【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及井眼探测，尤其涉及一种闪烁体井眼缪子探测器。
技术介绍
1、缪子作为一种天然的宇宙射线，不仅能量高，穿透能力强，不容易被高质子数的材料吸收，而且缪子也不容易发出轫致辐射，不会对检测人员以及敏感物体造成辐射损伤，同时由于缪子是通过高能宇宙射线自然产生的免费射线源，使用成本低。由于缪子在无损检测成像方面的这些优点，使得缪子成像技术在近些年得到了广泛关注并逐步应用于科研与工业等各个方面。宇宙射线缪子成像技术主要分为两大类：基于角度散射的宇宙射线缪子成像技术和基于强度衰减的宇宙射线缪子成像技术。前者通过测量缪子射线在通过目标物前后角度的变化来重构高质子数物质的结构与轮廓，利用这一机理的成像技术可以应用在海关放射性材料的走私稽查、反应堆堆芯结构成像等领域；后者关注的是更大尺度的目标物成像，例如对火山内部结构进行成像来研究火山活动周期。这些形体较大的探测器被置于地面，因此只能探测地面以上的目标物。然而，在对一些地下目标物进行探测成像的场景下不能将探测系统置于地面或者开凿大型巷道，因此这一瓶颈也严重制约着该技术的应用。
2、目前缪子成像技术应用于地下目标物成像时主要存在以下几个问题：(1)缪子成像探测器形体较大、只能安放在已有的大型巷道内或者地面以上进行目标物探测，大大限制了应用的场景；(2)目前的缪子成像探测器整体造价高，复制性不强，移动性差；(3)缪子探测器不适应野外探测环境，实施监测时需要大量人力、物力才能完成；(4)井眼空间非常狭小，常规思路中两点一线测量缪子径迹的探测方法不可取，需要设计能充分利用狭小空间的
3、如果将缪子成像探测器置于易于开凿的低成本、小直径井眼中使用，则无需挖掘大型巷道就可以进行地下目标物探测，因此，亟需研究一种能够解决上述技术问题的井眼缪子探测器。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种闪烁体井眼缪子探测器，能够置于小直径的井眼中收集宇宙射线缪子。
2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、一种闪烁体井眼缪子探测器，包括屏蔽本底伽马射线的外壳，外壳内部设有电控连接的dc-dc转换模块、电缆线网络模块、偏置电源模块、数据采集与存储模块、灵敏模块，所述灵敏模块为一填充塑料闪烁体或者液体闪烁体的圆柱，所述圆柱的表面设有硅光电倍增管，所述圆柱外表面涂有用于反射塑料闪烁体或者液体闪烁体发出的闪烁光的反射涂层。
4、可选地，所述圆柱直径为10厘米，长为100厘米，圆柱的表面设有64个硅光电倍增管sipm。
5、可选地，外壳内部在缪子的绝对入射方向安装有陀螺仪，用于确定探测器在井眼中相对方位。
6、可选地，所述外壳上安装有固定装置，用于在测量过程中固定探测器。
7、可选地，当缪子穿过探测器灵敏区时，缪子射线沿路径上的闪烁体中沉积能量并转换成闪烁光子，经过传输被灵敏区表面的sipm读出并转换成电信号；
8、当缪子通过探测器时，缪子的方向和入射点决定了沿轨道产生的闪烁光子的发射时间和位置，从而决定了闪烁光子到达sipm上的时间，因此，利用闪烁光子到达sipm的时间信息重建缪子的径迹和方向；
9、设置用于模拟重建缪子事件的模板，模板的参数包括缪子进入探测器灵敏区时的方向和入射点的位置坐标，以及在灵敏区中发生能量沉积时记录的闪烁光子到达每片sipm上的时间信息；
10、对于第n个模板，随机采样入射方向pn＝(θn,φn)和入射点(x,y,z)，其中，θn为天顶角，φn为方位角；
11、利用geant4软件包，设置输入项pn和(x,y,z)，从输出项中得到由入射缪子和闪烁体之间的相互作用发出的闪烁光子到达sipm的时间τ；再将所有的sipm上测得的时间(i＝1,2,…,nsipm)填充到一个n维中心化时间向量tn中，pn，(x,y,z)的取值以及tn的计算公式如下：
12、pn＝(θn,φn)：θn和φn分别从0和π之间以及-π和π之间的均匀分布中采样；
13、(x,y,z)：要求入射点均匀分布在探测器表面上；
14、为计算tn，先对测得的时间数据进行中心归一化处理：
15、
16、式中，(i＝1,2,…,nsipm)记录了一个缪子穿过探测器时产生的闪烁光子到达某一sipm的平均时间，nsipm是sipm的个数；
17、定义tn：
18、
19、对于一个检测到的准备重构的事件，将时间信息填充到一个与模板事件相同的中心化的到达时间向量
20、然后定义这个准备重构的事件与第n个模板事件之间的距离为dn：
21、
22、假设距离dn越小，第n个模板与准备重构的事件越相似，重构方向为距离最小的k个模板动量方向的加权和：
23、
24、其中，权值为：
25、
26、式中，nm为距离最小的k个模板中的第m个模板，k值取使角度分辨率最小的模板个数。
27、可选地，当缪子沿着不同的径迹穿过探测器时，在每个sipm上测到的能量沉积也是不相同的，所以把闪烁光子到达sipm的时间换成每个sipm上测得的能量沉积再对待测缪子事件的方向进行重建；或者同时利用到达时间向量和能量沉积向量对待测缪子事件的方向进行重建。
28、本专利技术的有益效果是，本专利技术的井眼型闪烁体缪子探测器可以置于小直径的井眼中收集宇宙射线缪子，同时建造成本较低，很好地克服了目前缪子成像探测器形体大、造价高，只能安放在已有的巷道内进行地下目标物探测的瓶颈。通过本专利技术可将此方法拓展到更广泛领域，例如考古遗址成像、地质碳储存监测、未开发地区的矿藏勘探等。
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1.一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，包括屏蔽本底伽马射线的外壳，外壳内部设有电控连接的DC-DC转换模块、电缆线网络模块、偏置电源模块、数据采集与存储模块、灵敏模块，所述灵敏模块为一填充塑料闪烁体或者液体闪烁体的圆柱，所述圆柱的表面设有硅光电倍增管，所述圆柱外表面涂有用于反射塑料闪烁体或者液体闪烁体发出的闪烁光的反射涂层。
2.如权利要求1所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，外壳内部在缪子的绝对入射方向安装有陀螺仪，用于确定探测器在井眼中相对方位。
3.如权利要求1所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，所述外壳上安装有固定装置，用于在测量过程中固定探测器。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，当缪子穿过探测器灵敏区时，缪子射线沿路径上的闪烁体中沉积能量并转换成闪烁光子，经过传输被灵敏区表面的SiPM读出并转换成电信号；
5.如权利要求4所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，当缪子沿着不同的径迹穿过探测器时，在每个SiPM上测到的能量沉积也是不相同的，所以把闪烁光子到达SiP
...【技术特征摘要】
1.一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，包括屏蔽本底伽马射线的外壳，外壳内部设有电控连接的dc-dc转换模块、电缆线网络模块、偏置电源模块、数据采集与存储模块、灵敏模块，所述灵敏模块为一填充塑料闪烁体或者液体闪烁体的圆柱，所述圆柱的表面设有硅光电倍增管，所述圆柱外表面涂有用于反射塑料闪烁体或者液体闪烁体发出的闪烁光的反射涂层。
2.如权利要求1所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，外壳内部在缪子的绝对入射方向安装有陀螺仪，用于确定探测器在井眼中相对方位。
3.如权利要求1所述的一种闪烁体井眼缪子探测器，其特征在于，所述外壳上安装有...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志毅，刘军涛，苏宝鹏，李卓岱，姚凯强，付治强，康有新，常杰，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：
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