一种宇宙线缪子散射成像探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种宇宙线缪子散射成像探测器，所述探测器包括：暗盒、安置在所述暗盒中且空间相互垂直的第一探测组件和第二探测组件、分别为所述第一探测组件和第二探测组件进行供电以及信号读出的第一电路和第二电路；其中，第一探测组件和第二探测组件均包括若干个闪烁体、固定于每个所述闪烁体中的光纤、分别通过耦合组件固定于所述闪烁体和所述光纤两端的硅光电倍增器；所述闪烁体用于探测宇宙线缪子并产生光子，所述光纤用于收集所述光子，所述硅光电倍增器用于读取光子。在保证系统探测效率前提下，有效提高了位置分辨。有效提高了位置分辨。有效提高了位置分辨。

【技术实现步骤摘要】
一种宇宙线缪子散射成像探测器


[0001]本专利技术涉及一种宇宙线缪子散射成像探测器。

技术介绍

[0002]原初高能宇宙线粒子通过广延大气簇射产生大量缪子。海平面上缪子通量约为1cm-2
min-2
，平均动量在3-4GeV/c。缪子不参与强相互作用，因此具有很强穿透能力。利用缪子与物质作用的散射角与物质密度关系，通过测量缪子在穿透物质后的散射径迹及角分布，不仅能够快速区分出物质原子序数，而且可以对散射物体实现三维成像，基于这一成像原理的成像技术，称为缪子散射成像技术。
[0003]缪子散射成像分辨能力取决于探测器的位置测量精度。现有的位置灵敏探测技术，常采用气体探测器，或者是更高精度的半导体硅探测器。气体探测器(如漂移室、GEMs)的位置分辨率较好，有利于提高径迹测量精度，但由于气体探测器需要保持内部气压稳定，工作处于高压模式，长期稳定性相对较低，且结构复杂造价高，维护成本高。特别在室外、野外等较为恶劣的环境下，探测器的安装和使用便成为其劣势。而硅探测器的造价昂贵，难以满足缪子散射成像对于大面积探测要求。采用塑料闪烁体配合波长位移光纤读出模式，其结构简单，可实现大面积组合，造价较低，适用于各种测量工作环境。但由于位置分辨比气体探测器差，为提高其位置分辨，需要寻求新的探测器方案，这也是目前缪子散射成像应用的关键技术问题。
[0004]现有采用闪烁体作为位置灵敏探测器方案，其基本单元都是采用闪烁体平板或多个条形单元组合，中间刻槽插入光纤，光纤引出光子经光电转换器件转换为电脉冲信号，由专门电子学电路进行放大和数字化处理。代表性的技术方案是加拿大CRIPT(Cosmic Ray Inspection and PassiveTomography，宇宙线成像与被动断层扫描)合作组，该方案采用三角形闪烁体长条作为探测单元，从光纤的一端引出光子信号输入到位置灵敏的多阳极光电倍增器(PMT)，给出宇宙线缪子击中位置信号。意大利INFN (National Institute for Nuclear Physics，国家核物理研究所)的方案与此类似，但采用正方形闪烁体单元替换三角形闪烁体单元，并用硅光电倍增器 (Silicon photomultiplier，SiPM)替换PMT。
[0005]现有技术方案均仅从光纤的一端引出光子，收集到的光子数较少。而 CRIPT方案中光电传感器使用的多阳极光电倍增管，不仅造价昂贵，而且对于单光子信号灵敏度低，为了得到足够多的光子，闪烁体的条厚、条宽都受到了限制，位置分辨为2.1mm。而INFN方案中正方形闪烁体单元的几何构型导致位置分辨较差，仅为2.9mm。因此，研发一种高位置分辨、适用复杂测量环境、大面积宇宙线缪子散射成像探测器成为宇宙线缪子散射成像亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]研发一种高位置分辨、适用复杂测量环境、大面积宇宙线缪子散射成像探测器。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种宇宙线缪子散射成像探测器原型，所述探测器包括：暗盒、设置在所述暗盒中且空间相互垂直的第一探测组件和第二探测组件、分别为所述第一探测组件和第二探测组件进行供电以及信号读出的第一电路和第二电路；其中，第一探测组件和第二探测组件均包括若干个闪烁体、固定于每个所述闪烁体中的光纤、分别通过耦合组件固定于所述闪烁体和所述光纤两端的硅光电倍增器；所述闪烁体用于探测宇宙线缪子并产生荧光光子，所述光纤用于收集所述光子，所述硅光电倍增器用于读取光子。
[0010]可选地，所述第一探测组件和第二探测组件之间相互紧靠，所述闪烁体为三棱柱，所述闪烁体表面涂覆有TiO2薄膜漫反射层，所述闪烁体的一个面上设置用于固定所述光纤的Ω形槽，且所述闪烁体高H为10mm，宽D为20mm，长度L为15cm。
[0011]可选地，所述耦合组件包括闪烁体卡槽、光纤通孔和硅光电倍增器卡槽；
[0012]其中，所述光纤通孔设置在所述硅光电倍增器卡槽中心处。
[0013]可选地，所述光纤通孔为喇叭状通孔，所述光纤通孔靠近所述硅光电倍增器的一端直径最小。
[0014]可选地，所述闪烁体卡槽包括互相平行的上卡槽和下卡槽，若干个闪烁体固定于该上卡槽和下卡槽之间，并且该若干个闪烁体和若干个光纤按预设方式排列。
[0015]可选地，所述光纤通孔为两行互相平行且交错设置的若干个通孔，所述硅光电倍增器卡槽为两行互相平行且交错设置的若干个卡槽。
[0016]可选地，所述耦合组件还包括固定件，所述硅光电倍增器焊接在固定板上，所述固定件用于将所述固定板固定于所述耦合组件上。
[0017]可选地，所述耦合组件为通过3D分段打印得到。
[0018]可选地，所述第一电路和第二电路均包括DT5702分线器和信号转接板，所述DT5702分线器的两端分别通过两个所述信号转接板与分别固定于所述闪烁体和所述光纤两端的硅光电倍增器进行连接。
[0019]可选地，所述暗盒包括周向设置在所述暗盒上的4个用于固定所述信号转接板的信号转接槽。
[0020](三)有益效果
[0021]1.本专利技术提供的宇宙线缪子散射成像探测器，制作方便、使用灵活，可工作于复杂环境。闪烁体采用刻槽工艺，制作工艺简单；由于整个探测器可由多个闪烁体单元按照需要组成大面积探测模块(即第一探测组件和第二探测组件)，因而可以随时增减模块来满足使用要求，使用灵活；使用的SiPM具有单光子分辨能力，对地磁不灵敏、价格便宜；本专利技术提供的探测器不需要工作气体和高压系统。因此，适用于各种自然环境中缪子散射成像探测。
[0022]2.本专利技术提供的宇宙线缪子散射成像探测器显著提高位置分辨。本专利技术中每个闪烁体采用了三角形构型、Ω槽耦合和SiPM双端读出的设计，提升了光子传输、收集的效率。使得闪烁体厚度和条宽降到1cm，光产额显著降低的情况下，经SiPM转换后的光电子数(P.E.)依然处在最佳响应范围(20P.E.-80P.E.)，在保证系统探测效率前提下，有效提高了位置分辨。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中第一探测组件和第二探测组件相互位置结构示意图；
[0025]图3是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中暗盒的结构示意图；
[0026]图4是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中闪烁体和光纤耦合结构横截面示意图；
[0027]图5是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中闪烁体和光纤耦合结构俯视图；
[0028]图6是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中耦合组件正视图；
[0029]图7是本专利技术的一个实施例提供的一种宇宙线缪子散射成像探测器中耦合组件的光纤通孔结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宇宙线缪子散射成像探测器，其特征在于，所述探测器包括：暗盒(1)、设置在所述暗盒(1)中且空间相互垂直的第一探测组件(2)和第二探测组件(3)、分别为所述第一探测组件(2)和第二探测组件(3)进行供电以及信号读出的第一电路和第二电路；其中，第一探测组件(2)和第二探测组件(3)均包括若干个闪烁体(4)、固定于每个所述闪烁体(4)中的光纤(5)、分别通过耦合组件(6)固定于所述闪烁体(4)和所述光纤(5)两端的硅光电倍增器(7)；所述闪烁体(4)用于探测宇宙线缪子并产生光子，所述光纤(5)用于收集所述光子，所述硅光电倍增器(7)用于读取光子。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一探测组件(2)和第二探测组件(3)之间相互紧靠；所述闪烁体(4)为三棱柱，所述闪烁体(4)表面涂覆有TiO2薄膜漫反射层，所述闪烁体(4)的一个面上设置用于固定所述光纤(5)的Ω形槽(401)，且所述闪烁体(4)高H为10mm，宽D为20mm，长度L为15cm。3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述耦合组件(6)包括闪烁体卡槽(601)、光纤通孔(602)和硅光电倍增器卡槽(603)；其中，所述光纤通孔(602)设置在所述硅光电倍增器卡槽(603)中心处。4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述光纤通孔(602)为喇叭状通孔，所述光纤通孔(602)靠近所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李澄，梁政，唐泽波，李昕，胡天齐，吴奕涛，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：