一种伽玛射线探测成像的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种伽玛射线探测成像方法及其装置，属于辐射探测成像技术领域。本方法在闪烁晶体阵列表面蒸镀光电阴极；伽玛射线入射到晶体阵列发出闪烁光；闪烁光在晶体端面发射时与光电阴极材料作用激发出光电子，收集光电子并使其沿晶体表面法线方向导出，对增益放大后的脉冲电压信号计算伽玛射线的能量和空间位置。本装置中，闪烁晶体阵列置于真空室内的绝缘支架上，光电阴极紧贴在闪烁晶体阵列的一侧，引出栅极、微通道板和成像阳极依次置于光电阴极的另一侧，引出电缆的一端与成像阳极相接，另一端伸出真空密封外壳。本发明专利技术方法和装置具有很高的空间分辨率和较高能量分辨率，抗磁场干扰，响应速度快，并且结构紧凑，尺寸小，生产成本低。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种伽玛射线探测成像的方法及装置，属于辐射探测成像

技术介绍
传统的伽玛射线探测技术通常采用一种以闪烁晶体作为探测材料、以光电倍增管作为信号放大器的结构，通称为闪烁探测器。当伽玛射线入射到闪烁晶体内，根据其能量范围，通常会产生光电效应、康普顿散射效应及电子对效应，其自身能量最终被晶体吸收而同时释放出极其微弱的闪烁光。对于在可见光区或紫外光区的闪烁光，可经光电转换后利用高灵敏度的信号放大器件，即光电倍增管进行探测而获得伽玛射线的全部信息，比如光电倍增管输出的脉冲信号的强度反应了伽玛射线的能量；脉冲信号发生的时间反映了伽玛射线的入射时间。这种传统的闪烁探测器具有高效率，高信噪比和响应时间快等特点，被广泛应用于高能物理、宇宙射线探测及核医学的研究中，是当今辐射探测
中不可或缺的手段。但传统的闪烁探测器在进行成像时需采用大量独立的光电倍增管来偶合一组闪烁晶体阵列进行定位分析，而且光电倍增管之间存在有较大面积的探测死区，从而整个探测器成像的体积大、成本高，而且空间分辨率相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种伽玛射线探测成像的方法及装置，通过真空电场来偶合闪烁晶体阵列与微通道板，完成伽玛射线的探测、放大、定位及成像等功能，同时获取伽玛射线作用于闪烁晶体中的时间、空间和能量信息。它具有结构紧凑、体积小巧，成本相对低廉及空间分辨率高等特点。本专利技术提出的伽玛射线探测成像方法，包括以下步骤(1)在闪烁晶体阵列表面蒸镀光电阴极；(2)伽玛射线平行入射到上述闪烁晶体阵列，使晶体内发出闪烁光；(3)上述闪烁光在晶体端面发射时与其表面光电阴极材料作用，产生光电效应而激发出光电子；(4)收集光电子，使光电子沿晶体表面法线方向导出；(5)对上述导出的光电子进行增益放大，收集经放大后的脉冲电压信号；(6)由上述脉冲电压信号，计算伽玛射线的能量和空间位置，伽玛射线的能量正比于脉冲电压信号大小，伽玛射线的空间位置等于脉冲电压信号产生的位置。上述方法中计算伽玛射线的能量和空间位置的计算方法为设输出的脉冲电压分别为Va，Vb，Vc，Vd，则伽玛射线的能量Eγ为 Eγ＝k×(Va+Vb+Vc+Vd)其中k为正比系数，104≤k≤105伽玛射线的空间位置X，Y分别为X=VB+VDVA+VB+VC+VD]]>Y=VA+VBVA+VB+VC+VD]]>本专利技术提出的伽玛射线探测成像的装置，包括闪烁晶体阵列、光电阴极、引出栅极、微通道板、探测成像阳极和引出电缆。闪烁晶体阵列、光电阴极、引出栅极、微通道板、探测成像阳极和引出电缆均置于真空外壳内。光电阴极、引出栅极、微通道板和探测成像阳极分别与真空外壳外的高压电极相连；所述的闪烁晶体阵列置于真空外壳内的绝缘支架上，光电阴极紧贴在闪烁晶体阵列的一侧，引出栅极、微通道板和探测成像阳极依次置于光电阴极的另一侧，引出电缆的一端与微通道板相接，另一端伸出真空密封外壳。本专利技术提出的伽玛射线探测成像的方法和装置，具有以下特点和优点1、极高的空间分辨率由于本装置中用于光电子信号放大的微通道板的空间分辨率极高，目前单通道的最小尺寸为2μm，远小于闪烁晶体的截面尺寸，因此微通道板型伽玛射线探测器的空间分辨率只由单根闪烁晶体的截面大小决定。不同闪烁晶体材料的机械加工性能不同，但一般都可切割得到1mm×1mm的截面尺寸，如果用锗酸铋(BGO)材料目前可加工到0.3mm×0.3mm，并且还有近一步缩小的潜力。因此微通道板型伽玛射线探测器具有亚毫米级的极高空间分辨率(0.3～1mm)，远好于目前商业市场的闪烁探测器最好分辨率(3-5mm左右)。2、低成本和易生产本装置采用了微通道板，因此可获得极高的成像像素点阵，例如对应25mm×25mm的正方形微通道板，如果单根闪烁晶体的截面尺寸为1mm×1mm，则可在单片微通道板上获得像素点为25×25的图像，像素点数与微通道板数比为625∶1，如果闪烁晶体的截面尺寸为0.5mm×0.5mm，则像素点数与微通道板数比为2500∶1，此解码效率远大于传统的闪烁探测器。目前传统的闪烁探测器的最大解码比为64∶1，为获得同样的图象精度，传统的闪烁探测器需用大量的光电倍增器来定位成像，而微通道板型闪烁探测器只须单片微通道板即可完成任务，因此微通道板型闪烁探测器成像的相对成本较低。传统的闪烁探测器因为分光需要，必须在每根闪烁晶体表面加工或喷涂复杂的几何图形的反光材料，安装过程相对复杂。而微通道板型闪烁探测器的闪烁晶体表面只要均匀涂覆一层反光材料，因此微通道板型闪烁探测器的晶体探头的制做工艺大大简化，可由传统的手工制做转为自动化大规模生产，节约了大量的劳动力成本并极大地提高了生产效率。另外传统的闪烁探测器需用光学胶粘贴闪烁晶体与光电倍增器，对定位精度要求很高，而且闪烁光在界面存在光反射损失。而闪烁晶体点阵与微通道板的偶合是非接触式的真空电场偶合，不存在粘贴对准及光偶合等问题，使得组装过程简单易行。综上所述，微通道板型闪烁探测器的突出优点不仅是极大地提高空间分辨率，而且其成本远低于传统的闪烁探测器。3、较高能量分辨率微通道板的放大能力与光电倍增器基本相同(＞106)，但由于微通道板与闪烁晶体点阵的偶合方式是通过非接触式真空电场，光电阴极直接蒸镀在闪烁晶体表面，因此闪烁光直接激发光电阴极发射光电子，光电量子产额很高。而传统的闪烁探测器在闪烁晶体与光电倍增管之间存在有光胶和光电倍增器管壁，有一定数量的闪烁光被这些界面反射和吸收，其最终有效的光电转换效率远低于微通道板型闪烁探测器，因此通过微通道板型闪烁探测器获得的光电子数更多，在完成成像的同时可获得20％左右的能量分辨率，而传统的闪烁探测器成像时的能量分辨率在40％以上。4、极快速响应传统的光电倍增管的渡越时间较长，响应时间为数十纳秒，涨落为2-3纳秒。而微通道板具有极短的响应时间，通常小于1纳秒，涨落小于0.1纳秒。因此微通道板型闪烁探测器能更好地保留入射伽玛射线的原始时间信息。5、探测效率高微通道板型闪烁探测器的计数率可达106/s以上，而传统闪烁探测器只有105/s.如果采用金属阳极板、条型阳极或网络电阻阳极，通过简单的多路电荷积分电路可完成解码定位以及时间和能量信息读取。多阳极板也可直接用来测量每根闪烁晶体的信息，同时获得地址信号和强度信号，不需要复杂的电子线路对其空间位置进行解码，因此其探测和成像的电子线路相对简单，设计成本低。另外各通道可以独立工作，使得探测器具有更高计数率。6、抗磁场干扰由于微通道板对磁场具有较强的抵抗能力，所以微通道板型闪烁探测器对地磁场的干扰可以完全忽略，而且在一些较强磁场的环境中(＜100高斯)也可正常工作。7、结构紧凑，尺寸小传统光电倍增器体形狭长，通常超过100mm，相比之下，因为微通道板的厚度小于1mm，这使得微通道板型闪烁探测器具有非常紧凑轻巧的结构，其整体长度仅为传统闪烁探测器的十分之一，大大地降低了探测器的机械加工成本和占用空间。8、可甄别光电效应或康普顿散射效应发光伽玛射线激发的光电效应具有固定的光子产额，其相应的谱峰位置对应于伽玛射线的特征能量，因此从闪烁探测器可获得伽玛射线的特征能量谱线。而康普顿散射效应产生的光子数产额低于光电效应的产额，但穿透多根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伽玛射线探测成像方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）在闪烁晶体阵列表面蒸镀光电阴极；（２）伽玛射线平行入射到上述闪烁晶体阵列，使晶体内发出闪烁光；（３）上述闪烁光在晶体端面发射时与其表面光电阴极材料作用，产生光电效应而激发出光电子；（４）收集光电子，使光电子沿晶体表面法线方向导出；（５）对上述导出的光电子进行增益放大，收集经放大后的脉冲电压信号；（６）由上述脉冲电压信号，计算伽玛射线的能量和空间位置，伽玛射线的能量正比于脉冲电压信号大小，伽玛射线的空间位置等于脉冲电压信号产生的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢舒平，刘亚强，谢立平，
申请(专利权)人：谢舒平，刘亚强，谢立平，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]