一种缪子定位方法及成像方法技术

本发明专利技术公开了一种缪子定位方法，用于缪子位置灵敏探测器，所述缪子位置灵敏探测器包括一塑料闪烁体、设于所述塑料闪烁体边缘处的三个光电倍增管以及设于所述塑料闪烁体上表面的一个光电倍增管，其中位于所述塑料闪烁体上表面的光电倍增管为硅光电倍增管；该方法包括：S1、获取缪子击中塑料闪烁体上的点到各光电倍增管的距离差r0和r

【技术实现步骤摘要】
一种缪子定位方法及成像方法


[0001]本专利技术涉及缪子成像
，具体涉及一种缪子定位方法及成像方法。

技术介绍

[0002]天然宇宙线缪子为初级宇宙射线在射向地球表面的过程中，与地球大气层中的原子发生级联簇射作用产生的次级粒子，如π介子和K介子，由于带电荷的π介子与K介子寿命极短，所以会很快衰变产生缪子。
[0003]缪子成像技术具有穿透性强、检测精度较高、检测速度快及对人体无辐射危害的特点，使得该技术被广泛应用于各类交叉学科研究。目前，常用的方法为利用缪子自身信息成像的散射和透射成像技术及利用缪子与物质相互作用产生的次级粒子信息来进行成像。
[0004]缪子成像的精度取决于缪子击中探测器位置的精度。Avery Cashion在论文《Muon Tracker with Unsegmented Plastic Scintillator Panels》中提出了一种使用无分割大面积塑料闪烁体耦合3个PMT(光电倍增管)形成的缪子位置灵敏探测器以及利用该缪子位置灵敏探测器实现缪子成像的方法。缪子位置灵敏探测器成像方法的缺点在于：仅求解出缪子打到塑料闪烁体上的XY坐标，而将其Z坐标视为固定值(即各塑料闪烁体的高度)，忽略了塑料闪烁体本身的厚度，导致缪子定位不准确，进而导致缪子的成像精度不高。

技术实现思路

[0005]本申请通过提供一种缪子定位方法，以解决现有技术中缪子位置灵敏探测器因忽略塑料闪烁体本身的厚度而导致缪子定位不准确，进而导致缪子的成像精度不高的问题。
[0006]为达到上述目的，本申请采用如下技术方案。
[0007]一种缪子定位方法，用于缪子位置探测器，所述缪子位置灵敏探测器包括一塑料闪烁体、设于所述塑料闪烁体边缘处的三个光电倍增管以及设于所述塑料闪烁体上表面的一个光电倍增管，其中位于所述塑料闪烁体上表面的光电倍增管为硅光电倍增管；该方法包括：
[0008]S1、获取缪子击中塑料闪烁体上的点到各光电倍增管的距离差r0和r
i
；其中，r0为缪子击中塑料闪烁体上的点到某一选定的参考光电倍增管的距离，r
i
为缪子击中塑料闪烁体上的点到第i个光电倍增管的距离；所述第i个光电倍增管为除所述参考光电倍增管之外的其它三个光电倍增管中的一个；
[0009]S2、根据如下公式求出缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标(x,y,z)：
[0010][0011]其中，a
i
，i＝1，2，3为AX＝C的解，b
i
，i＝1，2，3为AX＝D的解；
[0012][0013](x0，y0，z0)为所述参考光电倍增管的位置坐标，(x
i
，y
i
，z
i
)为第i个光电倍增管的位置坐标；Δr
i
为第i个光电转换器件到参考光电转换器件的距离差，Δr
i
＝r
i
‑
r0；
[0014]由于塑料闪烁体具有一定的厚度(约5cm)，当缪子击中探测器时，在上表面产生的光子数较少，而在探测器内部能量沉积较多，产生光子数较多，光子信号越强。由于PMT的工作原理为通过接收光子信号来将光信号转换为电信号，得到输出脉冲信号，因此PMT的响应时间实际上为光子从塑料闪烁体内部某一高度到达光电转换器件的时间而不是从塑料闪烁体的表面到达光电转换器件的时间，所以需要获取击中坐标的Z值来实现缪子的准确定位。上述方法不仅可以获取缪子打到塑料闪烁体上的XY坐标，还能通过获取Z坐标来实现缪子的精准定位，进而提高了缪子的成像精度。
[0015]由于光电倍增管本身存在体积，而上述定位方法中将光电倍增管视为一个点，因此为了消除这种误差，在一些实施例中，S2之后还包括：S3、保持缪子击中塑料闪烁体的角度不变，获取多个缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标值，并利用质心法得到估计的缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标值(X,Y,Z)。
[0016]由于缪子与探测器相互作用产生的荧光光子到达光电转换器件的脉冲信号的随机波动会产生信号的造成误差，因此为了消除这种误差，在一些实施例中，S3之后还包括：
[0017]根据(X,Y)构建伪线性方程；
[0018]利用加权最小二乘法对伪线性方程进行两次估计计算，得到优化的缪子击中塑料闪烁体上的点的横纵坐标值X＇＇,Y＇＇；
[0019]将X＇＇,Y＇＇和Z作为最终的缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标值。
[0020]又一方面，提供一种缪子成像方法，用于缪子位置探测装置，缪子位置探测装置包括位于待成像物体上方和下方的多个缪子位置灵敏探测器，包括如下步骤：
[0021]根据缪子击中各塑料闪烁体上的点的坐标值，得到缪子径迹；
[0022]根据缪子径迹，得到待成像物体的图像；
[0023]其中，所述缪子位置灵敏探测器为上述缪子定位方法中的缪子位置灵敏探测器；缪子击中各塑料闪烁体上的点的坐标值根据上述缪子定位方法获取。
[0024]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0025]1、不仅可以获取缪子打到塑料闪烁体上的XY坐标，还能通过获取Z坐标来实现缪子的精准定位，进而提高了缪子的成像精度。
[0026]2、消除因忽略光电倍增管本身体积带来的误差。
[0027]3、消除缪子产生的闪烁光子在闪烁体中造成信号的随机波动带来的误差。
附图说明
[0028]图1为本申请缪子定位方法的流程图；
[0029]图2为根据本申请缪子定位方法得到的缪子径迹示意图(固定位置径迹)；
[0030]图3为根据本申请缪子定位方法得到的缪子径迹示意图(固定位置径迹)；
[0031]图4为本申请缪子位置探测装置的结构示意图；
[0032]图5为根据本申请缪子成像方法得到的单一物质成像图；
[0033]图6为根据本申请缪子成像方法得到的不同原子序数的多物质成像图。
具体实施方式
[0034]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0035]实施例一
[0036]参见图1，一种缪子定位方法，用于缪子位置灵敏探测器，所述缪子位置灵敏探测器包括一塑料闪烁体、设于所述塑料闪烁体边缘处的三个光电倍增管以及设于所述塑料闪烁体上表面的一个光电倍增管，其中位于所述塑料闪烁体上表面的光电倍增管为硅光电倍增管；该方法包括：
[0037]S1、获取缪子击中塑料闪烁体上的点到各光电倍增管的距离差r0和r
i
；其中，r0为缪子击中塑料闪烁体上的点到某一选定的参考光电倍增管的距离，r
i
为缪子击中塑料闪烁体上的点到第i个光电倍增管的距离；所述第i个光电倍增管为除所述参考光电倍增管之外的其它三个光电倍增管中的一个；
[0038]S2、根据如下公式求出缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缪子定位方法，用于缪子位置灵敏探测器，所述缪子位置灵敏探测器包括一塑料闪烁体、设于所述塑料闪烁体边缘处的三个光电倍增管以及设于所述塑料闪烁体上表面的一个光电倍增管，其中位于所述塑料闪烁体上表面的光电倍增管为硅光电倍增管；该方法包括：S1、获取缪子击中塑料闪烁体上的点到各光电倍增管的距离差r0和r
i
；其中，r0为缪子击中塑料闪烁体上的点到某一选定的参考光电倍增管的距离，r
i
为缪子击中塑料闪烁体上的点到第i个光电倍增管的距离；所述第i个光电倍增管为除所述参考光电倍增管之外的其它三个光电倍增管中的一个；S2、根据如下公式求出缪子击中塑料闪烁体上的点的坐标值(x，y，z)：其中，a
i
，i＝1，2，3为AX＝C的解，b
i
，i＝1，2，3为AX＝D的解；(x0，y0，z0)为所述参考光电倍增管的坐标值，(x
i
，y
i
，z
i
)为第i个光电倍增管的坐标值；Δr
i
为第i个光电转换器件到参考光电转换器件的距离差，Δr
i

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓冬，罗思远，何列，张海峰，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：