基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，包括闪烁体、光电转换器件、前端电子学和电源系统，闪烁体为多个六个面抛光的GAGG闪烁体构成的GAGG闪烁体阵列，闪烁体之间填充高反光材料作为反射层，光电转换器件有多个并构成与GAGG闪烁体阵列匹配的光电转换器件阵列。GAGG闪烁体阵列和光电转换器件阵列之间通过高折射率光学胶耦合。本探测器采用阵列的方式，可以组成大面积的探测器，同时对各个通道进行单独读出和一致性校正，在低辐射场情况下实现快速测量；在强辐射场环境下，可以采用各通道独立工作模式，提高了系统的测量上限。整个探测器对

【技术实现步骤摘要】
基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器
本技术涉及核辐射探测，具体涉及一种基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，属于核辐射探测

技术介绍
目前市面上常用的核辐射探测器主要包括闪烁体探测器和半导体探测器。闪烁体探测器主要采用闪烁体与光电倍增管（PMT）耦合组成，闪烁体主要采用碘化纳（NaI（Tl））、碘化铯（CsI）、溴化镧（LaBr3）等，光电倍增管一般选择与闪烁体尺寸和波长相匹配的光电倍增管。它们的能量分辨率溴化镧最好，碘化纳和碘化铯较差。碘化纳和碘化铯探测器虽然便宜，但是能量分辨率差，性能稳定性差，且容易潮解；溴化镧探测器是最近一段时间发展起来了的新型探测器，它的能量分辨率和稳定性都好于碘化纳和碘化铯探测器，但是溴化镧闪烁体价格昂贵，且易潮解和具有自发辐射。闪烁体探测器为了满足低剂量率情况下快速响应的能力，就需要将探测器有效灵敏面积做大，以提高探测效率，但是将探测器有效灵敏面积做大，存在加工工艺要求高和高剂量率情况下饱和的问题。因此，现有的核辐射探测器难以同时兼顾低剂量率和高剂量率环境下的测量。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的在于提供一种基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，本核辐射探测器性能稳定、很好地兼顾了探测效率和探测器有效灵敏面积的关系，从而降低了加工工艺要求。同时满足低剂量率和高剂量率环境下的测量。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，包括闪烁体、光电转换器件、前端电子学和电源系统，闪烁体用于探测X射线或者γ射线并将产生的光信号输入给光电转换器件；光电转换器件用于将闪烁体产生的光信号转换为电脉冲信号；前端电子学用于对光电转换器件输出的电脉冲信号读出、放大、滤波成形并输出信号；电源系统用于对光电转换器件和前端电子学供电；其特征在于：所述闪烁体为多个六个面抛光的GAGG闪烁体构成的GAGG闪烁体阵列，光电转换器件有多个且数量与闪烁体一一对应；多个光电转换器件构成与GAGG闪烁体阵列匹配的光电转换器件阵列并焊接在同一块电路板上；每个光电转换器件的输出接前端电子学输入。在闪烁体之间填充反光材料作为反射层，反射层将所有闪烁体四个侧面和一个端面包裹只露出一个端面作为出光面，反光材料和闪烁体阵列构成的整体呈矩形体。所述反光材料为BaSO4、TiO2、ESR膜、Teflon或者MgO，反光材料的反射效率≥90%。所述光电转换器件为SiPM或者MPPC。反光材料和闪烁体阵列构成的矩形体整体通过高透过率光学胶粘接固定在光电转换器件阵列上，每个闪烁体的端面与光电转换器件一一对应粘接，用于将闪烁体的闪烁光尽可能全部传输到光电转换器件的入射窗。每个闪烁体像元的光子提取效率≥90%。所述光学胶折射率≥1.5，以减少入射光的全反射角。所述整个探测器对137Cs（662keV）能量分辨率≤5%。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本技术采用GAGG闪烁体阵列，GAGG闪烁体是最近几年发展起来了的一种新型无机闪烁体，具有密度高、有效原子序数大、光产额高、衰减时间快、能量分辨率好、物化性能稳定等优点。它的发射谱和透过谱有部分是重叠的，所以晶体具有自吸收，使它与光电转换器件耦合，662kev（Cs-137）能量分辨率能达到5%以内，略低于溴化镧探测器，高于碘化纳和碘化铯探测器。2、本探测器采用的SiPM、MPPC等光电转换器件具有体积小、不需要高压、性能稳定等优点。3、基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器能做到体积小、重量轻，提高了便携性。和其他采用光电倍增管（PMT）的核辐射探测器相比，仪器内部没有高压，安全性能大大提高。4、GAGG闪烁体阵列和光电转换器件阵列一对一耦合，每个通道单独读出，相互之间不串光，不漏光，既可以单独读出显示，也可以叠加在一起显示，同时满足低剂量率和高剂量率环境下的测量。附图说明图1-本技术应用于核素识别的阵列探测器示意图。图2-本技术信号传输流程图。图3-本技术闪烁体阵列示意图。图4-本技术光电转换器件阵列示意图。图5-闪烁体阵列与光电转换器件耦合示意图。图6-GAGG闪烁体透过谱图。图7-GAGG闪烁体发射谱图。其中，1-GAGG闪烁体阵列；10-GAGG闪烁体；11-反光材料；2-光电转换器件阵列；20-光电转换器件；21-光电转换器件阵列电路板；3-前端电子学和电源系统。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本技术作进一步详细描述。参见图1，从图上可以看出，本技术基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，包括GAGG闪烁体阵列1、光电转换器件阵列2、前端电子学和电源系统3，闪烁体用于探测X射线或者γ射线并将产生的光信号输入给光电转换器件；光电转换器件用于将闪烁体产生的光信号转换为电脉冲信号；前端电子学用于对光电转换器件输出的电脉冲信号读出、放大、滤波成形并输出信号；电源系统用于对光电转换器件和前端电子学供电。本技术的改进在于，所述闪烁体为多个六个面抛光的GAGG闪烁体10构成的GAGG闪烁体阵列1，光电转换器件20有多个且数量与闪烁体一一对应；多个光电转换器件20构成与GAGG闪烁体阵列1匹配的光电转换器件阵列2并焊接固定在光电转换器件阵列电路板21上；每个光电转换器件20的输出接前端电子学输入。通过图6和图7的GAGG闪烁体透过谱和发射谱可以看出，GAGG闪烁体的透过谱和发射谱在一定波长范围内（425nm-500nm）存在重叠，所以闪烁体具有自吸收，当闪烁体体积越大，闪烁体自吸收现象越严重。为此，本技术将GAGG闪烁体设计为多个构成的阵列形式，这样单个闪烁体体积较小，每个闪烁体既可以独立工作，也可以所有闪烁体作为一个整体工作，由此克服了闪烁体体积增大时自吸收问题，又实现大探测面积的需要。阵列式核辐射探测器信号传输流程为：X射线或者γ射线进入闪烁体后，转换为闪烁体光，闪烁光进入光电转换器件，转化为电信号，电信号进入前端电子学，进行放大和滤波成形，最后输出处理后的信号。在所有GAGG闪烁体10之间填充有反光材料11，反光材料11将所有GAGG闪烁体10四个侧面和一个端面包裹只露出一个端面作为出光面，并使反光材料11和闪烁体阵列构成的整体呈矩形体。所述反光材料11为BaSO4、TiO2、Teflon、MgO或者ESR膜，反光材料的反射效率≥90%。所述光电转换器件20为硅光电倍增管（SiPM）或者多像素光子计数器（MPPC）。反光材料和闪烁体阵列构成的矩形体整体通过高透过率硅脂粘接固定在光电转换器件阵列2上，每个GAGG闪烁体10的端部与光电转换器件20一一对应粘接，用于将闪烁体的闪烁光尽可能全部传输到光电转换器件的入射窗。在一个具体实施例中，GAGG闪烁体阵列1由49个六面抛光的6mm×6mm×本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，包括闪烁体、光电转换器件、前端电子学和电源系统，闪烁体用于探测X射线或者γ射线并将产生的光信号输入给光电转换器件；光电转换器件用于将闪烁体产生的光信号转换为电脉冲信号；前端电子学用于对光电转换器件输出的电脉冲信号读出、放大、滤波成形并输出信号；电源系统用于对光电转换器件和前端电子学供电；其特征在于：所述闪烁体为多个六个面抛光的GAGG闪烁体构成的GAGG闪烁体阵列，光电转换器件有多个且数量与闪烁体一一对应；多个光电转换器件构成与GAGG闪烁体阵列匹配的光电转换器件阵列并焊接在同一块电路板上；每个光电转换器件的输出接前端电子学输入。/n

【技术特征摘要】
1.基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，包括闪烁体、光电转换器件、前端电子学和电源系统，闪烁体用于探测X射线或者γ射线并将产生的光信号输入给光电转换器件；光电转换器件用于将闪烁体产生的光信号转换为电脉冲信号；前端电子学用于对光电转换器件输出的电脉冲信号读出、放大、滤波成形并输出信号；电源系统用于对光电转换器件和前端电子学供电；其特征在于：所述闪烁体为多个六个面抛光的GAGG闪烁体构成的GAGG闪烁体阵列，光电转换器件有多个且数量与闪烁体一一对应；多个光电转换器件构成与GAGG闪烁体阵列匹配的光电转换器件阵列并焊接在同一块电路板上；每个光电转换器件的输出接前端电子学输入。


2.根据权利要求1所述的基于GAGG闪烁体的阵列式核辐射探测器，其特征在于：在闪烁体之间填充反光材料作为反射层，反射层将所有闪烁体四个侧面和一个端面包裹只露出一个端面作为出光面，反光材料和闪烁体阵列构成的整体呈矩形体。


3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁雨憧，王强，王璐，屈菁菁，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：新型
国别省市：重庆;50