一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法，属于粒子探测技术领域，解决光电转换器件及电子学通道数量过多问题；装置包括闪烁体模块、光纤、光电转换模块和电子学模块，闪烁体模块包括多个闪烁体，每个闪烁体具有用于标记所布置的区域位置的N位二进制编码；光纤将闪烁体的一个端面与光电转换模块连接；光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，当某个闪烁体产生光信号时光电转换模块输出与闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；电子学模块采集N个通道电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。本发明专利技术减少了光电转换器件和电子学通道数量，大幅压缩实验成本。

A particle position detection device, system and method based on scintillator coding

【技术实现步骤摘要】
一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置、系统及方法本研究得到国家自然科学基金(项目批准号：11605220)资助。
本专利技术涉及粒子探测
，尤其是一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法。
技术介绍
目前，广泛应用于高能粒子探测、核医学、天体物理中的闪烁探测器，探测器模块通常由闪烁体和配套的光电转换器件及电子学通道组成，对于探测面积大、粒子计数率低的场合，需要的闪烁体数量大，与之配套的光电转换器件及电子学通道需求也就越多，而由于粒子计数率低使得在一个探测时间点，只有一个闪烁体和与之配套的光电转换器件及电子学通道工作，造成大量的光电转换器件及电子学通道闲置，浪费了资源，提高了测试系统成本。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法，在探测面积大、粒子计数率低的场合，减少光电转换器件及电子学通道数量，降低了测试系统成本。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术公开了一种基于闪烁体的粒子位置探测装置，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。进一步地，所述闪烁体为有机或无机闪烁体，形状为条状或块状，表面抛光，外部包裹反射膜；当有粒子穿过闪烁体时，所述闪烁体产生大量荧光，荧光通过所述闪烁体的端面进入光纤，满足全反射角的荧光以全放射的方式穿过光纤。进一步地，所述光纤型号与所述荧光的波长范围匹配，每根光纤的长度相等。进一步地，所述第一电子学模块根据采集到的所述电信号的时间和电荷信息判断各通道中是否包含有效信号；有，则将该通道的输出值设置为1；无，则将该通道的输出值设置为0。进一步地，根据每个闪烁体二进制编码中的“1”或“0”的数量，确定从所述闪烁体的一个端面引出光纤的数量；根据“1”或“0”的位置，将引出的光纤同对应位置的光电转换器件连接。进一步地，当根据每个闪烁体二进制编码中的“1”进行闪烁体与光电转换器件连接时，所述闪烁体的数量不多于2N-(N+1)个，对应的二进制编码中不包括只包含一个“1”的编码和全部为“0”的编码。进一步地，当根据每个闪烁体二进制编码中的“0”进行闪烁体与光电转换器件连接时，所述闪烁体的数量不多于2N-(N+1)个，对应的二进制编码中不包括只包含一个“0”的编码和全部为“1”的编码。进一步地，还包括第二光电转换模块，第二电子学模块；所述第二光电转换模块通过光纤与所述第一光电转换模块与所述闪烁体连接的端面的对侧端面连接；接收将该端面发出的光信号；所述第二光电转换模块包括与所述第一光电转换模块相同的N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第二光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；所述第二电子学模块与所述第一电子学模块结构相同，用于采集所述N个通道电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置；记录所述第一、第二电子学模块对同一粒子进行电子学测量的时间差，根据所述时间差信息确定粒子穿过所述闪烁体的径向位置，得到所述粒子从探测区域中穿过的二维坐标。本专利技术还公开了一种粒子位置探测系统，在所述探测区域中平行的多层平面布置如上所述的粒子位置探测装置；所述每个粒子位置探测装置，用于探测粒子进入其布置平面的二维坐标，顺序连接粒子穿过每个所述粒子位置探测装置探测到的二维坐标，构成所述粒子经过所述探测区域的轨迹。本专利技术还一种利用如上所述的粒子位置探测系统的探测方法，包括以下步骤：步骤S1、在探测区域内布置所述粒子位置探测系统；步骤S2、当单个粒子穿过探测区域，依次击中所述多层布置的粒子位置探测装置中的进行二进制编码的闪烁体，产生光信号；步骤S3、分别对所述闪烁体通过与其布置方向垂直的相对两侧端面引出的光信号进行光电转换和和信号放大，得到两组所述闪烁体的二进制编码对应的电信号；步骤S4、对所述电信号进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过的闪烁体在布置方向的位置坐标；记录对两组所述闪烁体的二进制编码的电子学测量时间差，确定粒子穿过所述闪烁体的径向位置坐标；即得到所述粒子从探测区域中穿过的二维坐标；步骤S5、顺序连接粒子穿过每个所述粒子位置探测装置探测到的二维坐标，构成所述粒子经过所述探测区域的轨迹。本专利技术有益效果如下：本专利技术适用于探测面积较大、粒子计数率不是很高(kHz以下)的场合下粒子的探测；对每个闪烁体进行二进制编码，所有闪烁体共用光电转换器件和电子学通道，有效减少了光电转换器件和电子学通道的数量，大幅压缩实验成本。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例一中的粒子位置探测装置原理示意图；图2为本专利技术实施例一中的二维坐标定位的粒子位置探测装置原理示意图；图3为本专利技术实施例三中的粒子探测方法流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。实施例一、本实施例公开了一种基于闪烁体的粒子位置探测装置，如图1所示，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。在本实施例中，粒子计数率为kHz以下，可保证在单个探测周期内，只有单个粒子穿过某个闪烁体，使所述闪烁体产生荧光；所述闪烁体可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置，其特征在于，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；/n所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；/n所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；/n所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；/n所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置，其特征在于，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；
所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；
所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；
所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；
所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。


2.根据权利要求1所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述闪烁体为有机或无机闪烁体，形状为条状或块状，表面抛光，连接光纤的端面裸露，其余表面外部包裹反射膜；当有粒子穿过闪烁体时，所述闪烁体产生大量荧光，荧光通过所述闪烁体的端面进入光纤，满足全反射角的荧光以全放射的方式穿过光纤。


3.根据权利要求2所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述光纤型号与所述荧光的波长范围匹配，每根光纤的长度相等。


4.根据权利要求1所述的粒子位置探测装置，其特征在于，所述第一电子学模块根据采集到的所述电信号的时间和电荷信息判断各通道中是否包含有效信号；有，则将该通道的输出值设置为1；无，则将该通道的输出值设置为0；
通过N个通道输出值识别得到粒子击中的闪烁体的编码。


5.根据权利要求1所述的粒子位置探测装置，其特征在于，根据每个闪烁体二进制编码中的“1”或“0”的数量，确定从所述闪烁体的一个端面引出光纤的数量；根据“1”或“0”的位置，将引出的光纤同对应位置的光电转换器件连接。


6.根据权利要求5所述的粒子位置探测装置，其特征在于，当根据每个闪烁体二进制编码中的“1”进行闪烁体与光电转换器件连接时，所述闪烁体的数量不多于2N-(N+1)个，对应的二进制编码中不包括只包含一个“1”的编码和全部为“0”的编码。


7.根据权利要求5所述的粒子位置探测装置，其特征在于，当根据每个闪烁体二进制编码中的“...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智，衡月昆，杨晓宇，蔡志岩，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11