用于同时检测多个辐射的辐射探测器制造技术

技术编号:20881418 阅读:19 留言:0更新日期:2019-04-17 13:03
用于检测辐射的系统(102)包括用于接收辐射的探测器阵列(106)和集成电路(IC)(108)。每个探测器检测特定类型的辐射并产生相应的探测器输出信号。IC从每个探测器接收相应的探测器输出信号,并产生指示检测辐射的输出信号。使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列。使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现IC。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于同时检测多个辐射的辐射探测器相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月18日提交的美国临时申请号62/310,338的权益,其公开内容通过引用整体(包括任何图、表格和附图)并入本文。
本专利技术大体上涉及辐射探测器,更具体地说,涉及一种用于同时检测多个辐射的手持式辐射探测器。
技术介绍
辐射探测器用于检测多种辐射,例如阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线、X射线和中子粒子。传统的手持式辐射探测器通常部署在诸如机场、边境保护等的安全区域中。一种检测中子粒子的技术通常包括氦-3(He3+)管。由于He3+是一种罕见的氦同位素,其不能广泛可用。因此,He3+是通过氚的衰变产生的。然而,通过氚的衰变产生He3+是一个非常缓慢的过程,从而限制了其在上述应用中的使用范围。而且,He3+管不能用于检测除中子粒子之外的辐射。此外,由辐射探测器检测到的辐射需要被处理、识别并显示给用户。然而,传统的辐射探测器不包括用于将辐射探测器与智能手机或个人计算机连接的电子电路。因此,包括辐射探测器的系统还包括用于分别处理和显示检测到的辐射的处理系统和显示单元。这导致系统总成本的增加。检测辐射的替代技术包括使用诸如光电倍增管、空气电离室和盖革米勒(Geiger-Muller)计数器之类的系统。然而,上述系统导致辐射探测器的总成本、面积和重量的增加。此外,操作这些系统所需的功率非常高。构建用于辐射探测器的放大器的另一种技术是使用基于JFET和双极晶体管的电路。这种电路设计复杂并且需要高操作电压。此外,这些电路通常用于辐射探测器中以探测单个辐射(例如中子粒子),并且难以集成在单个集成电路上以检测多个辐射。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供用于检测辐射的新颖且有利的系统和方法。装置可包括用于接收辐射(其可包括多种类型的辐射)的探测器阵列以及集成电路(IC)。每个探测器检测特定类型的辐射并产生相应的探测器输出信号。IC从每个探测器接收相应的探测器输出信号,并产生指示检测辐射的输出信号。可以使用硅技术、薄膜技术或两者来实现探测器阵列。可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术、薄膜技术或两者来实现IC。附图说明当结合附图阅读时,将更好地理解本专利技术的优选实施方式的以下详细描述。本专利技术通过示例的方式进行了说明,并且本专利技术不受附图的限制,附图中的相同的附图标记表示相似的元件。图1是根据本专利技术的实施方式的辐射探测器的示意性框图;图2是根据本专利技术的实施方式的图1的辐射探测器的传感器、前置放大器和信号整形电路的电路原理图;图3是根据本专利技术的另一个实施方式的图1的辐射探测器的传感器、前置放大器和信号整形电路的电路原理图;图4是根据本专利技术的另一个实施方式的图1的辐射探测器的前置放大器的电路原理图;图5A和图5B是根据本专利技术的实施方式的图1的辐射探测器的主视图和后视图;图6是根据本专利技术另一实施方式的包括反射器的图1的辐射探测器的透视图;和图7是根据本专利技术的另一个实施方式的图1的辐射探测器的透视图。具体实施方式附图的详细描述旨在作为本专利技术的当前优选实施方式的描述,而并不旨在代表可实践本专利技术的唯一形式。应该理解,相同或等同的功能可以通过不同实施方式来实现,不同的实施方式旨在包含在本专利技术的精神和范围内。本专利技术的一个目的是提供一种用于检测辐射的辐射探测器。具有同时检测多个辐射、具有简单的设计、提供高分辨率并且克服了
技术介绍
部分中讨论的传统辐射探测器的问题的辐射探测器将是有利的。因此,本专利技术的另一个目的是提供这样的辐射探测器。本专利技术的一个实施方式提供了一种用于检测诸如阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线、X射线和中子粒子的多种辐射的辐射探测器。辐射探测器包括探测器阵列和集成电路(IC)。探测器阵列接收多个辐射并产生相应的多个探测器输出信号。IC连接到探测器阵列,用于接收探测器输出信号并产生指示检测辐射的输出信号。此外,使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列,并且使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现IC。现在参考图1,示出了根据本专利技术的实施方式的连接到控制电路104的辐射探测器102的示意性框图。辐射探测器102检测诸如阿尔法射线、贝塔射线、伽马射线、X射线和中子粒子的多个辐射。辐射探测器102包括探测器阵列106和集成电路(IC)108。在一个实施方式中,探测器阵列106使用硅技术实现,并且IC108使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现。在另一实施方式中,使用薄膜技术实现探测器阵列106和IC108。因为探测器阵列106包括多个探测器,所以辐射探测器102提供可互换的像素化探测器阵列106以检测多个辐射或多个类型的辐射。探测器阵列106包括第一至第三探测器110-114。IC108包括前置放大器阵列116、信号整形电路阵列118和处理单元120。前置放大器阵列116包括第一至第三前置放大器116a-116c。信号整形电路阵列118包括第一至第三信号整形电路118a-118c。在一个实施方式中,当辐射探测器102被配置为检测单一类型的辐射时,处理单元120包括“或”(OR)逻辑门。“或”(OR)逻辑门可以包括“或非”(NOR)逻辑门。在另一实施方式中,当辐射探测器102被配置为检测多个辐射或多个类型的辐射时,处理单元120包括微控制器或数字信号处理器。探测器阵列106接收多个辐射或多个类型的辐射,包括第一至第三辐射或类型辐射。第一至第三探测器110-114分别检测第一至第三(类型)辐射。在一个实施方式中,第一(类型)辐射是中子辐射,第二(类型)辐射是伽马射线或X射线,第三(类型)辐射是阿尔法射线或贝塔射线之一。检测中子辐射的第一探测器110包括第一转换层122和第一传感器124。第一转换层122包括中子敏感材料的纳米颗粒,诸如碳化物、氧化物、氮化物和金属形式的硼(10B)和钆(157Gd)。第一转换层122接收多个辐射并产生相应的电离辐射。电离辐射(下文中称为“第一转换输出信号VCON1”)包括贝塔粒子、伽马射线和阿尔法粒子中的至少一种。第一传感器124是电荷传感器,并且包括PN二极管或PIN二极管。当第一探测器110接收到多个辐射时,第一转换层122产生对应于第一辐射的第一转换输出信号VCON1。连接到第一转换层122的第一传感器124接收第一转换输出信号VCON1并产生第一探测器信号VDET1。检测伽马射线或X射线中的至少一个的第二探测器112包括第二转换层126和第二传感器128。第二转换层126是伽马闪烁计数器(scintillator)或X射线闪烁计数器。第二转换层126包括掺杂有铊的碘化钠NaI(TI)、掺杂有铊的碘化铯CsI(TI)、钠活化的碘化铯CsI(Na)或蒽。第二传感器128是电荷传感器并且包括PN二极管或PIN二极管。当第二探测器112接收到多个辐射时,第二转换层126产生对应于第二辐射的第二转换输出信号VCON2。连接到第二转换层126的第二传感器128接收第二转换输出信号VCON2并产生第二探测器信号VDET2。第三探测器114包括是光子敏感传感器的第三传感器130。第三传感器130包括光电传感器或光电导体。当第三探测器114接收到多个辐射时,第三传感器130产生对应于第三辐射的第三探测器信号本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种用于同时检测多个辐射的系统,包括:探测器阵列,用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号,其中探测器阵列的探测器产生多个探测器信号的探测器信号,所述探测器包括:至少一个转换层,用于接收多个辐射并产生与多个辐射中的辐射对应的转换输出信号,和传感器,其连接到至少一个转换层,用于接收转换输出信号并产生探测器信号;和集成电路,其连接到探测器阵列,用于接收多个探测器信号并产生指示检测辐射的多个输出信号,所述集成电路包括:前置放大器阵列,其用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号,其中前置放大器阵列的前置放大器连接到探测器,用于接收探测器信号并产生多个放大的探测器信号中的放大的探测器信号;和信号整形电路阵列,其连接到相应的前置放大器阵列,用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个输出信号,其中信号整形电路阵列的信号整形电路连接到前置放大器,用于接收放大的探测器信号并产生多个输出信号中的输出信号,并且其中使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列,并且使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现集成电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 US 62/310,3381.一种用于同时检测多个辐射的系统,包括:探测器阵列,用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号,其中探测器阵列的探测器产生多个探测器信号的探测器信号,所述探测器包括:至少一个转换层,用于接收多个辐射并产生与多个辐射中的辐射对应的转换输出信号,和传感器,其连接到至少一个转换层,用于接收转换输出信号并产生探测器信号;和集成电路,其连接到探测器阵列,用于接收多个探测器信号并产生指示检测辐射的多个输出信号,所述集成电路包括:前置放大器阵列,其用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号,其中前置放大器阵列的前置放大器连接到探测器,用于接收探测器信号并产生多个放大的探测器信号中的放大的探测器信号;和信号整形电路阵列,其连接到相应的前置放大器阵列,用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个输出信号,其中信号整形电路阵列的信号整形电路连接到前置放大器,用于接收放大的探测器信号并产生多个输出信号中的输出信号,并且其中使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列,并且使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现集成电路。2.根据权利要求1所述的系统,还包括反射器,用于将多个辐射反射到探测器阵列。3.根据权利要求1所述的系统,其中传感器是电荷传感器,并且其中传感器包括PN二极管和PIN二极管中的至少一个。4.根据权利要求1所述的系统,还包括处理单元,其连接到信号整形电路阵列,用于接收多个输出信号并产生处理后的输出信号。5.根据权利要求1所述的系统,其中前置放大器包括:第一晶体管,其具有连接到正电源电压的源极和连接到探测器用于接收探测器信号的栅极;第二晶体管,其具有连接到探测器以接收探测器信号的栅极、连接到第一晶体管的漏极用于产生放大的探测器信号的漏极和连接到负电源电压的源极;和第三晶体管,其具有连接到第一晶体管栅极的漏极、用于接收参考电压信号的栅极和连接到第一晶体管漏极的源极。6.根据权利要求5所述的系统,其中信号整形电路包括:第一逻辑门,用于接收输出信号,并连接到第一晶体管的漏极,用于接收放大的探测器信号并产生中间信号;和第二逻辑门,用于接收中间信号的延迟版本并产生输出信号。7.根据权利要求1所述的系统,其中传感器和前置放大器阵列使用薄膜技术制造,并且其中传感器包括电荷传感器。8.根据权利要求7所述的系统,其中信号整形电路包括:薄膜晶体管,其具有连接到前置放大器用于接收放大的探测器信号的栅极、用于产生中间信号的漏极和接地的源极;和薄膜反相器,用于接收中间信号的延迟版本,并产生输出信号。9.一种用于检测多个辐射的系统,包括:探测器阵列,其用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号,其中,探测器阵列的第一探测器包括:至少一个转换层,用于接收多个辐射并产生对应于多个辐射的第一辐射的转换输出信号,以及第一传感器,其连接至至少一个转换层,用于接收转换输出信号并产生对应于第一辐射的多个探测器信号的第一探测器信号,并且其中多个探测器中的第二探测器包括第二传感...

【专利技术属性】
技术研发人员:曼纽尔·克韦多洛佩斯杰西·I·梅吉亚·席尔瓦巴本德拉·K·普拉丹布鲁斯·E·格内德
申请(专利权)人:德克萨斯系统大学评议会纳米控股有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1