一种具有与透镜组配合的出射面的硅酸钇镥闪烁晶体辐射探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有与透镜组配合的特殊出光面的闪烁晶体辐射探测器，构建了相匹配的广角度和大景深透镜组，增加了光传感器对闪烁光的收集效率并提高了能量分辨率，其具体的参数设计考虑了与闪烁晶体本身的出射波段的匹配，能够增加对闪烁光进行聚焦收集后入射光传感器，提高了能量分辨率，并且相应设计了与透镜组相配合的闪烁晶体的出光面形状，进一步提高了测量效率和测量精度，尤其是在研制高性能探测器时能够进一步提高探测性能。

A yttrium lutetium silicate scintillation crystal radiation detector with output surface matching with lens group

【技术实现步骤摘要】
一种具有与透镜组配合的出射面的硅酸钇镥闪烁晶体辐射探测器
本专利技术涉及核辐射或X射线辐射的测量，尤其涉及X射线辐射、γ射线辐射、微粒子辐射或宇宙线辐射的测量，具体来说是辐射强度测量中闪烁体是晶体的闪烁探测器。
技术介绍
辐射测量已在许多领域发挥着重要的作用，如核电站热电厂辐射测量，对测量地点的辐射剂量进行连续测量；工业和民用建筑，建筑装修，建筑材料生产制造，对各种建筑材料的放射性测量;地质勘探，地质找矿与矿山辐射测量;用于射线安检通道门，能够为海关、机场、边境检查、重要会议场所的安全检查提供帮助;医疗中使用的辐射测量和辐射治疗（CT，PET，射线刀等）均需要通过测量辐射强度用于诊断和治疗，辐射测量已经广泛应用于放射性监测、工业无损探伤、医院的治疗和诊断、同位素应用、废料回收等放射性场所，辐射测量一方面监测辐射防止辐射产生危害，另一方面起到诊断和治疗的监测和计算作用。辐射探测是辐射测量最基础的研究领域，辐射探测器的基本原理是，利用辐射在气体或者液体或者固体中引起的电离激发效应或者其它物理或化学变化进行辐射探测，探测器的公知类型包括气体探测器，闪烁探测器和半导体探测器，气体探测器结构复杂而半导体探测器的探测效率不够理想，闪烁探测器是目前最常用的探测器，闪烁探测器严格意义上分为液体闪烁探测器和固体闪烁探测器，液体闪烁探测器相比与固体闪烁探测器的便携性要差很多，基本用于实验室研究，利用闪烁晶体测量辐射的固体探测器是本领域研究最多的探测器类型。传统的闪烁晶体辐射测量装置比较典型的结构如图1所示，使用闪烁晶体作为探测晶体，面向发射源的面和四周设置反射层，剩下一面为激发光出射面，该面通过光耦合结构与光传感器(典型的例如光电倍增管)相连接，光传感器光电倍增管分别与高压分压器、以及前置放大器相连；输入高压通过高压分压器加载在光电倍增管，输出信号依次经过前置放大器、线性放大器和多道分析器的处理形成最终的输出信号。这种使用闪烁晶体的探测器因为便于使用并且结构简单成为应用最广的探测器，也已经被本领域技术人员研究得较为透彻。目前，如何进一步提高探测器的能量分辨率和时间分辨率是研制高性能探测器的技术瓶颈。为了进一步提高探测器性能，本申请人的技术团队另辟蹊径创造性提出了外部光导的思路，传统的技术思路通常不会针对晶体的闪烁光出射面和光传感器之间光路进行针对性研究，通常集中在如何避免射线对于光传感器的损伤需要改变光路或者在使用光纤连接时为了光能够集中到光纤传输进而才设置相应的透镜进行光引导和聚焦，以及在需要成像时才设置相应的透镜单元，然而申请人团队在实验中发现，在如图1所示的不需要成像的计数型辐射探测器中，经过特别设计的透镜组后可以明显提高光电倍增管的探测效率，降低噪音。众所周知，多组透镜组合的透镜组的设计非常复杂，技术偏见在于，通常本领域技术人员认为在有限的空间内设计提高探测器本身相应效率的透镜组是得不偿失的，即使在少数现有技术中提高设置透镜组也仅仅停留在简单描述上，并未给出任何可实施的透镜组设计参数，申请人团队得益于核心技术团队设计的高通量线性实验方法，能够在大量无规律的实验数据中找到突破常规效果的几组可适用于探测器系统的透镜组设计方案（拟在研究成果上进行多组专利布局）并在此基础上构成了探测系统，本案是基于其中一种设计方案的探测系统，其它方案另案提出申请。在使用透镜组提高探测器探测效率的基础上，本申请人的技术团队进一步研究发现了现有技术中的技术思路死角，现有技术通常使用外部的反射膜和增透膜提高闪烁光的出射效率和出射时间，然而实际上忽视了闪烁晶体本身也是重要的光导组件的一部分，尤其是在本申请人团队提出了最新的透镜组引导闪烁光的方案后，闪烁晶体本身对于光出射效率的影响也成为了可以考虑的重要因素，本申请人的技术团队通过进一步突破性设计，提出了闪烁体出射面形状与透镜组的匹配关系，能够进一步提高探测器的能量分辨率和时间分辨率。需要说明的是，本申请人技术团队经过三年多对该领域的研究，得出了多项技术成果，为了避免在先申请可能成为在后申请的现有技术或者抵触申请，特意将技术成果同日提出申请进行不同技术之间组合形成专利布局，相应的
技术介绍
中提到的现有技术并不一定是已经对公众公开的技术，有些是申请人技术团队研究对应技术时未公开的内部的在先技术，因此
技术介绍
中提到的技术或者声称的现有技术均无法作为相关技术已经被公众获悉的证据，更不能成为公知常识的证据。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题和瓶颈，本专利技术提供了一种具有与透镜组配合的特殊出光面的闪烁晶体辐射探测器，主要目的是提供一种在研制高性能辐射探测器时可以进一步提升光收集率的结构，以提升探测效率和精度。为实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现：一种具有与透镜组配合的特殊出光面的闪烁晶体辐射探测器，包括闪烁晶体，光传感器，前置放大电路和多道分析仪，闪烁晶体表面设置有反光层和增透层，反光层设置在除了闪烁光出射面以外的表面，增透层设置在闪烁光出射面，所述闪烁晶体为硅酸钇镥晶体，闪烁晶体和光传感器设置在封装壳体中，壳体外设置有多道分析仪，其特征在于：所述闪烁光出射面与所述光传感器之间设有与硅酸钇镥晶体闪烁光的波段相匹配的透镜组，所述闪烁光出射面具有与硅酸钇镥晶体闪烁光波段相匹配的非球面凸起结构；进一步地，所述闪烁晶体除了闪烁光出射面外的主体为圆柱体结构，圆柱体的轴线与透镜组的光轴以及光传感器的光接受面的中心轴线重合，所述透镜组沿着闪烁光出射方向依次包括第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜和第六透镜，各透镜的两侧表面均为非球面，并满足以下非球面方程：y＝(x2/R)/（1+（1－(k+1)(x2/R2)）1/2+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16，其中，R是中心轴上的曲率半径（绝对值的长度单位为mm），k是圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16是非球面系数，取值如下：透镜面RkA4A6A8A10A12A14A161-R6.85-9.21E+007.02E-03-1.19E-021.05E-02-5.51E-031.70E-03-2.68E-041.50E-051-L76.460.00E+00-5.05E+03-1.77E-031.22E-03-7.15E+022.33E-04-3.94E-052.31E-062-R11.930.00E+00-8.83E-03-4.27E-034.70E-047.41E-04-4.42E-049.51E-05-7.07E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有与透镜组配合的特殊出光面的闪烁晶体辐射探测器，包括闪烁晶体，光传感器，前置放大电路和多道分析仪，闪烁晶体表面设置有反光层和增透层，反光层设置在除了闪烁光出射面以外的表面，增透层设置在闪烁光出射面，所述闪烁晶体为硅酸钇镥晶体，闪烁晶体和光传感器设置在封装壳体中，壳体外设置有多道分析仪，其特征在于：所述闪烁光出射面与所述光传感器之间设有与硅酸钇镥晶体闪烁光的波段相匹配的透镜组，所述闪烁光出射面具有与硅酸钇镥晶体闪烁光波段相匹配的非球面凸起结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有与透镜组配合的特殊出光面的闪烁晶体辐射探测器，包括闪烁晶体，光传感器，前置放大电路和多道分析仪，闪烁晶体表面设置有反光层和增透层，反光层设置在除了闪烁光出射面以外的表面，增透层设置在闪烁光出射面，所述闪烁晶体为硅酸钇镥晶体，闪烁晶体和光传感器设置在封装壳体中，壳体外设置有多道分析仪，其特征在于：所述闪烁光出射面与所述光传感器之间设有与硅酸钇镥晶体闪烁光的波段相匹配的透镜组，所述闪烁光出射面具有与硅酸钇镥晶体闪烁光波段相匹配的非球面凸起结构。


2.如权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于：
所述闪烁晶体除了闪烁光出射面外的主体为圆柱体结构，圆柱体的轴线与透镜组的光轴以及光传感器的光接受面的中心轴线重合，所述闪烁晶体除了闪烁光出射面外的主体为圆柱体结构，圆柱体的轴线与透镜组的光轴以及光传感器的光接受面的中心轴线重合，所述透镜组沿着闪烁光出射方向依次包括第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜和第六透镜，各透镜的两侧表面均为非球面，并满足以下非球面方程：
y＝(x2/R)/（1+（1－(k+1)(x2/R2)）1/2+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16，
其中，R是中心轴上的曲率半径（绝对值的长度单位为mm），k是圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16是非球面系数，
取值如下：
















透镜面
R
k
A4
A6
A8
A10
A12
A14
A16


1-R
6.85
-9.21E+00
7.02E-03
-1.19E-02
1.05E-02
-5.51E-03
1.70E-03
-2.68E-04
1.50E-05


1-L
76.46
0.00E+00
-5.05E+03
-1.77E-03
1.22E-03
-7.15E+02
2.33E-04
-3.94E-05
2.31E-06


2-R
11.93
0.00E+00
-8.83E-03
-4.27E-03
4.70E-04
7.41E-04
-4.42E-04
9.51E-05
-7.07E-06


2-L
6.58
-1.10E+01
4.39E-03
-7.95E-03
3.25E-03
-7.89E-04
1.20E-04
-1.03E-05
3.41E-07


3-R
20.79
0.00E+00
3.40E-03
-1.31E-03
-1.10E+02
1.29E-04
-4.38E-05
5.72E-06
-2.23E-07


3-L
8.21
0.00E+00
-1.59E-02
1.85E-03
-1.46E-04
-1.15E+01
-3.15E-06
7.56E-07
-2.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：左慈斌，
申请(专利权)人：左慈斌，
类型：发明
国别省市：安徽;34