[发明专利]面阵列像素探测器、辐射探测系统及辐射场探测方法

说明书

本发明提供一种面阵列像素探测器、辐射探测系统及辐射场探测方法，包括：位于探测介质的第一表面的像素阵列阳极；位于探测介质的第二表面的阴极，阴极包括若干阴极电极块，各阴极电极块相互独立。本发明中同时到达阴极面不同位置的光子，会从连接不同分区的阴极电极块读出信号，达到了正确区分同时到达的光子信号的目的；同时通过系统自我计算判断实现高、中、低，各种强度辐射场灵活应用的方式，提高了探测系统的应用范围和灵活处理能力；能够让系统操作人员在不需要额外配置的情况下，简便直接的使用同一种探测系统设备，得到不同辐射场强度情况下准确的测量结果，为后续的环境处理处置提供最快速有效的依据。

技术领域

本发明涉及核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种面阵列像素探测器、辐射探测系统及辐射场探测方法。

背景技术

放射性核素搜寻和探测识别技术，被广泛应用于环境监测、核电站运营全流程监管、其它核设施的监测、核事故应急测试、核反恐中放射性核素走私或脏弹袭击的安保安防等领域。

放射性核素测试装置包括基于NaI(碘化钠)、CsI(碘化铯)、高纯Ge(锗)的伽马谱仪，基于碲锌镉(CdTe，CdZnTe，CZT)的伽马谱仪、伽马相机、康普顿(compton)相机等。基于NaI、CsI的伽马谱仪的能量分辨率低，多应用于现场测试；基于高纯锗Ge的伽马谱仪能量分辨率是伽马谱仪中最优的，但液氮制冷的装置及维护，限制它更多的应用在实验室内。近二三十年内，各项研究和技术日益成熟的碲锌镉(CdTe，CdZnTe，CZT)半导体探测器，作为室温伽玛和X射线探测器，成为NaI，CsI，和高纯Ge的替代产品，正式走向市场，广泛应用于各个领域。CZT的高探测效率，高能量分辨率，不需液氮制冷室温下的可操作性，使其在很多现场实时监测中，优势显著。传统的便携式伽马谱仪，通常只能提供被检测环境中存在的放射性核素的能量，种类和剂量。而基于CZT半导体探测器的伽马谱仪更突出的一个优势是，单种CZT材料可以实现射线在探测器内部反应位置的三维位置灵敏功能，通过特殊的电极设计和读出电子学系统及算法，利用光子与物质发生反应的康普顿散射原理，得到放射性核素射线进入CZT的入射方向，并应用于CZT辐射成像系统中。这样三维位置灵敏的CZT探测器就能同时实现放射性核素能量测试，核素种类识别，剂量，和放射性核素源在环境中的存在方位测定。这个源于CZT探测器三维位置灵敏特殊功能而新增加的核素源在环境中的定位特性，使得CZT便携或固定式的伽马谱仪能够为环境监测等领域提供全方位的数据，不需要复杂的多点多方位移动测量结果的拼接，而高效的获取污染源或射线源空间分布信息。

如图1所示，CZT半导体探测器1包括探测晶体12，位于所述探测晶体12一表面的阳极11，位于所述探测晶体12与所述阳极11相对表面的阴极13；如图2所示，阳极面通常是面阵列像素，由多个像素阳极111构成阵列结构；而阴极面是大的平面电极，仅为一个电极块，如图3所示。射线光子从阴极面入射，与所述探测晶体发生康普顿效应产生电离或激发，电子和空穴分别迁移到阴极和阳极，系统同时从阴极和阳极获取幅度和时间信息用于后续的数据处理，每个阳极像素信号对应于平面阴极的一个信号。

在进行环境中射线源的搜寻探测时，因为探测晶体本身的特点，通常需要在系统设计或后续信号处理上，进行专门有针对性的矫正，来去除晶体缺陷带来的电荷陷落，幅度涨落及均匀性问题，电荷在不同像素间的分享等问题。这时需要在从阳极的各像素读取信号的同时，也要从阴极读出信号的时间和幅度信息，此时假定阴极的一个信号与阳极的某个像素信号是一一对应的。但是当被检测的环境中，放射性物质多或放射源活度高时，会有太多的射线光子同一时刻进入探测器。太强的环境射线源，使得大量的射线同时到达探测器，大平面的阴极就会出现信号叠加，探测器无法区分这些同时进入的不同的射线光子，这样整个探测系统的工作基础有问题。系统设计假定的是，每个阳极像素信号，对应于平面阴极的一个信号，再成对进行信号处理的；当系统同时从阴极获取幅度和时间信息用于后续的数据处理时，即使有阳极像素阵列给出不同位置的信号，在结合阴极的时间和幅度信息后，如果只是简单的根据阴极信号触发记录时间或完成的信号幅度，就会得出错误的信息。