專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖x射線探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射探測(cè)裝置，具體涉及一種適于脈沖X射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的閃爍探 測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
X射線強(qiáng)度和數(shù)目是脈沖X射線源和輻射場(chǎng)的主要參數(shù)之一，它直接決定X射線 與物質(zhì)相互作用的結(jié)果。因此，測(cè)量X射線絕對(duì)強(qiáng)度、數(shù)目及其隨時(shí)間的變化成為脈沖X射 線研究的核心內(nèi)容。獲得脈沖X射線輻射場(chǎng)的絕對(duì)強(qiáng)度、數(shù)目，要求準(zhǔn)確知曉脈沖X射線源 的能譜以及探測(cè)裝置對(duì)不同能量X射線的響應(yīng)(靈敏度)。然而，到目前為止，精確測(cè)量脈 沖X射線源和輻射場(chǎng)的能譜技術(shù)上依然存在極大的困難，在這種情況下，要獲得脈沖X射線 的絕對(duì)強(qiáng)度和數(shù)目等參數(shù)，可行的方法之一就是探索和建立能量響應(yīng)(靈敏度)不隨X射 線能量變化的脈沖X射線探測(cè)技術(shù)原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研制出能量響應(yīng)平坦的探測(cè)裝置。由 于X射線與物質(zhì)相互作用的截面與能量密切相關(guān)，要研制在較寬能譜范圍內(nèi)探測(cè)靈敏度恒 定不變(能量響應(yīng)平坦)的探測(cè)裝置是一項(xiàng)技術(shù)難度很大的課題，也是脈沖X射線輻射場(chǎng) 絕對(duì)測(cè)量一直想攻克的難題。常見(jiàn)的一些探測(cè)裝置并不具備能量響應(yīng)平坦的特性，例如X射線二極管、半導(dǎo)體 探測(cè)裝置以及普通的閃爍探測(cè)裝置均被用于脈沖X射線源強(qiáng)度探測(cè)方面研究，由于脈沖X 射線源通常具有較寬的能量分布，這些探測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果直接反應(yīng)的是劑量和劑量率，X射 線輻射場(chǎng)強(qiáng)度需要根據(jù)輻射場(chǎng)能譜分布及探測(cè)裝置能量響應(yīng)回推，然而脈沖X射線能譜測(cè) 量技術(shù)上存在很大的困難，通常根據(jù)軔致輻射理論譜來(lái)?yè)Q算，由于實(shí)際的能譜分布與理論 譜存在一定的差異，導(dǎo)致計(jì)算得到的強(qiáng)度起伏很大，難以滿足目前強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的探測(cè)裝置探測(cè)靈敏度不穩(wěn)定、無(wú)法滿足射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的需求 的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，它包括中空的金屬外殼5、設(shè)置在金屬 外殼兩相對(duì)端的入射窗6和出射窗7、探測(cè)部件以及光電探測(cè)器8，所述探測(cè)部件設(shè)置在金 屬外殼5、入射窗6和出射窗7圍成的空腔10內(nèi)，所述光電探測(cè)器8通過(guò)金屬外殼上設(shè)置的 孔與空腔10連通，其特征在于所述探測(cè)部件包括無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2和有機(jī)薄膜閃爍體3， 所述無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2設(shè)置在入射窗6內(nèi)側(cè)，所述有機(jī)薄膜閃爍體3設(shè)置在出射窗7內(nèi)側(cè)。上述無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2與入射窗6之間設(shè)置有吸收片1。上述有機(jī)薄膜閃爍體3與出射窗7之間設(shè)置有背散射片4。上述無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2為摻雜氧化鋅晶體，其厚度為0. 1 0. 5mm。上述摻雜氧化鋅晶體為ZnO: In或ZnO: Ga。上述有機(jī)薄膜閃爍體3為塑料閃爍體，其厚度為0. 05 0. 5mm。
上述 吸收片1為鐵、銅、鎳、鋅或銀金屬薄膜材料，其厚度為10 200μπι。上述背散射片4為銀膜，其厚度為50 200μπι。上述光電探測(cè)器8為半導(dǎo)體型光電探測(cè)器、光電倍增管或光電管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明利用有機(jī)薄膜閃爍體及無(wú)機(jī)薄膜閃爍體在幾十到幾百keV的X射線能譜 響應(yīng)互補(bǔ)原理，將兩種薄膜閃爍體進(jìn)行組合，形成補(bǔ)償型閃爍脈沖X射線探測(cè)裝置，該探測(cè) 裝置對(duì)能量幾十至幾百keV區(qū)間的X射線靈敏度響應(yīng)平坦，且具有較快的時(shí)間響應(yīng)，可用于 該能量段脈沖X射線輻射場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)測(cè)量。2、本發(fā)明采用了時(shí)間響應(yīng)較快的閃爍體材料，例如Zn0:In&Zn0:Ga時(shí)間響應(yīng)可 達(dá)到亞納秒，且超快的有機(jī)塑料閃爍體時(shí)間響應(yīng)也在亞納秒，通過(guò)配備超快的光電器件，該 脈沖X射線探測(cè)裝置時(shí)間響應(yīng)可達(dá)到亞納秒水平，能滿足超快脈沖X射線的測(cè)量需求。本 發(fā)明同樣適用于該能段穩(wěn)態(tài)X射線輻射場(chǎng)的強(qiáng)度測(cè)量。3、本發(fā)明在入射窗和無(wú)機(jī)閃爍體之間設(shè)置吸收片，在出射窗和有機(jī)閃爍體之間設(shè) 置背散射片，通過(guò)改變材料、調(diào)整其厚度，可對(duì)探測(cè)器能量平坦響應(yīng)的能量區(qū)間進(jìn)行調(diào)節(jié)， 提高能量響應(yīng)平坦的范圍。


圖1為本發(fā)明雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為有機(jī)薄膜閃爍體對(duì)X射線的能量響應(yīng)相對(duì)曲線；圖3為無(wú)機(jī)薄膜閃爍體對(duì)X射線的能量響應(yīng)相對(duì)曲線；圖4為本發(fā)明補(bǔ)償結(jié)構(gòu)下探測(cè)裝置對(duì)X射線的能量響應(yīng)歸一曲線；附圖標(biāo)記如下1_吸收片，2-無(wú)機(jī)薄膜閃爍體，3-有機(jī)薄膜閃爍體，4-背散射片， 5-金屬外殼，6-入射窗，7-出射窗，8-光電探測(cè)器，9-光電探測(cè)器外殼，10-空腔。
具體實(shí)施例方式為實(shí)現(xiàn)探測(cè)裝置在較寬的能量范圍內(nèi)響應(yīng)平坦，本發(fā)明從射線與物質(zhì)相互作用原 理出發(fā)，對(duì)探測(cè)裝置材料、結(jié)構(gòu)及幾何尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)，研制了 X射線能量在40keV-800keV 區(qū)間內(nèi)響應(yīng)平坦的脈沖X射線探測(cè)裝置。如圖1所示為本發(fā)明一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，它 包括中空的金屬外殼5、設(shè)置在金屬外殼5兩端的入射窗6和出射窗7、探測(cè)部件以及光電 探測(cè)器8，探測(cè)部件設(shè)置在金屬外殼5、入射窗6和出射窗圍7成的空腔10內(nèi)，光電探測(cè)器 通過(guò)金屬外殼5上設(shè)置的孔與空腔連通并通過(guò)電探測(cè)器外殼9固定在金屬外殼5上，探測(cè) 部件包括無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2和有機(jī)薄膜閃爍體3，無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2緊鄰入射窗6設(shè)置，有 機(jī)薄膜閃爍體3緊鄰出射窗7設(shè)置，無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2與有機(jī)薄膜閃爍體3相向而置。光 電探測(cè)器8可以是光電倍增管、光電管以及半導(dǎo)體型光電探測(cè)器。無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2采用的是厚度介于0. 1至0. 5mm的摻雜氧化鋅晶體，包括 ZnO: In和ZnO:Ga，其它快響應(yīng)的無(wú)機(jī)薄膜閃爍體也可用于該探測(cè)裝置設(shè)計(jì)；所采用的有機(jī) 薄膜閃爍體3為塑料閃爍體，厚度介于0. 05至0. 5mm。為了提高能量響應(yīng)平坦范圍在入射窗6與無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2間有吸收片1，在出射窗7與有機(jī)薄膜閃爍體3間設(shè)有背散射片4。吸收片1可為鐵、銅、鎳、鋅、銀等金屬薄膜 材料，厚度介于10至200 μ m。背散射片4為厚度介于50至200 μ m的銀膜。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述圖2為不同厚度 的有機(jī)塑料薄膜閃爍體對(duì)能量30keV至SOOkeV之間X射線的響 應(yīng)曲線，不同厚度(0. lmm、1.2mm、0. 3mm,0. 5mm、0. 8mmU. 0mm)薄膜的曲線變化趨勢(shì)略有差 另|J，較厚的有機(jī)閃爍體對(duì)X射線的響應(yīng)隨著X射線能量增加而增大，較薄的有機(jī)閃爍體在能 量較高時(shí)響應(yīng)略有下降。如圖3所示，無(wú)機(jī)閃爍體ZnO: In薄膜對(duì)X射線的能量在該能量區(qū) 間內(nèi)與有機(jī)閃爍體變化趨勢(shì)剛好相反。兩種薄膜閃爍體對(duì)X射線的能量響應(yīng)變化趨勢(shì)相 反，無(wú)機(jī)閃爍體對(duì)低能X射線響應(yīng)較強(qiáng)，而有機(jī)閃爍體對(duì)高能部分響應(yīng)較強(qiáng)，存在較好的互 補(bǔ)性。為便于光的收集，采取無(wú)機(jī)閃爍體在前、有機(jī)閃爍體在后的串列結(jié)構(gòu)，光電探測(cè)器 由側(cè)面收集閃爍體發(fā)光。同時(shí)為使探測(cè)裝置在較寬的能量范圍內(nèi)響應(yīng)平坦，還需要在束流 通道上設(shè)置一定的材料，通過(guò)改變輻射環(huán)境影響射線在閃爍體內(nèi)能量沉積過(guò)程，進(jìn)而調(diào)節(jié) 響應(yīng)曲線。在閃爍體前側(cè)的衰減物質(zhì)可以適當(dāng)降低低能部分的響應(yīng)，在閃爍體后側(cè)設(shè)置的 材料可以產(chǎn)生背散射電子對(duì)閃爍體響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。探測(cè)器響應(yīng)來(lái)自有機(jī)薄膜閃爍體及無(wú)機(jī) 薄膜閃爍體兩部分，而各自貢獻(xiàn)的大小是個(gè)比例關(guān)系，具體是多少需通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量決定，減 小薄膜面積可降低其發(fā)光，進(jìn)而降低其貢獻(xiàn)。由于薄膜閃爍體對(duì)X射線響應(yīng)曲線形狀與薄 膜厚度及所處的環(huán)境有關(guān)，而與薄膜閃爍體面積幾乎無(wú)關(guān)，所以可通過(guò)調(diào)整閃爍薄膜相對(duì) 面積，調(diào)節(jié)兩種薄膜閃爍體的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度。有機(jī)閃爍體及無(wú)機(jī)薄膜閃爍體組合的脈沖χ 射線探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示輻射探測(cè)部件處在圓柱型金屬外殼5與入射窗6和出 射窗7圍成的空腔內(nèi)；其中無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2處在探測(cè)裝置前端緊靠入射窗6后側(cè)，兩者 之間設(shè)置有吸收片1 ；有機(jī)薄膜閃爍體3處在探測(cè)裝置后端位于出射窗7前側(cè)，兩者之間有 背散射片4 ；金屬外殼5側(cè)面連接有光電探測(cè)器外殼9，其內(nèi)部固定有光電探測(cè)器8。該探測(cè)裝置測(cè)量X射線的工作過(guò)程為X射線經(jīng)探測(cè)裝置入射窗6進(jìn)入探測(cè)裝置 內(nèi)部，與輻射通道上的物質(zhì)相互作用，作用產(chǎn)生的電子與無(wú)機(jī)薄膜閃爍體2及有機(jī)薄膜閃 爍體3作用使之發(fā)光，閃爍體發(fā)光被側(cè)面的光電器件8收集轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)X射線 探測(cè)。此外該探測(cè)裝置在工作中需要準(zhǔn)直和屏蔽。該探測(cè)裝置材料及尺寸組合并不唯一，作為實(shí)施例，選取了 0. 3mmZn0:In摻雜氧 化鋅晶體材料的無(wú)機(jī)閃爍體和0. 15mmST401有機(jī)閃爍體作為輻射探測(cè)材料，探測(cè)裝置入射 窗和出射窗均為0. 2mm鋁，間距為10cm，吸收片材料采用的是100 μ m鐵膜，背散射片材料為 0. Imm的銀，光電探測(cè)器為低噪聲的光電倍增管。該參數(shù)下獲得的探測(cè)裝置響應(yīng)曲線如圖4 所示，在40keV至SOOkeV間響應(yīng)曲線波動(dòng)約為5%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較無(wú)機(jī)薄膜閃爍體和有機(jī) 薄膜閃爍體的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度，選取兩者直徑分別為2. 54mm及2. 12mm。發(fā)明原理典型的硬X射線源能量覆蓋幾十到幾百keV，根據(jù)對(duì)厚度較薄無(wú)機(jī)閃爍 體和有機(jī)閃爍體在該能量區(qū)域的χ射線靈敏度響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，兩種薄閃爍體對(duì)χ射線能譜 響應(yīng)曲線形狀具有很好的互補(bǔ)性，通過(guò)有機(jī)閃爍體與無(wú)機(jī)薄膜閃爍體組合可以獲得能量響 應(yīng)平坦的脈沖X射線探測(cè)裝置。本發(fā)明探測(cè)裝置可被用于吸收法測(cè)量脈沖X射線能譜的相關(guān)研究。
權(quán)利要求
1.一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，它包括中空的金屬外殼(5)、設(shè)置在金屬 外殼兩相對(duì)端的入射窗(6)和出射窗(7)、探測(cè)部件以及光電探測(cè)器(8)，所述探測(cè)部件設(shè) 置在金屬外殼(5)、入射窗(6)和出射窗(7)圍成的空腔(10)內(nèi)，所述光電探測(cè)器⑶通 過(guò)金屬外殼上設(shè)置的孔與空腔(10)連通，其特征在于所述探測(cè)部件包括無(wú)機(jī)薄膜閃爍體 (2)和有機(jī)薄膜閃爍體(3)，所述無(wú)機(jī)薄膜閃爍體(2)設(shè)置在入射窗(6)內(nèi)側(cè)，所述有機(jī)薄 膜閃爍體⑶設(shè)置在出射窗(7)內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述無(wú) 機(jī)薄膜閃爍體(2)與入射窗(6)之間設(shè)置有吸收片(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所 述有機(jī)薄膜閃爍體(3)與出射窗(7)之間設(shè)置有背散射片(4)。
4.根權(quán)利要求3所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述無(wú)機(jī) 薄膜閃爍體(2)為摻雜氧化鋅晶體，其厚度為0. 1 0. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述摻 雜氧化鋅晶體為ZnO: In或ZnO: Ga。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述有 機(jī)薄膜閃爍體(3)為塑料閃爍體，其厚度為0. 05 0. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述吸 收片(1)為鐵、銅、鎳、鋅或銀金屬薄膜材料，其厚度為10 200 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述背 散射片⑷為銀膜，其厚度為50 200 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，其特征在于所述光 電探測(cè)器(8)為半導(dǎo)體型光電探測(cè)器、光電倍增管或光電管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙閃爍體補(bǔ)償型脈沖X射線探測(cè)裝置，它包括中空的金屬外殼、設(shè)置在金屬外殼兩相對(duì)端的入射窗和出射窗、探測(cè)部件以及光電探測(cè)器，探測(cè)部件設(shè)置在金屬外殼、入射窗和出射窗圍成的空腔內(nèi)，光電探測(cè)器通過(guò)金屬外殼上設(shè)置的孔與空腔連通，探測(cè)部件包括無(wú)機(jī)薄膜閃爍體和有機(jī)薄膜閃爍體，無(wú)機(jī)薄膜閃爍體設(shè)置在入射窗內(nèi)側(cè)，有機(jī)薄膜閃爍體設(shè)置在出射窗內(nèi)側(cè)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的探測(cè)裝置探測(cè)靈敏度不穩(wěn)定、無(wú)法滿足射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的需求的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具有靈敏度響應(yīng)平坦，且具有較快的時(shí)間響應(yīng)，可用于該能量段脈沖X射線輻射場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01T1/202GK102109606SQ20101058904
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者余小任, 全林, 劉金良, 張忠兵, 歐陽(yáng)曉平, 陳亮 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所