[发明专利]使用波长偏移光纤耦合闪烁检测器进行X射线检查

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年2月14日的序列号为第61/598,521号和第61/598,576号的两项美国临时专利申请，以及提交于2012年3月6日的序列号为第61/607,066号的美国临时专利申请的优先权，在此结合其全文作为参考。

技术领域

本发明涉及光纤耦合闪烁检测器并涉及它们的制造方法，并涉及利用光纤耦合闪烁检测器有效检测x射线的x射线检查系统和方法。

背景技术

辐射和粒子的光纤耦合闪烁检测器已经被使用了过去的超过30年的时光。在一些情况下，闪烁体是像素化的，包括离散的闪烁体元件，而在其它情况下，则采用其它的手段(例如正交交叉耦合光纤)以便提供空间分辨率。第6,078,052号(授予DiFilippo)以及第7,326,9933号(授予Katagiri等人)的美国专利提供了光纤耦合闪烁检测器的示例，在此结合其二者的内容作为参考。由DiFilippo和Katagiri等人说明的检测器采用了波长偏移光纤(WSF)，使得由光纤的芯材再发射的光可以较低衰减被传导至部署在方便的位置处的光检测器，其通常远离闪烁体本身。空间分辨率在例如中子成像的应用中具有特殊价值。空间分辨率在费米大区域太空望远镜(Fermi Large Area Space Telescope)(以前称为GLAST)的应用中也是极为重要的，在其中高效分段的闪烁检测器采用了WSF读出器以用于检测高能宇宙射线，正如在Moiseev等人的High Efficiency plastic scintillator detector with wavelength-shifting fiber readout for the GLAST Large Area Telescope,Nucl.Instr.Meth.Phys.Res.A，vol.538，pp.372-81(2007)，中所说明的，在此结合其内容作为参考。

由于在迄今为止已经采用了光纤耦合闪烁体检测器的背景下，所有已知的光纤耦合闪烁体检测器已经计算由粒子(光子或块状粒子)与闪烁体的独立的相互作用所产生的脉冲，从而能够基于由闪烁体再发射的光的累积流量确定由入射粒子沉积的能量。

但是，x射线反向散射检查系统的检测要求与现有光纤耦合发光检测器所提出的要求完全不同。反向散射x射线检查系统已经被使用了超过25年以用于检测在行李、集装箱、车辆，以及个人的内部所隐藏的有机物质。由于大量的有机物质优选地散射x射线(通过康普顿(Compton)散射)而不是吸收它们，这些物质在反向散射成像中显现为更为明亮的物体。只要入射x射线被散射到所有方向上，则对灵敏度的要求远超过空间分辨率，并且在大多数散射应用中，并不关心检测器空间分辨率，这是因为分辨率是由入射光束而不是通过检测来控制的。

在图1A的侧横截面以及图1B中的正横截面中所示出的类型的“传统”闪烁检测器100的情况下，由x射线散射系统造成的大面积和高灵敏度的特定检测要求尤其难以满足。在第5,302,817号美国专利(授予Yokota)中说明了这样的检测器的示例，在此结合其内容作为参考。典型地，在不透光的盒子102中使用闪烁屏幕103作为衬底，其中入射的x射线辐射101被转换成闪烁光，其通常具有UV、可见光，或更长的波长，是电磁(EM)频谱的部分。大型光电阴极区域的光电倍增管(PMT)105被连接以经由孔口108接收闪烁光。这里存在一个问题：屏幕内发出的闪烁光分量将由屏发射至封闭空间中。剩余的闪烁光于屏幕材料中被损耗。闪烁屏幕103被设计成使所发射的光的分量最大化，这等于是保证了屏幕103和填充检测器空间的介质(一般为空气)之间的界面具有较大的传输系数T。但是，在图1A和图1B中所描绘的这种传统的反向散射检测器中，闪光屏幕103还应起到良好的反射器的作用，因为闪烁光，一旦被发射到盒子102的空间中，一般需要多次反射，直到其到达光电检测器105。因此，屏幕表面的反射系数R也应该较大，但是，由于T和R的总和被限制成统一数，所以T和R二者不能同时被最大化，而必须做出折衷。结果，传统的反向散射检测器的光收集效率固有地较低，仅有被收集到光电检测器中的光所产生的闪烁的百分之几。