專利名稱：閃爍晶體陣列及具有其的閃爍探測(cè)器的制作方法
閃爍晶體陣列及具有其的閃爍探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于輻射探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種閃爍晶體陣列及具有其的閃爍探測(cè)器。
背景技術(shù)：
閃爍探測(cè)器是高能射線探測(cè)常用得到探測(cè)器之一。閃爍探測(cè)器通常利用能夠有效阻擋和吸收電磁波輻射并與電磁波輻射產(chǎn)生發(fā)光作用的閃爍晶體作為探測(cè)材料。當(dāng)高能射線入射到閃爍晶體內(nèi)，根據(jù)射線能量、晶體有效原子系數(shù)和密度的不同，與晶體發(fā)生不同比例的光電效應(yīng)、康普頓散射效應(yīng)及電子對(duì)效應(yīng)，將能量沉積在閃爍晶體中，被激發(fā)的閃爍晶體退激發(fā)出閃爍光。利用光電探測(cè)器如PMT(Ph0t0multiplier Tube，光電倍增管)將位于可見光區(qū)或紫外光區(qū)的閃爍光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和倍增，形成脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)強(qiáng)度反映了高能射線的能量；脈沖信號(hào)發(fā)生的時(shí)間反映了高能射線的入射時(shí)間；脈沖信號(hào)在多個(gè)光電倍增管中的強(qiáng)度分配反映了高能射線的入射位置等。閃爍探測(cè)器具有探測(cè)效率高，分辨時(shí)間短等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)、安全檢查、高能物理和宇宙射線探測(cè)的研究中。
為獲得高性能的探測(cè)器，除了閃爍晶體陣列和晶體單元的尺寸大小需要合理的設(shè)計(jì)外，還需要對(duì)閃爍晶體內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生的閃爍光的傳播進(jìn)行控制。光傳播控制的兩個(gè)目標(biāo)是一、盡可能使大部分的光能夠傳到光電探測(cè)器上，減小統(tǒng)計(jì)噪聲，從而能夠?qū)π盘?hào)取得較強(qiáng)的能量甄別和時(shí)間甄別，最終可以獲得更高的空間分辨率；二、控制閃爍晶體陣列中的各個(gè)晶體單元按不同的比例把光傳到各個(gè)光電探測(cè)器上，從而能夠利用光電探測(cè)器單元的信號(hào)的比例區(qū)分產(chǎn)生閃爍光的晶體單元，從而確定射線作用的位置，閃爍光在光電探測(cè)器上的分配比例直接影響到了晶體甄別的準(zhǔn)確度，也最終影響探測(cè)器系統(tǒng)的空間分辨率。
傳統(tǒng)上，閃爍探測(cè)器在閃爍光傳播的控制上采用的方法包括以下兩種一、在閃爍晶體陣列的每個(gè)晶體單元上按一定的規(guī)則涂抹白色反光涂料；二、按一定的按一定的規(guī)則在閃爍晶體陣列的每個(gè)晶體單元上粘貼反光膜。
但是，涂抹反光涂料的缺點(diǎn)是光反射率不夠好，經(jīng)過多次反射后光損失較大；而且涂料層具有較大的厚度，因此整個(gè)閃爍晶體陣列內(nèi)的縫隙較大，特別是在晶體單元尺寸較小時(shí)，涂料層占據(jù)的空間比例大，涂料層占據(jù)的空間為探測(cè)死區(qū)，影響了閃爍晶體陣列的探測(cè)效率。貼反光膜的缺點(diǎn)是反光膜有一定厚度通常大于0. 5毫米，而且反光膜的粘貼工藝復(fù)雜、耗時(shí)，一致性差，不適于大批量生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明一方面提出一種用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，該閃爍晶體陣列具有靈活性高、反射率高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一方面還提出一種閃爍探測(cè)器，該閃爍探測(cè)器具有分辨率高、探測(cè)效率高、成本較低的優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列，由多個(gè)晶體單元按預(yù)定設(shè)計(jì)排列而成，且所述多個(gè)晶體單元通過光學(xué)膠或硅油相連，其中每個(gè)所述晶體單元的外表面的一部分上鍍有反光膜以便所述多個(gè)晶體單元上的反光膜共同限定出閃爍晶體陣列的出光面。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列由于采用了鍍膜技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、可以根據(jù)實(shí)際分光設(shè)計(jì)需求的不同，在晶體單元表面鍍上不同形狀、不同大小和不同材料的反光膜，靈活性較高。
2、由于鍍膜工藝鍍上的反光膜反光率較高，能夠使大部分光多次反射后僅從出光面出，最終傳播到光電探測(cè)器上。
3、由于鍍膜厚度可以很薄，可以使晶體陣列更緊湊，降低了光電探測(cè)器的盲區(qū)面積。
4、由于不同模塊相同位置的晶體，以及同一模塊對(duì)稱位置的晶體通常具有一樣的膜方案，可以將這些晶體同時(shí)進(jìn)行鍍膜，提高加工效率，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)晶體單元上的反光膜的分布被設(shè)計(jì)為控制每個(gè)所述晶體單元內(nèi)產(chǎn)生的閃爍光沿預(yù)定路線傳播。經(jīng)過精確設(shè)計(jì)后的晶體單元能夠使入射光經(jīng)多次反射后僅從出光面射出。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述晶體單元由單個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊或多個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊拼接而成。規(guī)則形狀的晶體材料易于切割加工，有利于提高生產(chǎn)效率。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，反光膜通過浸鍍、噴鍍、真空蒸鍍和離子鍍中的至少一種形成在所述晶體單元上。具體鍍膜方式可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，反光膜具有全反特性或半反半透特性。具體反光特性可以根據(jù)分光設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，反光膜為單層或多層。具體膜層數(shù)目可以根據(jù)分光設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃爍晶體單元由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、 鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器，包括閃爍晶體陣列和光電探測(cè)器。其中所述閃爍晶體陣列具有上文所述的技術(shù)特征；所述光電探測(cè)器與所述閃爍晶體陣列耦合以從所述閃爍晶體陣列的出光面接收閃爍光。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器由于采用了基于鍍膜技術(shù)的閃爍晶體陣列，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、具有高的時(shí)間、能量和空間分辨率。
2、結(jié)構(gòu)緊湊，盲區(qū)面積小，具有高的探測(cè)效率。
3、易于實(shí)施和大批量生產(chǎn)，從而降低閃爍探測(cè)器的造價(jià)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃爍探測(cè)器中的光電探測(cè)器為光電倍增管、多像素光子計(jì)數(shù)器、硅光電倍增管、血崩二極管、電子倍增電感耦合器件中的一種。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃爍探測(cè)器中的光電探測(cè)器與所述閃爍晶體陣列通過硅油、有機(jī)玻璃和有機(jī)塑料中的一種耦合。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列的示意圖2為圖1中一個(gè)閃爍晶體單元的示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器的示意圖；以及
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器的響應(yīng)結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作， 因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
下面結(jié)合圖1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列1由多個(gè)晶體單元11按預(yù)定設(shè)計(jì)排列而成，且多個(gè)晶體單元11可以通過光學(xué)膠或硅油相連，其中每個(gè)晶體單元11的外表面的一部分上鍍有反光膜以便多個(gè)晶體單元11上的反光膜共同限定出閃爍晶體陣列1的出光面。例如，在該實(shí)施例中，閃爍晶體陣列1包括36個(gè)晶體單元11，作6X6排列。需要說明的是，此處閃爍晶體陣列的數(shù)目?jī)H作為示例，而非對(duì)本發(fā)明的限制。單個(gè)晶體單元11如圖2所示，包括晶體材料塊1101和鍍?cè)谄湟徊糠滞獗砻嫔系姆垂饽?102。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍晶體陣列由于采用了鍍膜技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、可以根據(jù)實(shí)際分光設(shè)計(jì)需求的不同，在晶體單元11的表面鍍上不同形狀、不同大小和不同材料的反光膜，靈活性較高。
2、由于鍍膜工藝鍍上的反光膜反光率較高，能夠使大部分光多次反射后僅從出光面出，最終傳播到光電探測(cè)器上。
3、由于鍍膜厚度可以很薄，可以達(dá)到微米甚至納米級(jí)別，可以使晶體陣列更緊湊。
4、由于不同模塊相同位置的晶體單元11，以及同一模塊對(duì)稱位置的晶體單元11 通常具有一樣的膜方案，可以將這些晶體單元11同時(shí)進(jìn)行鍍膜，提高加工效率，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，多個(gè)晶體單元11上的反光膜的分布被設(shè)計(jì)為控制每個(gè)晶體單元內(nèi)產(chǎn)生的閃爍光沿預(yù)定路線傳播。經(jīng)過精確設(shè)計(jì)后的晶體單元11能夠使入射光經(jīng)多次反射后僅從出光面射出。例如，每個(gè)晶體單元11由單個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊或多個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊拼接而成。規(guī)則形狀的晶體材料易于切割加工，有利于提高生產(chǎn)效率。
具體地，反光膜可以通過浸鍍、噴鍍、真空蒸鍍和離子鍍中的至少一種形成在晶體單元11上。具體鍍膜方式可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，并且這些鍍膜技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員都是已知的，這里不再詳細(xì)描述。
優(yōu)選地，所述反光膜可以具有全反特性或半反半透特性。具體的反光特性可以根據(jù)分光設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇?？蛇x地，所述反光膜可以為單層或多層。具體膜層數(shù)目可以根據(jù)分光設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，晶體單元11由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成 鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。
下面結(jié)合圖3描述本發(fā)明實(shí)施例的光電探測(cè)器。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器包括閃爍晶體陣列1和光電探測(cè)器 2。其中閃爍晶體陣列1可以為參考上述實(shí)施例描述的閃爍晶體陣列。光電探測(cè)器2與閃爍晶體陣列1耦合以從閃爍晶體陣列1的出光面接收閃爍光。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閃爍探測(cè)器由于采用了基于鍍膜技術(shù)的閃爍晶體陣列，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、具有高的時(shí)間、能量和空間分辨率。
2、結(jié)構(gòu)緊湊，盲區(qū)面積小，具有高的探測(cè)效率。
3、易于實(shí)施和大批量生產(chǎn)，從而降低閃爍探測(cè)器的造價(jià)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃爍探測(cè)器中的光電探測(cè)器為光電倍增管、多像素光子計(jì)數(shù)器、硅光電倍增管、血崩二極管、電子倍增電感耦合器件中的一種。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃爍探測(cè)器中的光電探測(cè)器與所述閃爍晶體陣列通過硅油、有機(jī)玻璃和有機(jī)塑料中的一種耦合。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，閃爍探測(cè)器包含由36個(gè)閃爍晶體單元組成的閃爍晶體陣列1和由4個(gè)光電倍增管組成的光電探測(cè)器2。其中閃爍晶體單元采用硅酸釔镥，尺寸為3. ISmmX3. 18mmX20mm，排列為6行6列的閃爍晶體陣列；每個(gè)閃爍晶體單元的一部分表面鍍上反射膜。采用真空鍍膜的方法，對(duì)多個(gè)閃爍晶體單元表面鍍反射膜，鍍膜材料使用銀，厚度為0. 1 μ m。以一個(gè)位于閃爍晶體陣列一角的閃爍晶體單元的鍍膜方案為例，如圖2所示，該閃爍晶體單元朝外兩邊全部鍍滿，和其它閃爍晶體單元拼接面鍍上90%長(zhǎng)度的反光膜1102。采用光學(xué)膠將多個(gè)閃爍晶體單元組裝成閃爍晶體陣列1，最終組裝成的閃爍晶體陣列1尺寸為19. 2mmX 19. 2mmX20mm。選用4個(gè)R260型號(hào)、直徑19mm 的光電倍增管對(duì)閃爍光進(jìn)行檢測(cè)，將光電倍增管陰極高壓為-1000V，陽極高壓為0V。如圖3所示，該閃爍晶體陣列1與光電探測(cè)器2用硅油進(jìn)行耦合，組成閃爍探測(cè)器。
如圖4所示，為該閃爍探測(cè)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該探測(cè)器以自身镥176的本底進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試30分鐘，可以清楚地區(qū)分出6X6的晶體單元響應(yīng)。
本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于，所述閃爍晶體陣列由多個(gè)晶體單元按預(yù)定設(shè)計(jì)排列而成，且所述多個(gè)晶體單元通過光學(xué)膠或硅油相連，其中每個(gè)所述晶體單元的外表面的一部分上鍍有反光膜以便所述多個(gè)晶體單元上的反光膜共同限定出閃爍晶體陣列的出光面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于，所述多個(gè)晶體單元上的反光膜的分布被設(shè)計(jì)為控制每個(gè)所述晶體單元內(nèi)產(chǎn)生的閃爍光沿預(yù)定路線傳播。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于，每個(gè)所述晶體單元由單個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊或多個(gè)長(zhǎng)條形晶體塊拼接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于， 所述反光膜通過浸鍍、噴鍍、真空蒸鍍和離子鍍中的至少一種形成在所述晶體單元上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于， 所述反光膜具有全反特性或半反半透特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于， 所述反光膜為單層或多層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列，其特征在于， 所述晶體單元由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。
8.一種閃爍探測(cè)器，其特征在于，包括閃爍晶體陣列，所述閃爍晶體陣列為根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的用于閃爍探測(cè)器的閃爍晶體陣列；和光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器與所述閃爍晶體陣列耦合以從所述閃爍晶體陣列的出光面接收閃爍光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閃爍探測(cè)器，其特征在于，所述光電探測(cè)器為光電倍增管、多像素光子計(jì)數(shù)器、硅光電倍增管、血崩二極管、電子倍增電感耦合器件中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的閃爍探測(cè)器，其特征在于，所述光電探測(cè)器與所述閃爍晶體陣列通過硅油、有機(jī)玻璃和有機(jī)塑料中的一種耦合。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種閃爍晶體陣列和具有其的閃爍探測(cè)器。本發(fā)明的閃爍晶體陣列由多個(gè)晶體單元按預(yù)定設(shè)計(jì)排列而成，且多個(gè)晶體單元通過光學(xué)膠或硅油相連，其中每個(gè)晶體單元的外表面的一部分上鍍有反光膜以便多個(gè)晶體單元上的反光膜共同限定出閃爍晶體陣列的出光面。本發(fā)明的閃爍探測(cè)器具有靈活性高、反射率高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01T1/202GK102565841SQ201210025490
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者劉亞強(qiáng), 夏彥, 王石, 馬天予, 魏清陽 申請(qǐng)人:清華大學(xué)