制動光子的光譜及空間分布的測定方法和相關裝置的製作方法

2023-05-16 18:10:56

專利名稱：制動光子的光譜及空間分布的測定方法和相關裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種制動光子的光譜及空間分布的測定方法和相關的裝置。本發明可以應用在，例如，X射線、醫學成像、斷層掃描、非法物品的非破壞性的特徵描述、高強度中子流的產生等領域。
背景技術：
通過一電子加速器來產生中子是一種可以獲得高中子流的已知技術。電子經由一光子束產生中子來自加速器的電子朝一個會發射光子被稱為制動靶的第一靶定向，而由此射出的光子接著朝一個會發射中子的被稱為轉換靶的第二靶定向。在利用這樣的電子加速器的測量技術的範圍內，必須對所發射光子的光譜和空間分布，以及由檢測器和採集用電子器件形成的總成的特性有良好的認識。本發明的方法滿足此需求。

發明內容
實際上，本發明涉及一種沿至少一個軸，對於由電子脈衝在一制動靶上實現交互作用而產生的，一制動光子流的光譜及空間分布進行測定的方法，特徵在於所述方法包含-在所述軸的第一點處的一第一中子測量，這是由中子檢測與計數信號的積分而產生，各中子檢測與計數信號因制動光子對以所述第一點為中心的第一轉換靶的衝擊而產生，第一轉換靶對能量明顯大於第一能量閾值的光子十分敏感，參與一檢測與計數信號的形成的中子在兩個連續的電子脈衝之間的一時間範圍內被檢測並計數，-第一轉換靶在所述軸上不同的點做連續位移，並在軸上這些不同的點的每一處， 執行與在所述軸上的第一點處執行的中子測量一樣的一中子測量，及-藉助帶有互不相同且與第一能量閾值不同的能量閾值的一系列不同的轉換靶， 執行與在所述第一點及所述不同的點處的測量一樣的一系列中子測量。本發明還涉及一種沿至少一個軸，對於由電子脈衝在一制動靶上實現交互作用而產生的，一制動光子流的光譜及空間分布進行測定的裝置，特徵在於所述裝置包含-一用於轉換及檢測中子的總成，由至少二轉換靶及一測量單元構成；各轉換靶能夠產生在制動光子的作用下所感生的中子，並且各轉換靶對能量明顯大於一能量閾值的光子十分敏感，而且所述轉換靶的能量閾值彼此不同；測量單元由一或多個氦3He檢測器組成，用於檢測並計數由各轉換靶所產生的感生中子，氦3He檢測器包含在一中子慢化劑內， 此中子慢化劑被封包在一熱中子吸收器內，各轉換靶被接連地置於熱中子吸收器面對制動靶的一個面上，-一電子處理電路，處理由中子轉換與檢測總成所傳送的信號，所述電子處理電路包含用於在兩個連續的電子脈衝之間的時間範圍上控制中子的檢測及計數的裝置，及-沿所述軸移動中子轉換與檢測總成的裝置。
本發明方法的一個優點是提供，在線知悉及檢查電子加速器的正確操作及無漂移，的可能性。中子測量有利地使認知光子束的不可缺少的部分，換言之其強度及其能量 (即功率)，的穩定性，成為可能。本發明方法還以一有利方式，藉助一感生中子分量(增益對比)的測量來使取得光子分量的特徵成為可能。用本發明方法所獲得的光子流的良好的空間特徵也使得讓產生中子的轉換靶處於最佳狀態成為可能。此外，已知藉助一制動光子束來直接查詢要鑑別的材料是非常重要的。本發明方法所能夠實現的制動光子束的正確特徵描述，有利地使獲得更好的材料鑑別結果成為可能。特別是使優化工作特性及縮短測量持續時間，並進而減少成本成為可能。


在參照附圖閱讀一優選實施例時，本發明的其它特徵及優點將變得更加清晰，其中圖1描繪一用於實施本發明方法的裝置；圖2描繪圖1中的本發明的裝置中所使用的一中子測量單元的立體圖；圖3描繪實施本發明方法所使用的移動單元的一範例；圖4描繪通過本發明方法所獲得的制動光子的光譜及空間分布的一範例；以及圖5描繪對於制動光子的不同輻射能量，由通過本發明方法所測得的信號的不同的歸一化值所形成的比值R。在所有圖式中，相同的參考數字表示相同的組件。
具體實施例方式圖1描繪一用於實施本發明方法的裝置。此裝置包含用於產生制動光子的裝置，及用於沿空間中的至少一個軸來測量由此產生的制動光子的光譜及空間分布的裝置。產生制動光子的裝置由一電子加速器1及置於一靶架3中的一制動靶2構成。加速器1以脈衝的形式發射電子e_。脈衝頻率介於，例如，IOHz與300Hz之間，而脈衝寬度等於，例如，4. 5 μ S。電子的能量等於，例如，6MeV、9MeV或llMeV。電子因受到制動靶2，例如鎢靶，的幹擾而產生制動光子Ph。測量光子束的光譜及空間分布的裝置由一個轉換及檢測中子的一總成6及一電子處理電路9構成。中子轉換與檢測總成6包含至少兩個轉換靶5及一測量單元10，轉換靶相繼地被置於測量單元10上。各轉換靶均能夠產生在光子束ph的某一能量閾值以上所感生的中子，而與靶相關的能量閾值隨靶不同而各不相同。測量單元10測量由各轉換靶5 產生的感生中子。測量單元10由包含在一中子慢化劑7內的一或多個氦3He檢測器8構成，中子慢化劑7本身被封包在吸收熱中子(能量非常低的中子)的一吸收器4內。如此設計的檢測器單元因而僅對快中子敏感並從而僅極輕微地受到環境及其對中子產生的慢化效應的影響。轉換靶5被置於吸收器4面對制動靶2的一個面上。如圖2中所示，轉換靶5以居中方式被置於吸收器4的那個面上以使光子ph的檢測處於最佳狀態。在轉換靶5的中心點，垂直於面4表面的法線界定一軸χ。根據本發明的優選實施例，氦檢測器8成對組合在一起且形成三條測量通道，一條前通道和兩條後通道。電子處理電路9為一快速電子電路，針對每一條測量通道i(i = 1,2,3)包含一個ADSF型放大器Ai (i = 1,2,3) (ADSF是 "Amplificateur Discriminateur Seuil FenStre」(閾值窗鑑頻放大器)的縮寫)。中子測量是在可以擺脫電子脈衝期間所發射的制動光子的時間間隔內執行。優選地，所述時間間隔的選擇也要給中子檢測器及電子處理電路留出足夠的時間，以便於所述檢測器及所述電路恢復它們所有的檢測特性。實際上，制動光子是在電子與制動靶2交互作用期間準瞬間產生的。因此，制動光子以和電子相同的時間分布，即相同的脈衝寬度及相同的重複頻率，被發射出來。因此，這些制動光子存在於整個電子脈衝寬度期間，典型地，在幾微秒到幾十微秒間變動。在電子脈衝期間，中子檢測器完全被由它們引起的光子脈衝混淆，從而運轉不正常。中子檢測器在一光子脈衝停止後僅幾十微秒即恢復它們所有的特性。因此感生中子分量的測量僅在光子脈衝之間，且優先地，在適合的時間範圍內執行，這樣不僅中子檢測器，處理電子器件也都已經恢復它們的檢測特性。為此，電子處理電路9包含傳送一控制指令C的控制裝置M,控制指令C施加於電子檢測電路，禁止在所述時間範圍以外對中子進行檢測和計數。在中子轉換與檢測總成6的一已知位置，一周期的測量是由在連續的電子脈衝之間測量到的一系列中子檢測與計數信號的積分組成。作為非限制性範例，測量是針對電子脈衝頻率等於90Hz而執行，要執行MOO個測量周期，並且每條測量通道的採集時間等於 ο μ S。有一個能使中子轉換與檢測總成6沿著空間中的至少一個軸移動的裝置。移動沿著，例如，由三維直角坐標系(X，y，ζ)所界定的空間中的三個垂直方向中的至少一個方向進行，軸χ是之前所定義的軸。舉例而言，圖3描繪一遠程控制的移動單元B，其使中子轉換與檢測總成6沿軸y以50mm的節距，在相對於橫坐標y = 0的中央位置位於_500mm的第一端位A，與相對於所述中央位置位於+500mm的第二端位U之間移動。轉換靶5由一種能夠在光子束ph的某一能量閾值以上，相應地，在電子e_的某一能量閾值以上產生所感生的中子的材料構成。因此，適合於不同的電子能量閾值的不同的靶被依次地選出以實施本發明方法，從而達成在一大的能量範圍上測定光子流的分布的目標。靶5可以是，例如，用於電子能量大於6Mev的一鈾23M靶及，用於電子能量大於1.67Mev 的一鈹Be靶。圖4描繪通過本發明方法所獲得的光譜及空間分布的一範例。裝備有一鈾238U轉換靶的一氦^fe檢測器沿軸y在制動靶前方移動，這距離制動靶2大體上有Im遠。靶以 50mm的節距在-500mm與+500mm的測量範圍之間移動(參見圖幻。靶由直徑大體上等於 50mm且厚度大體上等於3mm的一圓形鈾錠構成。電子的能量大體上等於9Mev。圖4描繪由氦檢測器檢測到的計數，它是光束張角θ (χ軸與由制動靶2及靶5所界定的軸之間的角度)的函數。針對不同的電子能量，圖5描繪，由通過本發明方法測得的信號的不同的歸一化值所形成的比值R，它是測量靶的位移的函數。在測量裝置的一已知位置，比值R等於在所述已知位置測得的信號值除以在所有位置測得的最大信號值。測量靶的移動沿軸y進行，這距離制動靶2大體上有1米遠。靶以IOmm的節距在-SOmm到+80mm的測量範圍之間移動。曲線C1、C2及C3分別對應於一等於6Mev、9Mev及IlMev的電子能量。所獲得的輪廓在任何能量下均非常規則。圖4及5中所呈現的結果涉及測量靶5是一鈾靶的情況。如同上文已提到過的，這樣的一種靶優先應用於大於或等於6Mev的電子能量，這是23M同位素的閾值能量。對低於6Mev的能量值而言，使用的是其他的靶，例如，鈹Be靶。所測得的由光子與轉換靶的交互作用而產生的中子信號淹沒在加速器的運轉中所固有的一中子信號中。因此，希望在靶不存在下執行中子的計數，以便測量代表加速器運轉中的中子信號的噪聲，所述噪聲接著要從可用信號中減掉。為此，與測量單元10連接的電子處理電路包含能夠存儲所完成的測量，並計算在轉換靶存在與不存在下分別測得的信號的差的電路。
權利要求
1.一種沿至少一個軸，對於由電子脈衝在一制動靶(2)上實現交互作用而產生的，一制動光子流的光譜及空間分布進行測定的方法，特徵在於所述方法包含-在所述軸的第一點處的一第一中子測量，這是由中子檢測與計數信號的積分而產生， 各中子檢測與計數信號因制動光子(Ph)對以所述第一點為中心的第一轉換靶(5)的衝擊而產生，第一轉換靶對能量明顯大於一第一能量閾值的光子十分敏感，參與一檢測與計數信號的形成的中子在兩個連續的電子脈衝之間的一時間範圍內被檢測並計數，-第一轉換靶( 在所述軸上不同的點做連續位移，並在軸上這些不同的點的每一處， 執行與在所述軸上的第一點處執行的中子測量一樣的一中子測量，及-藉助帶有互不相同且與第一能量閾值不同的能量閾值的一系列不同的轉換靶，執行與在所述第一點及所述不同的點處的測量一樣的一系列中子測量。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一轉換靶是具有第一能量閾值的一鈹靶且第二轉換靶是具有大於所述第一閾值的第二能量閾值的一鈾靶。
3.根據前面的權利要求中任一項所述的方法，其中通過所述電子與所述制動靶O)的交互作用而產生制動光子的一電子加速器(1)運轉作中所固有的一中子信號在轉換靶不存在的情況下在所述時間範圍內且在所述軸的每一點處被測量，且所述電子加速器的運轉中所固有的中子信號的測量值從在存在轉換靶的情況下所測量的中子檢測與計數信號中減掉。
4.根據前面的權利要求中任一項所述的方法，其中所述檢測與計數信號由一氦3He檢測器單元來測量。
5.一種沿至少一個軸，對於由電子脈衝在一制動靶(2)上實現交互作用而產生的，一制動光子流的光譜及空間分布進行測定的裝置，特徵在於所述裝置包含-一用於轉換及檢測中子的總成(6)，由至少二轉換靶(5)及一測量單元(10)構成，各轉換靶( 能夠產生在制動光子的作用下所感生的中子，並且各轉換靶( 對能量明顯大於一能量閾值的光子十分敏感，而且所述轉換靶的能量閾值彼此不同；測量單元由一或多個氦3He檢測器(8)組成，用於檢測並計數由各轉換靶所產生的感生中子，氦3He檢測器(8) 包含在一中子慢化劑(7)內，所述中子慢化劑(7)被封包在一熱中子吸收器(4)內，各轉換靶( 被接連地置於熱中子吸收器(4)面對制動靶O)的一個面上，-一電子處理電路(9)，處理由中子轉換與檢測總成(6)所傳送的信號，所述電子處理電路(9)包含用於在兩個連續的電子脈衝之間的時間範圍上控制中子之檢測及計數的裝置，及-沿所述軸移動中子轉換與檢測總成(6)的裝置(B)。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中沿所述軸移動中子轉換與檢測總成(6)的裝置 (B)由一遠程控制的移動單元(B)構成。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其中第一轉換靶是具有一第一能量閾值的一鈹靶且第二轉換靶是具有大於所述第一閾值的第二能量閾值的一鈾靶。
全文摘要
本發明涉及一種在空間(x，y，z)中沿著至少一個方向對一制動光子流的光譜及空間分布進行測定的方法，特徵在於所述方法包含，測量因制動光子(ph)對在空間(x，y，z)中循所述方向被移動的至少一轉換靶(5)的衝擊而產生的中子。本發明可應用於X射線、醫學成像、斷層掃描等。
文檔編號G01T3/00GK102317812SQ200980156299
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月14日 優先權日2008年12月16日
發明者亞闌·馬裡安尼, 艾曼紐·雷恩, 阿布達拉·裡歐西 申請人:原子能與替代能源委員會