[发明专利]一种用于快中子成像的探测器及其校正方法

说明书

本发明涉及一种用于快中子成像的探测器及其校正方法，该探测器从上至下依次包括：第一光电转换器件、第一耦合层、有机闪烁体阵列、第二耦合层和第二光电转换器件；所述有机闪烁体阵列为柱体结构；所述第一耦合层和第二耦合层用于将所述第一光电转换器件、有机闪烁体阵列和第二光电转换器件耦合在一起，所述第一光电转换器件、第二光电转换器件和有机闪烁体阵列的横截面积相同。本发明提供的探测器对快中子具有深度识别能力，解决了快中子探测中轴向位置定位不准确的问题，从而在伴随粒子成像系统中，提高系统的时间分辨率。

技术领域

本发明涉及核成像装置的探测器领域，特别是涉及一种用于快中子成像的探测器及其校正方法。

背景技术

核成像是以探测放射性射线的位置与能量为基础的，在医学诊断、环境评价、科学研究等领域得到了广泛的应用，核成像装置的关键之一就是探测器。目前，用于核成像的探测器主要有气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器等，其中闪烁体探测器的应用极为广泛。

闪烁体探测器一般由闪烁体与光电转换器件组成。中子透射成像使用快中子，探测器部分常使用发光材料，将中子转化成为光子再进行探测。

有研究利用塑料闪烁体和光电转换器件制作的探测器进行中子成像，此类探测器对于中子有一定的抗辐照能力。Adams等使用自研的小型中子发生器，利用塑料闪烁体和硅光电倍增管(SiPM)作中子探测器实现中子透射成像。其中，探测器部分使用的是分立的探测单元(一个闪烁体配合两个SiPM)构成一维的扇形阵列，使用时进行一次平行扫描形成二维图像，工作过程类似电子计算机断层扫描系统。此小型中子发生器只对二维快中子成像进行了研究，并没有涉及到三维快中子成像。

近年来，张雨等采用塑料闪烁体阵列和SiPM探测器阵列进行单端读出，对快中子探测器进行模拟，得到了其能谱响应、探测效率以及成像效果等相关信息。模拟和实验结果显示基于硅光电倍增管快中子成像系统是可行的，为进一步的研究提供了依据。

为了实现快中子探测器的深度识别能力，除了用独立探测器组成阵列，也可以用位置编码方式使探测器具有深度识别能力。这种类型的探测器广泛应用于各种位置灵敏的探测系统，如位置灵敏光电倍增管和SiPM，常用于γ和X射线成像。

目前国内外还没有具有深度识别能力的快中子成像的位置灵敏探测器，本发明使用的闪烁体为有机闪烁体。所有的有机闪烁体都是碳氢化合物，可以分为有机晶体闪烁体、液体闪烁体和塑料闪烁体。有机闪烁体都含有大量的氢原子，所以都可用于快中子测量。快中子打在氢核上，通过n-p弹性散射产生反冲质子，反冲质子引起闪烁体产生荧光而被光电转换器件记录。有机闪烁体的另一共同点是发光衰减时间短，因此可以用于高强度中子通量测量。有机闪烁体还有一个特点，即闪烁光输出产额随时间的变化对于电子和重带电粒子是不同的(前者由γ射线产生，后者由快中子产生的反冲质子产生)。利用适当的电子学波形甄别技术可以将中子和γ给出的脉冲区分开，因此可以在较强的γ本底下测中子。本发明是基于阵列的有机闪烁体探测器，用于探测快中子，通过最后的电子学电路读出，最终得到高位置分辨率、高时间分辨率的快中子探测器。本发明具有普通快中子探测器不具有的三维位置分辨率，从而在伴随粒子成像系统中提高系统的时间分辨率，对快中子探测器的发展提出了新的想法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于快中子成像的探测器及其校正方法，能够解决快中子探测中轴向位置定位不准确的问题，从而在伴随粒子成像系统中，提高系统的时间分辨率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于快中子成像的探测器，从上至下依次包括：第一光电转换器件、第一耦合层、有机闪烁体阵列、第二耦合层和第二光电转换器件；所述有机闪烁体阵列为柱体结构；所述第一耦合层和第二耦合层用于将所述第一光电转换器件、有机闪烁体阵列和第二光电转换器件耦合在一起，所述第一光电转换器件、第二光电转换器件和有机闪烁体阵列的横截面积相同。