辐射探测探头及其制备方法、辐射探测芯片技术

本发明专利技术涉及一种辐射探测探头及其制备方法、辐射探测芯片，剂量率小于等于剂量限定值时，通过脉冲模式电路获取辐射探测探头的探测信号，其输出脉冲数与探测信号对应的X/γ光子数相同，通过外部处理器计算得到探测结果；而当剂量率大于剂量限定值，会超过脉冲模式电路计数率上限，此时采用电流模式电路，将测量到的电流转换为电压，通过外部处理器计算探测结果。基于此，在实现辐射探测设备的芯片化的同时，通过脉冲读出模式和电流读出模式协同工作，实现辐射探测芯片对X/γ辐射的宽量程探测。

Radiation detection probe and its preparation method, radiation detection chip

【技术实现步骤摘要】
辐射探测探头及其制备方法、辐射探测芯片
本专利技术涉及辐射探测
，特别是涉及一种辐射探测探头及其制备方法、辐射探测芯片。
技术介绍
辐射探测是一种通过辐射探测器观察特定对象的微观现象的技术手段。其中，辐射探测器是辐射探测的核心设备，其主要是利用粒子与物质的相互作用的原理，将核辐射和粒子的微观现象表征为可观察的宏观现象。传统的辐射探测器主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。目前，随着核物理、实验物理等各领域的发展，对辐射探测器的性能需求也有了越来越高的要求。传统的辐射探测器由于辐射探测探头的技术限制，体积和重量较大，难以满足各领域的应用要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的辐射探测器由于辐射探测探头的技术限制，体积和重量较大，难以满足各领域的应用要求的缺陷，提供一种辐射探测探头及其制备方法、辐射探测芯片。一种辐射探测探头的制备方法，包括步骤：对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真；获取各碲锌镉晶体的辐射响应特性；根据辐射响应特性选取特定碲锌镉晶体；其中，特定碲锌镉晶体的辐射响应特性对应的性能指标最优；为特定碲锌镉晶体配置第一电极和第二电极，以构成辐射探测探头。上述的辐射探测探头的制备方法，综合各碲锌镉晶体的辐射响应特性确定碲锌镉晶体的三维尺寸，即选用辐射响应特性对应的性能指标最优的碲锌镉晶体作为特定碲锌镉晶体，使其在低偏置电压下实现较好的射线测量性能。基于此，有利于碲锌镉晶体的性能和工艺的最佳平衡，便于控制碲锌镉晶体的体积。在其中一个实施例中，对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真的过程，包括步骤：对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行蒙特卡洛模拟仿真。在其中一个实施例中，特定碲锌镉晶体的三维尺寸为10×10×1mm3。一种辐射探测探头，包括第一电极、第二电极以及根据上述任一实施例的辐射探测探头的制备方法制备的碲锌镉晶体；其中，第一电极设置在碲锌镉晶体一侧，并用于接入偏压；第二电极设置在碲锌镉晶体一侧，并用于接地。上述的辐射探测探头，通过辐射探测探头的制备方法制备的碲锌镉晶体，配合第一电极和第二电极，所构成的辐射探测头的体积与性能达到平衡，有利于控制辐射探测探头的体积，便于各领域中辐射探测探头的应用。在其中一个实施例中，第一电极与第二电极均为金属电极。在其中一个实施例中，包括一个或多个平面结构或栅型结构的碲锌镉晶体。一种辐射探测芯片，包括芯片外壳，以及设置在芯片外壳内的脉冲模式电路、电流模式电路和如上述任一实施例的辐射探测探头；其中，所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；其中，所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号，所述电流测量单元的输出端用于通过所述电流转换单元连接外部处理器。上述的辐射探测芯片，剂量率小于等于剂量限定值时，通过脉冲模式电路获取辐射探测探头的探测信号，其输出脉冲数与探测信号对应的X/γ光子数相同，外部处理器计算得到探测结果；而当剂量率大于剂量限定值，会超过脉冲模式电路计数率上限，此时采用电流模式电路，将测量到的电流转换为电压，通过外部处理器计算探测结果。基于此，在实现辐射探测设备的芯片化的同时，通过脉冲读出模式和电流读出模式协同工作，实现辐射探测芯片对X/γ辐射的宽量程探测。在其中一个实施例中，所述脉冲模式电路还包括幅度甄别单元和单稳态触发单元；所述前置放大单元的输出端用于依次通过所述次级主放大单元、幅度甄别单元和单稳态触发单元连接外部处理器。在其中一个实施例中，还包括设置在芯片外壳内的内置处理器；所述前置放大单元的输出端通过所述次级主放大单元连接所述内置处理器；所述电流测量单元的输出端通过所述电流转换单元连接内置处理器。在其中一个实施例中，前置放大单元包括电荷灵敏放大器，次级主放大单元包括成形滤波电路。在其中一个实施例中，幅度甄别单元包括甄别器或第一模数转换电路，单稳态触发单元包括单稳态触发电路。在其中一个实施例中，电流测量单元包括跨阻放大器或电流采样电路；电流转换单元可选用第二模数转换电路。在其中一个实施例中，还包括升压模块；其中，升压模块用于接入芯片级电压，并对芯片级电压作升压处理，将升压后的芯片级电压为辐射探测探头提供偏压。在其中一个实施例中，芯片外壳包括电磁屏蔽盒。附图说明图1为一实施方式的辐射探测探头的制备方法流程图；图2为一实施方式的辐射探测探头结构示意图；图3为一实施方式的辐射探测芯片电路模块结构示意图；图4为一实施方式的脉冲模式电路图；图5为一实施方式的前置放大单元设计电路图；图6为一实施方式的次级主放大单元设计电路图；图7为另一实施方式的辐射探测芯片电路模块结构示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种辐射探测探头。图1为一实施方式的辐射探测探头的制备方法流程图，如图1所示，一实施方式的辐射探测探头的制备方法包括步骤：S100，对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真；S101，获取各碲锌镉晶体的辐射响应特性；S102，根据辐射响应特性选取特定碲锌镉晶体；其中，特定碲锌镉晶体的辐射响应特性对应的性能指标最优；S103，为特定碲锌镉晶体配置第一电极和第二电极，以构成辐射探测探头。其中，选定多种三维尺寸的碲锌镉晶体，在各碲锌镉晶体加上偏压。在CZT晶体内部产生电子和空穴对，产生的数量和入射射线在灵敏体积内沉积的能量成正比。带负电的电子和带正电的空穴在电极处被收集，形成的电荷脉冲经过前置放大器变成电压脉冲，其高度和入射光子的能量成正比。从前放出来的信号经过主放再次被放大，用计数器或信号采集器采集信号。通过采集到的信号进行模拟仿真计算，计算各碲锌镉晶体的辐射响应特性。其中，碲锌镉晶体的尺寸选定、部分指标与偏压关系如下表1：表1各碲锌镉晶体的指标与尺寸对应表序号碲锌镉晶体尺寸(mm3)灵敏度(Cs-137)(cps/(μSv/h))偏压(V)15×5×1mm31.94025×5×2mm33.710037×7×1mm33.7404...

【技术保护点】
1.一种辐射探测探头的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真；/n获取各所述碲锌镉晶体的辐射响应特性；/n根据所述辐射响应特性选取特定碲锌镉晶体；其中，所述特定碲锌镉晶体的辐射响应特性对应的性能指标最优；/n为所述特定碲锌镉晶体配置第一电极和第二电极，以构成辐射探测探头。/n

【技术特征摘要】
1.一种辐射探测探头的制备方法，其特征在于，包括步骤：
对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真；
获取各所述碲锌镉晶体的辐射响应特性；
根据所述辐射响应特性选取特定碲锌镉晶体；其中，所述特定碲锌镉晶体的辐射响应特性对应的性能指标最优；
为所述特定碲锌镉晶体配置第一电极和第二电极，以构成辐射探测探头。


2.根据权利要求1所述的辐射探测探头的制备方法，其特征在于，所述对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行模拟仿真的过程，包括步骤：
对各不同三维尺寸的碲锌镉晶体进行蒙特卡洛模拟仿真。


3.一种辐射探测探头，其特征在于，包括第一电极、第二电极以及根据权利要求1或2所述的辐射探测探头的制备方法制备的碲锌镉晶体；
其中，所述第一电极设置在所述碲锌镉晶体一侧，并用于接入偏压；所述第二电极设置在所述碲锌镉晶体一侧，并用于接地。


4.根据权利要求3所述的辐射探测探头，其特征在于，包括一个或多个平面结构或栅型结构的碲锌镉晶体。


5.一种辐射探测芯片，其特征在于，包括芯片外壳，以及设置在芯片外壳内的脉冲模式电路、电流模式电路和如权利要求3或4所述的辐射探测探头；
其中，所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；
其中，所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述辐射探...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟华强，
申请(专利权)人：广州兰泰胜辐射防护科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44