一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置及方法
2023-10-26 14:10:47 1
一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置，該裝置包括：準直器和位置靈敏探測器，其中：準直器用於通過垂直於位置靈敏探測器平面方向入射的β射線，使得只有垂直入射位置靈敏探測器的β射線能夠擊中位置靈敏探測器中的閃爍光纖；位置靈敏探測器位於準直器的後方，用於對於通過準直器的垂直入射的β射線進行位置探測。本發明同時還公開了一種位置探測方法。本發明採用光纖織布可同時獲取β射線的二維位置信息；能夠減少光收集中的光損失，使大面積的β射線位置靈敏探測器成為可能；增加了光收集效率，有利於位置分辨及能量分辨；大大節約了光電倍增管的數量，降低了成本。
【專利說明】
一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於輻射探測【技術領域】，具體涉及一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]β射線探測器常用於β放射性物質的表面汙染檢測，對於人員(尤其是傷員)β放射性汙染的檢測，需要測量β汙染源的位置分布，以便採取局部洗消，避免細菌感染及放射性物質進入體內造成內照射。
[0003]一般β射線位置靈敏探測器採用塑料閃爍片耦合到位置靈敏的光電倍增管上組成位置靈敏探測器，由於位置靈敏光電倍增管的造價十分昂貴，因此不適用於大面積的β射線位置靈敏探測器。例如Hamamatsu H8500位置靈敏光電倍增管，其有效面積為52mmX52mm,但價格在4萬元左右,如果要為人員設計一個52cmX52cm大小的位置靈敏探測器，則需要100隻光電倍增管，單此一項成本就達到400萬。
【發明內容】
[0004]為了克服了上述β射線位置探測裝置存在的問題，本發明提供一種基於閃爍光纖的β射線位置探測裝置及方法。
[0005]根據本發明的一方面，提出一種β射線位置探測裝置，該裝置包括:準直器和位置靈敏探測器，其中:
[0006]所述準直器用於通過垂直於所述位置靈敏探測器平面方向入射的β射線，使得只有垂直入射所述位置靈敏探測器的β射線能夠擊中所述位置靈敏探測器中的閃爍光纖;
[0007]所述位置靈敏探測器位於所述準直器的後方，用於對於通過所述準直器的垂直入射的β射線進行位置探測。
[0008]可選地，所述準直器採用銅材料製成。
[0009]可選地，所述準直器為多孔結構。
[0010]可選地，所述位置靈敏探測器包括陣列探測器和多陽極位置靈敏光電倍增管，其中:
[0011]所述陣列探測器為具有二維位置靈敏的陣列探測器，用於探測β射線；
[0012]所述多陽極位置靈敏光電倍增管與所述陣列探測器連接，用於收集所述陣列探測器輸出的光信號，將光信號轉換為電信號，並通過區分光信號的來源位置來確定該β射線與所述陣列探測器相互作用的位置。
[0013]可選地，所述陣列探測器由多條閃爍光纖帶交錯編織而成，同一條閃爍光纖帶的兩端束在一起，形成一個整體，耦合到所述多陽極位置靈敏光電倍增管相應的獨立陽極上。
[0014]可選地，所述閃爍光纖帶由一根或多根閃爍光纖順序密集排列而成，所述閃爍光纖的端頭合在一起，採用密排的方式集成一束。
[0015]根據本發明的另一方面，還提出一種利用所述β射線位置探測裝置進行β射線位置探測的方法，所述方法包括以下步驟:
[0016]步驟1，β射線源通過準直器照射到位置靈敏探測器中的某條閃爍光纖帶上，所述β射線在該閃爍光纖帶中產生電離，激發螢光信號，通過在一測量時間內對於該閃爍光纖帶的螢光信號的測量，得到所述β射線與所述閃爍光纖帶作用的位置信息；
[0017]步驟2，平移所述位置靈敏探測器一個單位距離，按照所述步驟1，再次測量β射線與閃爍光纖帶作用的位置信息；
[0018]步驟3，對於兩次位置測量結果進行融合，得到所述β射線源的位置信息。
[0019]可選地，所述步驟I中，在所述測量時間內多次發生β射線照射時，可記錄得到β射線源強度在X方向和Y方向上投影的積分值。
[0020]可選地，所述步驟3中，對於兩次位置測量結果進行疊加，得到疊加後的β射線源強度在X和Y方向上的投影值，通過濾波反投影算法，即可得到β射線源的位置信息。
[0021 ] 可選地，所述方法還包括:
[0022]步驟4，通過標準β輻照場對於位置測量結果進行刻度。
[0023]本發明採用閃爍光纖織布的方法做成位置靈敏探測器進而得到β射線位置探測裝置，本發明具有以下優點:
[0024]I)由於閃爍光纖對光具有一維約束作用，採用光纖織布可同時獲取β射線的二維位置信息；
[0025]2)閃爍光纖既作為β射線探測材料，又作為螢光光子光傳輸介質，減少了光收集中的光損失，使大面積的β射線位置靈敏探測器成為可能；
[0026]3)光纖帶的兩個埠合併到一起，增加了光收集效率，有利於位置分辨及能量分辨；
[0027]4)位置靈敏探測器的靈敏區為光纖交織區域，面積可以很大，而與光電倍增管耦合的區域為光纖的端頭，由於光纖端頭面積很小，因此大大地節約了光電倍增管的數量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明β射線位置探測裝置的結構示意圖；
[0029]圖2是根據本發明一實施例的準直器的結構示意圖；
[0030]圖3是根據本發明一實施例的光纖帶陣列編織的示意圖；
[0031]圖4是多根閃爍光纖組成的光纖帶的結構示意圖；
[0032]圖5是多陽極位置靈敏光電倍增管Hamamatsu H8500的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0034]根據本發明的一方面，提出一種β射線位置探測裝置，圖1是根據本發明一實施例的β射線位置探測裝置的結構示意圖，如圖1所示，所述β射線位置探測裝置包括準直器I和位置靈敏探測器2，其中:
[0035]所述準直器I用於通過大致垂直於(90° 土 Λχ°範圍內，其中X為一小量)所述位置靈敏探測器平面方向入射的β射線，使得只有大致垂直入射所述位置靈敏探測器的β射線能夠擊中所述位置靈敏探測器中的閃爍光纖；
[0036]在本發明一實施例中，所述準直器I採用銅材料製成，並加工成多孔結構，如圖2所示。
[0037]所述準直器I的厚度和孔徑可根據位置解析度的需要來設定。
[0038]所述位置靈敏探測器2位於所述準直器I的後方，用於對於通過所述準直器I的垂直入射的β射線進行位置探測。
[0039]進一步地，所述位置靈敏探測器2包括陣列探測器21和多陽極位置靈敏光電倍增管22，其中:
[0040]所述陣列探測器21為具有二維位置靈敏的陣列探測器，用於傳輸β射線激發的突光信號；
[0041]在本發明一實施例中，所述陣列探測器21由多條閃爍光纖帶211交錯編織而成，其中，同一條閃爍光纖帶211的兩端束在一起，形成一個整體，耦合到所述多陽極位置靈敏光電倍增管22相應的獨立陽極上，這樣沿某條閃爍光纖帶211兩個方向傳播的閃爍光最終可以收集到多陽極位置靈敏光電倍增管22的同一個陽極，從而增加了光收集效率，提高了位置解析度和能量解析度。
[0042]在本發明一實施例中，所述多條閃爍光纖帶211按照圖3所示的交錯織布方式進行編織，成為相互交錯的陣列探測器21，圖3中，Χ1...ΧΜ表示橫向排列的光纖帶序號，Υ1...YN表示縱向排列的光纖帶序號。編織完成後，每條閃爍光纖帶211的兩個端頭束在一起，形成一個圓形或方形的端頭，耦合到所述多陽極位置靈敏光電倍增管22的某個獨立陽極上，這樣光電倍增管的每一個陽極就對應一條光纖帶，從而具備了位置分辨能力。
[0043]進一步地，所述閃爍光纖帶211由一根或多根閃爍光纖順序密集排列而成，呈扁平狀，如圖4所示，圖4中，所述閃爍光纖帶211的寬度為a，如圖4中的上圖所示，具體寬度的取值可根據位置解析度的需要進行調整，例如可從Imm寬調整到Icm寬；所述閃爍光纖的端頭合在一起，採用密排的方式集成一束，其形狀可為圓形或方形，以匹配後端的多陽極位置靈敏光電倍增管22，端頭的直徑為b，如圖4中的下圖所示。作為β射線的探測材料和光傳輸材料，所述閃爍光纖可採用圓形或方形的閃爍光纖。
[0044]所述多陽極位置靈敏光電倍增管22與所述陣列探測器21連接，用於收集所述陣列探測器21輸出的光信號，將光信號轉換為電信號，並通過區分光信號的來源位置來確定該β射線事例與所述陣列探測器21相互作用的位置，即通過區分光信號是從哪一條閃爍光纖帶發出來的，來確定β射線與哪條閃爍光纖帶發生了相互作用。
[0045]在本發明一實施例中，所述多陽極位置靈敏光電倍增管22採用Hamamatsu H8500多陽極位置靈敏光電倍增管，其結構示意圖如圖5所示。
[0046]根據本發明的另一方面，提出一種利用所述β射線位置探測裝置進行β射線位置探測的方法，所述方法包括以下步驟:
[0047]步驟1，β射線源通過準直器I照射到位置靈敏探測器2中的某條閃爍光纖帶上，所述β射線在該條閃爍光纖帶中產生電離，激發螢光信號，通過在一測量時間內對於該條閃爍光纖帶的螢光信號的測量，得到所述β射線與所述閃爍光纖帶作用的位置信息；
[0048]該步驟中，當β射線擊中某條閃爍光纖帶時，在該條閃爍光纖帶中產生電離，激發螢光信號，所述多陽極位置靈敏光電倍增管22對於該閃爍光纖帶進行識別，並記錄該閃爍光纖帶的編號，當在測量時間t內多次發生上述事例時，就可記錄得到β射線源強度在X方向和Y方向上投影的積分值；
[0049]步驟2，平移所述位置靈敏探測器2 —個單位距離，按照所述步驟1，再次測量β射線與閃爍光纖帶作用的位置信息；
[0050]比如，可向右平移位置靈敏探測器2 —個閃爍光纖帶寬度的距離a，重複步驟I的測量，測量時間仍為t。
[0051]步驟3，對於兩次位置測量結果進行融合，得到所述β射線源的位置信息。
[0052]比如，可將所述步驟2測得的位置數據在坐標軸上向左平移距離a，然後與所述步驟I測得的位置數據進行疊加，得到疊加後的β射線源強度在X和Y方向上的投影值，通過濾波反投影算法，即可得到β射線源的位置信息。
[0053]步驟4，通過標準β輻照場對於位置測量結果進行刻度。
[0054]對於β汙染源只是一個點源的情況，位置靈敏探測器只能確定某條閃爍光纖帶(m)有信號，也就是說只能確定β射線的一維位置，這時可以對位置靈敏探測器平移一個單位距離a (—條閃爍光纖帶的寬度)，就可以發現與閃爍光纖帶m相垂直的另一條閃爍光纖帶(η)也有信號，通過數學融合，即可確定該β點源的位置。
[0055]當β汙染源是點面源的情況，可以認為β面源是由多個點源組成的，按照上述方法同樣可以確定β面源的分布情況。
[0056]這樣，通過位置靈敏探測器兩次測量β放射源，其中第二次測量相對於第一次測量平移單位a，然後將兩次測量所得的數據進行融合，就可得到β射線源強度在X和Y方向上的投影值，然後通過濾波反投影算法得到β放射源的二維分布，這就解決了在點源的情況下，探測器一次測量只具有一維分辨的問題，而本發明通過平移後的第二次測量，得到第二個維度的位置分辨。
[0057]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種β射線位置探測裝置，其特徵在於，該裝置包括:準直器和位置靈敏探測器，其中: 所述準直器用於通過垂直於所述位置靈敏探測器平面方向入射的β射線，使得只有垂直入射所述位置靈敏探測器的β射線能夠擊中所述位置靈敏探測器中的閃爍光纖； 所述位置靈敏探測器位於所述準直器的後方，用於對於通過所述準直器的垂直入射的β射線進行位置探測。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述準直器採用銅材料製成。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述準直器為多孔結構。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述位置靈敏探測器包括陣列探測器和多陽極位置靈敏光電倍增管，其中: 所述陣列探測器為具有二維位置靈敏的陣列探測器，用於傳輸β射線激發的螢光光子; 所述多陽極位置靈敏光電倍增管與所述陣列探測器連接，用於收集所述陣列探測器輸出的光信號，將光信號轉換為電信號，並通過區分光信號的來源位置來確定該β射線與所述陣列探測器相互作用的位置。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述陣列探測器由多條閃爍光纖帶交錯編織而成，同一條閃爍光纖帶的兩端束在一起，形成一個整體，耦合到所述多陽極位置靈敏光電倍增管相應的獨立陽極上。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述閃爍光纖帶由一根或多根閃爍光纖順序密集排列而成，所述閃爍光纖的端頭合在一起，採用密排的方式集成一束。
7.一種利用權利要求1所述β射線位置探測裝置進行β射線位置探測的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 步驟1，β射線源通過準直器照射到位置靈敏探測器中的某條閃爍光纖帶上，所述β射線在該閃爍光纖帶中產生電離，激發螢光信號，通過在一測量時間內對於該閃爍光纖帶的螢光信號的測量，得到所述β射線與所述閃爍光纖帶作用的位置信息； 步驟2，平移所述位置靈敏探測器一個單位距離，按照所述步驟1，再次測量β射線與閃爍光纖帶作用的位置信息； 步驟3，對於兩次位置測量結果進行融合，得到所述β射線源的位置信息。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟I中，在所述測量時間內多次發生β射線照射時，可記錄得到β射線源強度在X方向和Y方向上投影的積分值。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟3中，對於兩次位置測量結果進行疊加，得到疊加後的β射線源強度在X和Y方向上的投影值，通過濾波反投影算法，即可得到β射線源的位置信息。
10.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 步驟4，通過標準β輻照場對於位置測量結果進行刻度。
【文檔編號】G01T1/20GK104407372SQ201410809649
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】劉軍輝, 程金星, 趙鋒濤, 溫偉偉, 吳友朋, 胡玉新, 周文平, 王春安 申請人:中國人民解放軍第二炮兵裝備研究院第六研究所