利用光中子透射对物体成像的方法及探测器阵列技术

本发明专利技术公开了一种利用光中子透射对物体成像的方法，包括步骤：使用中子准直器准直穿过物体的光中子射线以根据该中子准直线的位置确定光中子射线的位置信息；使用探测器模块探测被准直的光中子射线束，其中，探测器模块包括中子慢化体和位于该中子慢化体内部的至少一个热中子探测器，中子慢化体将光中子转化为热中子，热中子探测器测量该热中子以获得光中子射线束穿过物体时的衰减信息；综合所述位置信息和衰减信息以形成所述物体相应部分的图像。该方法利用中子准直器的位置决定光中子射线的位置信息，克服了由于光中子的慢化致使位置信息丧失从而导致无法成像的问题。该方法还通过设置探测器模块阵列来对物体进行成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及利用加速器产生的光中子透射对物体成像的方法以及探测器阵 列。
技术介绍
在安全检测领域，X射线成像技术的应用非常广泛。通常，X射线都是利用电子加 速器提供的电子束轰击电子靶产生。然而，产生的X射线只有少部分用于成像。因此，人们 想到在用X射线成像的同时，还可以通过用X射线轰击光中子靶的方法来产生光中子，以利 用光中子透射物体进行物体成像，由于光中子在物体中与X射线不同的行为特性，因此，利 用两种不同的成像技术，可以提高对物质的识别能力。然而，由于光中子的产生伴随有大量的X射线，使得光中子的测量会受到X射线的 干扰，因此直接对光中子采用快中子探测的方法是行不通的，这就需要对光中子进行慢化， 然后利用热中子探测器进行测量。在利用光中子透射进行成像时，需要获得光中子射线的 位置信息。一般情况下，射线的位置信息是由探测器的尺寸和位置来决定的。但是，在对光 中子进行慢化的过程中，中子的位置发生了弥散，在中子最后被测量到时，其位置信息已经 丧失，因此失去了成像的可能性。本案针对这个问题提出了解决方法，以期能够利用光中子 来实现对被检测物体的二维成像。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供利用光中子透射对物体成像的方法。该方法通过利用中 子准直器的位置确定穿过物体的光中子射线的位置以克服光中子在慢化过程中由于位置 信息的丧失导致无法成像的问题。本专利技术的目的之二是提供一种探测器阵列。该探测器阵列能够探测来自被检测物 体的光中子射线束，以形成相应的图像。该探测器还能够通过增加列数提供物体的完整图像。本专利技术的目的之一可以通过下列方案得以实现。一种利用光中子透射对物体成像 的方法，其使用光中子射线透射所述物体，包括以下步骤使用中子准直器准直穿过所述物 体的光中子射线以根据该中子准直线的位置确定所述光中子射线的位置信息；使用探测器 模块探测被准直的光中子射线束，其中，所述探测器模块包括中子慢化体和位于该中子慢 化体内部的至少一个热中子探测器，所述中子慢化体将所述光中子转化为热中子，所述热 中子探测器测量该热中子以获得光中子射线束穿过所述物体时的衰减信息；和综合所述位 置信息和衰减信息以形成所述物体相应部分的图像。作为上述方法的一个优选实施例，所述探测器模块和所述中子准直器组成探测器 阵列，其中，每列所述探测器模块的数量与所述狭缝的数量相对应以测量通过每个狭缝的 光中子射线束。所述探测器阵列包括多列，每列包括多个所述探测器模块，并且列与列之间 位置相互错开以确保探测器模块能探测到所述物体每个部分的成像信息。这样通过增加探测器列数克服了单一探测器列由于体积大于单个像素的慢化体的影响而不能提供完整图 像的问题，从而能提供物体的完整图像。本专利技术的目的之二可以通过下列方案得以实现。一种探测器阵列，用于利用光中 子透射对物体进行成像，所述探测器阵列包括探测器模块，所述探测器阵列还包括用于确 定光中子位置信息的中子准直器，所述光中子经由所述中子准直器进入每个探测器模块， 其中，所述探测器模块包括中子慢化体和位于该中子慢化体内部的至少一个热中子探测 器，所述中子慢化体将所述光中子转化为热中子，所述热中子探测器测量该热中子以获得 光中子射线穿过所述物体时的衰减信息。为了获得物体的完整图像，可以增加探测器阵列的列数，同时使列与列之间形成 错位以使每个探测器模块测量的光中子射线束相互之间不重叠。通过阅读下列的详细描述及参考附图，本专利技术的其他目的和优点将变得很明显。附图说明图1为产生光中子的示意图；图2为通过中子准直器实现中子位置分辨的示意图；图3为对单个像素成像时慢化体导致的空间损失示意图；图4显示单列探测器模块提供物体1/4面积的图像；图5显示两列探测器模块提供物体1/2面积的图像；图6显示用4列探测器模块扫描物体；图7显示4列探测器模块提供了物体全部面积的图像。具体实施例方式图1显示了光中子的产生方式。如图所示，由电子加速器提供的电子束轰击电子 靶11产生X射线，X射线轰击光中子转换靶12以产生光中子。一般用到的光中子靶材都是 具有低光中子阈值的核素，例如9Be和2H,因此，铍靶和重水靶通常作用中子转换体，其中， 铍靶的反应类型可以用下式表示Y+^e — 8Be+n,阈值1. 67MeV(1)其中， Y代表光子，η代表中子，中子的能量由光子的能量与反应阈值的差值决定。重水靶的反 应类型则可以用下式表示Y+2H —1H+!!,阈值2. 223MeV (2)由上述反应式 (1)和(2)可知，光中子是伴随X射线产生的，一般认为光中子的产生时刻与X射线的产生 时刻是相同的。由于这种光中子的能量在几百keV到几个MeV之间(具体由加速器的能量决定)， 因此属于快中子。尽管光中子转换靶对X射线起到一定的屏蔽作用，但是仍有大量的X射 线伴随光中子。如果用中子探测器直接探测这种光中子，大量的X射线也会进入中子探测 器。由于光中子和χ射线是同时产生的，而电子加速器又是在脉冲状态下工作，脉宽为μ S 的量级，又由于光中子和X射线会在很短的(通常小于lys)时间内从光中子转换靶同时 飞到中子探测器，因此中子探测器在测量中子的同时也会测量到X射线。由于进入中子探 测器的X射线的数量非常多，一般会超出4个量级，因此无论中子探测器对X射线多么不灵 敏，X射线仍会在中子探测器中形成巨大的信号，并且这种信号显著超过中子在中子探测器 中形成的信号，从而对光中子的测量造成严重干扰，导致中子探测器无法获取关于光中子的信息。已知X射线和光中子在物质中具有不同特性· X射线经过数次碰撞之后，就会被 物质吸收，其在物质中的存活时间仅在ns的量级解决了 X射线对光中子测量的干扰； 光 中子在物质中一般要经过大量的碰撞才会被物质吸收。根据物质材料的不同，光中子的碰 撞次数可以从几十次到几千次不等，从时间上看可以从几个μ S到几十ms不等。由这两种 射线不同的行为特性可知如果设置合适的中子慢化结构，让中子在该慢化体中进行减速。 由于将光中子由快中子减速为热中子通常需要大于几个μ s的时间，因此当光中子被慢化 为热中子时，X射线脉冲已经不存在了，此时用热中子灵敏的探测器对慢化后的光中子进行 测量，就可以得到关于光中子的信息，而不会受到X射线的干扰。然而，由于光中子在慢化过程中会丧失位置信息，因此本专利技术利用光中子透射对 物体成像的方法考虑利用中子准直器的位置来决定射线的位置信息。图2显示了通过中子准直器来实现光中子位置分辨的示意图。如图所示，某一束 光中子已经被事先经由准直器61 (见图6)准直为一个扇面，可以用来进行透射成像。图中 给出了 4个中子探测器模块21，排成一列。当然这里的4个中子探测器模块只是用于举例 说明，并无限制本专利技术的意图。实际的探测器模块数量根据实际需要确定，例如根据被检测 物体的面积和期望的分辨率。每个探测器模块中有4个热中子探测器211。同样地，这里的 4个热中子探测器也只是用于举例说明，并无限制本专利技术的意图。热中子探测器的数目根据 灵敏度需要确定，热中子探测器的数目越多，灵敏度越高。因此，热中子探测器最少为1个， 也可为6个、8个等。热中子探测器211处于中子慢化体212内部，并且被中子慢化体212 完全包围。中子慢化体能够使快中子在其中减速本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种利用光中子透射对物体成像的方法，其使用光中子射线透射所述物体，其特征在于，包括以下步骤：使用中子准直器准直穿过所述物体的光中子射线以根据该中子准直线的位置确定所述光中子射线的位置信息；使用探测器模块探测被准直的光中子射线束，其中，所述探测器模块包括中子慢化体和位于该中子慢化体内部的至少一个热中子探测器，所述中子慢化体将所述光中子转化为热中子，所述热中子探测器测量该热中子以获得光中子射线束穿过所述物体时的衰减信息；和综合所述位置信息和衰减信息以形成所述物体相应部分的图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李元景，杨祎罡，李铁柱，张勤俭，吴彬，王虹，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11