【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于辐射探测器领域，具体涉及一种半球型碲锌镉探测器及三维位置重建方法。
技术介绍
1、随着核不扩散、国土安全、医疗诊断和空间科学等领域的快速发展，对核辐射探测器的性能提出了越来越高的要求。而半导体制成的探测器可直接将伽马射线产生的次级带电粒子转化为电信号，因而能够获得更好的能量分辨率，在高性能医疗ct、高灵敏度伽马成像、快速核素识别等方面具有广阔的应用前景。其中宽带隙半导体材料中的碲锌镉兼顾了室温操作的便利性、伽马射线探测的高效率，以及良好的能量分辨率等特点，并且它的极化效应十分微弱，是目前最有潜力被广泛应用的一种化合物半导体核辐射探测器。
2、为了探测高能伽马射线，需要使用较厚的碲锌镉探测器来提高对射线的阻止能力。但由于在碲锌镉中空穴的迁移率远低于电子的迁移率且易被俘获，导致平板电极制作的探测器能量分辨率较差，因此为了解决感应信号对作用位置依赖的问题，通常采用单极性电荷灵敏技术，即探测器采用特殊的电极结构，使得感应电荷仅对电子漂移敏感。
3、当前，碲锌镉探测器中典型的单极性电荷灵敏结构有弗里希栅型(frisch-grid)、半球型、共面栅型和像素型等结构。其中前三种电极结构相对简单，设计其读出电路也较容易，但是难以对较大体积的探测器实现优异的能量分辨率。这是因为在大体积探测器中，电子俘获以及晶体材料的非均匀性对探测器性能的影响已成为不能忽略的因素。相比于frisch-grid和共面栅这两种简单型电极，半球型的点状阳极更小，低漏电流和小电容有助于获得更低的噪声水平。虽然其感应信号主要由电子在阳极
4、当前应用的碲锌镉探测器结构存在以下的缺点：
5、传统的简单电极结构用于碲锌镉探测器仅能够避免空穴俘获对能量分辨率恶化的影响，获得的能量分辨率不仅较差，能谱还会出现明显的低能拖尾现象，影响了整体的能谱性能。且在大体积探测器中，由于晶体材料缺陷、电子俘获和非理想的权重电势均会显著恶化能量分辨率，使得传统的简单电极结构不适用于更大灵敏体积的碲锌镉探测器。
6、位置灵敏碲锌镉探测器可以利用其位置灵敏能力来校正能量的非均匀响应，来提升基于碲锌镉探测器的伽马射线探测系统的性能。现有的像素型碲锌镉探测器，阳极电极面积小，电子学噪声低，但实现像素型碲锌镉探测器需要大量的读出电子学通道数量，一般需要asic芯片才能完成信号读出。且像素型碲锌镉探测器的软硬件系统实现成本也非常高，信号处理过程也更复杂。
技术实现思路
1、本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了一种半球型碲锌镉探测器及三维位置重建方法，通过侧面电极的读出信号实现探测器的三维位置灵敏能力，然后运用数字信号处理算法重建射线与探测器相互作用的三维位置信息，使探测器内的非均匀性响应能够得到校正，进一步提高能量分辨能力。
2、为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、一种半球型碲锌镉探测器，包括：碲锌镉晶体、阳极电极、阴极电极、侧面电极和探测器载板；所述阳极电极设置在碲锌镉晶体的顶面中部，所述阴极电极覆盖在碲锌镉晶体的底面，所述侧面电极分别分布在碲锌镉晶体的侧面，所述探测器载板安装在碲锌镉晶体的顶部并与阳极电极耦合，所述侧面电极与探测器载板上预留的焊盘连接，所述底部阴极通过金线绑定到探测器载板上。
4、进一步，所述碲锌镉晶体采用长方体结构。
5、进一步，所述阳极电极为点状。
6、进一步，所述探测器载板上预设有信号读出电路，通过读出所有电极的感应信号，计算射线与所述探测器相互作用的三维位置信息。
7、一种三维位置重建方法，所述三维位置重建方法应用于上述中任一所述的半球型碲锌镉探测器，所述方法包括：
8、使用阴极信号和阳极信号的幅度比或信号产生的时间差来重建深度位置，利用侧面电极信号的跳变幅度来重建横向平面的二维位置。
9、进一步，所述深度位置是利用阴极信号和阳极信号的幅度比c/a或信号产生的时间差计算，电极上的感应电荷与深度相关，经过外电路积分后线性转换为电压信号，由此通过信号幅度计算得到的c/a比值与深度呈线性关系。
10、进一步，所述重建横向平面的二维位置是利用侧面电极的感应信号建立的不同位置处的响应函数计算获得，其中与x方向垂直的侧面电极产生的信号跳变幅度，被用于计算横向平面x方向的位置；与y方向垂直的侧面电极产生的信号跳变幅度，被用于计算横向平面y方向的位置。
11、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
12、位置灵敏的半球型碲锌镉探测器结构具有三维位置灵敏能力。相比于其他简单型电极结构，更小面积的阳极带来的小电容，可为获得更低的电子学噪声打下良好的基础。该探测器结构兼顾低成本和高能量分辨率的特点，打破国外电极专利和芯片技术的限制，在核辐射探测和成像的关键技术方面掌握自主知识产权；
13、利用数字信号处理方法解决了位置灵敏的半球型碲锌镉探测器中射线与探测器相互作用的三维位置重建方法，实现其三维位置重建，可用于能谱性能改善和伽马射线成像。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，包括：碲锌镉晶体(1)、阳极电极(2)、阴极电极(3)、侧面电极(4)和探测器载板(5)；所述阳极电极(2)设置在碲锌镉晶体(1)的顶面中部，所述阴极电极(3)覆盖在碲锌镉晶体(1)的底面，所述侧面电极(4)分别分布在碲锌镉晶体(1)的侧面，所述探测器载板(5)安装在碲锌镉晶体(1)的顶部并与阳极电极(2)耦合，所述侧面电极(4)与探测器载板(5)上预留的焊盘连接，所述底部阴极(3)通过金线绑定到探测器载板(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述碲锌镉晶体(1)采用长方体结构。
3.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述阳极电极(2)为点状。
4.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述探测器载板(5)上预设有信号读出电路，通过读出所有电极的感应信号，计算射线与所述探测器相互作用的三维位置信息。
5.一种三维位置重建方法，其特征在于，所述三维位置重建方法应用于权利要求1-4中任一所述的半球型碲锌镉探测器，所述方法包括
6.根据权利要求5所述的一种三维位置重建方法，其特征在于，所述深度位置是利用阴极信号和阳极信号的幅度比C/A或信号产生的时间差计算，电极上的感应电荷与深度相关，经过外电路积分后线性转换为电压信号，由此通过信号幅度计算得到的C/A比值与深度呈线性关系。
7.根据权利要求5所述的一种三维位置重建方法，其特征在于，所述重建横向平面的二维位置是利用侧面电极的感应信号建立的不同位置处的响应函数计算获得，其中与x方向垂直的侧面电极产生的信号跳变幅度，被用于计算横向平面x方向的位置；与y方向垂直的侧面电极产生的信号跳变幅度，被用于计算横向平面y方向的位置。
...【技术特征摘要】
1.一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，包括：碲锌镉晶体(1)、阳极电极(2)、阴极电极(3)、侧面电极(4)和探测器载板(5)；所述阳极电极(2)设置在碲锌镉晶体(1)的顶面中部，所述阴极电极(3)覆盖在碲锌镉晶体(1)的底面，所述侧面电极(4)分别分布在碲锌镉晶体(1)的侧面，所述探测器载板(5)安装在碲锌镉晶体(1)的顶部并与阳极电极(2)耦合，所述侧面电极(4)与探测器载板(5)上预留的焊盘连接，所述底部阴极(3)通过金线绑定到探测器载板(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述碲锌镉晶体(1)采用长方体结构。
3.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述阳极电极(2)为点状。
4.根据权利要求1所述的一种半球型碲锌镉探测器，其特征在于，所述探测器载板(5)上预设有信号读出电路，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨剑，曾国强，杨新宇，邓皓文，田成帅，胡传皓，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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