成型反光隔板（2）底部相交，侧切面垂直于沟槽（11）底部的延伸方向；在切割暴露出的三个面中的其中两个面上覆盖预制反光盖板（3），剩余的一面与光电转换器件（4）耦合，得到所述的一维碘化铯闪烁探测器件；所述闪烁晶体（1）受到辐射后产生激发光，所述光电转换器件（4）将激发光转化为电信号。

6.根据权利要求5所述的一维碘化铯闪烁探测器件，其特征在于：所述光电转换器件（4）为硅光二极管，每一像素单元对应一硅光二极管，各硅光二极管集成在一电路板上。

7.根据权利要求5所述的一维碘化铯闪烁探测器件，其特征在于：所述闪烁晶体（1）的成分为(Cs_1-xTl_x)I，其中 0＜x≤0.005。