[发明专利]一种核探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及射线探测技术领域，尤其涉及一种核探测装置。

背景技术

目前，核探测器是高能物理与核物理研究领域中用于射线探测的关键部件，在军事、工业检测以及医学影像等领域都有广泛的应用。依据功能的不同，核探测器可以分为位置灵敏型、能量分辨型和时间分辨型以及同时具备多种功能的探测器等。其中，闪烁探测器是核探测器中的常用技术，其中的闪烁材料是用于探测和记录各种射线粒子（包括X射线、γ射线以及中子等）的发光材料，当具有较高能量的带电或不带电粒子通过闪烁体时，其能量被吸收，从而引起这些材料的分子或原子激发和电离，当这些受激分子或原子由激发态回到基态时会以光子的形式释放能量，而发射的光子具有特定的能谱并被称为闪烁光，通过测量闪烁光的发光光谱就可以分析和记录各种射线的特性，从而测量其发光位置，闪烁探测器可以用于射线的定位以及成像。

射线的定位是核探测器的关键功能之一，由于高能射线通常具有较高的穿透深度，对其吸收系数的要求使得闪烁材料必须具有一定的厚度，而各向同性发射的光子导致系统的横向分辨率随着闪烁材料厚度的增加而降低，因而位置分辨型核探测器通常采用结构化的闪烁材料，例如具有微针状结构的碘化铯薄膜在X射线计算机断层扫描（CT）系统中得到了广泛的应用，具有类似结构的ZnO晶体则被用于中子探测。另外，人为创造结构化晶体阵列也是解决位置分辨问题的另一方法，例如在正电子发射断层扫描（PET）系统中通常将晶体切割成条，在侧壁添加隔离层后重新组合成阵列，或将晶体填充在具有固定形状的模板中，从而降低闪烁光在不同“像素”（阵列单元）之间的串扰。

虽然上述现有技术中的方案可以提高核探测器的位置分辨能力，但上述技术方案也丧失了其沿深度方向的位置信息，同时随着闪烁材料厚度的增加，光传输效率也逐渐降低，影响了核探测器的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种核探测装置，能够降低对闪烁材料的要求，直接得到闪烁光在闪烁材料中产生位置的三维信息，能在实现位置分辨的同时具有能量分辨能力，且闪烁光的收集效率也得到了提高，从而提升了核探测装置的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种核探测装置，所述装置包括闪烁单元、微光学单元、光电转换器件，以及图像采集与数据处理单元，其中：

所述闪烁单元为有机或无机的晶体或薄膜材料，用于将入射射线转换成闪烁光，转换后的闪烁光射向所述微光学单元；

所述微光学单元为微透镜阵列，该微透镜阵列由多个结构和参数相同的单元透镜组成，射向所述微光学单元的闪烁光经各个单元透镜折射聚焦后产生射线照射物体的单元图像，并被所述光电转换器件接收；

所述光电转换器件将接收到的单元图像转换成二维数据电信号，并传递给所述图像采集和数据处理单元；

所述图像采集与数据处理单元采集、存储和处理由所述光电转换器件转换得到的二维数据电信号，并根据所述装置的光路结构进行数据重建，得到光子在所述闪烁单元中产生的位置。

所述装置还包括光学组件，所述光学组件设置在所述微光学单元的前端或后端，或所述微光学单元内置于所述光学组件的内部；

所述光学组件由一个或一组透镜组成，根据产生闪烁光的位置不同将所述闪烁单元吸收入射射线后产生的闪烁光聚焦于所述微光学单元左侧或右侧的某一点，所述光学组件用于缩小所述闪烁单元的成像尺寸，使之与微光学单元或光电转换器件的几何尺寸相匹配。

所述光学组件包括凸透镜，或根据设计需要使用凹透镜、反光镜或分光镜。

所述微光学单元采用二维平面阵列设计；或采用一维线性阵列设计；或采用立体排列方式设计。

所述立体排列方式包括：球形、半球形或多边性。

所述闪烁单元所采用的闪烁材料具有高透明性和光传输各向同性的特点；

且所述闪烁材料为整块闪烁体，或由多块闪烁体进行拼接而成；

所述整块闪烁材料的形状被设计成圆柱体、多面体、圆球或薄膜；

拼接而成的闪烁体阵列为平面结构，或为不同形状的立体结构。

所述入射射线包括X射线、γ射线或中子射线。