[发明专利]一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法

权利要求书

1.一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，包括供水部、实验部和出口部；

所述供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，将外部水流输入至溢流板与恒压水箱侧壁之间，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；

所述实验部包括横向设置的矩形管道，管道进口端通过入口导管连接恒压水箱右侧壁出水口，出口端与出口部的阀门连接；所述矩形管道中段上壁面开有涡旋发生体安装口；所述涡旋发生体安装口上部设置有法兰结构凸台；所述法兰凸台中部为贯通的圆柱孔；涡旋发生体通过法兰连接固定于矩形管道上；所述涡旋发生体截面为外径依次缩小的三级台阶柱体；上段为圆盘形法兰片，中段为圆柱底座，底端为柱形钝体；所述涡旋发生体通过圆柱底座与法兰结构凸台内径配合固定安装；所述法兰片沿轴线开有柱状通孔，圆柱底座上端面与柱状通孔同轴设置有细通孔，延伸至柱形钝体；所述细通孔截面为“L”形，柱形钝体侧壁开有对应的末端开口；示踪剂容器通过示踪剂注入管连接至法兰片轴线通孔，将示踪剂输入至柱形钝体的末端开口，进而流入矩形管道内；

所述矩形管道的出口端通过阀门连接出口导管，排出的液体沿出口导管流入收集箱内；

所述涡旋发生体采用树脂材料通过3D打印制作而成；

通过3D打印，在尺寸统一的法兰结构底座上与不同截面形状的柱形钝体进行组合，实现对不同截面形状下的钝体尾迹流场特性变化的研究。

2.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，还包括储水箱，储水箱内部设置有可调功率水泵，可调功率水泵与外部供水管道相连；恒压水箱左侧出水口将多余液体排入储水箱内。

3.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述恒压水箱右侧出水口连接有涡轮流量计，所述涡轮流量计通过入口导管与矩形管道进口端连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述矩形管道进口端固定有整流海绵。

5.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述示踪剂注入管上设有流量阻尼器。

6.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述法兰片沿圆周方向均匀开设有4个用于旋转法兰的圆弧形沟槽，每个圆弧形沟槽两侧圆心与法兰圆心连线的夹角均为40°；所述柱形钝体采用圆柱形钝体。

7.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述示踪剂容器中采用¹⁸F溶液和墨水的混合溶液作为示踪剂，且示踪剂的正电子核素浓度为5-20mci/L。

8.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述恒压水箱的左右两侧出水口、矩形管道的进口端和出口端均设置有不锈钢内螺纹接口；入口导管、出口导管分别通过外螺纹转宝塔接头与内螺纹接口配合连接。

9.一种采用权利要求1-8中任一项所述用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、关闭阀门，打开示踪剂注入管上的流量阻尼器，在示踪剂容器内的示踪剂溶液滴入矩形管道内后，关闭流量阻尼器，排尽示踪剂注入管内的气泡；

步骤S2、打开可调功率水泵，将储水箱内的水通过外部供水管道注入到恒压水箱内；待水位逐渐升高，依次没过矩形管道和恒压水箱内的溢流板后，通过恒压水箱左侧出口重新回流至储水箱内；此时恒压水箱处于微溢流状态，恒压水箱内的液面高度保持和溢流板高度平齐，因此矩形管道入口处压强同样恒定；

步骤S3、打开阀门后再迅速关闭，重复操作4～5次，排除贴附在矩形管道上侧壁面的气泡；

步骤S4、排除矩形管道内的气泡后，打开并调节阀门，使矩形管道内的液体流速稳定在3cm/s，通过整流海绵使管道内的水流在垂直于流动的方向更加均匀，形成稳定的层流；层流液体对涡旋发生体中伸入矩形管道内的柱形钝体形成绕流，在柱形钝体下游形成钝体尾迹流场；

步骤S5、打开流量阻尼器，使示踪剂通过涡旋发生体内留有的通孔注入到主体管道内的，并绕过柱体流入尾迹流场中；示踪剂随着尾迹流场流动并反映尾迹流场的流动状态，在矩形管道的出口处扩散消失，沿出口导管流出矩形管道，通过收集箱进行收集；

步骤S6、在形成稳定的尾迹流场后，开启PET探测器的扫描模式开始对示踪剂湮灭时产生的γ光子进行采集，在获得γ光子的数据后，将此数据用于PET动态图像重建算法的研究和对钝体尾迹流场的成像与分析。