伽馬射線探測器和伽馬射線的處理方法

2023-05-23 11:16:11

伽馬射線探測器和伽馬射線的處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種伽馬射線探測器和伽馬射線的處理方法。其中，伽馬射線探測器包括：編號為A1至An的n個閃爍晶體，其中，n個閃爍晶體並列設置，並且閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ai+1端對端設置；第一光電轉換器，設置在閃爍晶體A1的第一端；第二光電轉換器，設置在閃爍晶體An的第一端；以及處理電路，與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於接收第一脈衝和第二脈衝，並根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量。通過本發明，解決了現有伽馬射線探測技術中軸向解析度較低和伽馬射線能量測量準確度低的問題，進而達到了提高伽馬射線探測器測量精度的目的。
【專利說明】伽馬射線探測器和伽馬射線的處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及探測【技術領域】，具體而言，涉及一種伽馬射線探測器和伽馬射線的處
理方法。
【背景技術】
[0002]在地質勘探領域，不同的地層，放射性元素的含量和種類不同，利用伽馬射線探測器探測地層中伽馬射線的強度可以區分地層以及確定地層元素。圖1是現有技術中常用的伽馬射線探測器的結構示意圖，如圖1所示，目前的伽馬射線探測器一般由一塊閃爍晶體A和設置在該閃爍晶體A—端的光電倍增管R組成，當有伽馬射線射入閃爍晶體時會有閃爍光產生，由光電倍增管收集光電子，成倍放大後在輸出端產生脈衝電流，圖1中標號Y 1、Y2、Y3和Y 4均表示伽馬射線，Eh表示地層厚度。通過一定的方法對電脈衝信號進行處理和採集，得到與地層及地層元素相關的信息。由於伽馬射線能量的不確定性，及入射時間和方向的隨機性，現有技術中的伽馬射線探測器只能在大於閃爍晶體長度的範圍內進行地層及地層元素信息的處理，無法分辨伽馬射線是從晶體的哪個位置射入的，存在地層解析度較低的弊端，另外，由於晶體本身對射線激發的閃爍光的吸收，導致能量測量的準確度下降。
[0003]針對原有伽馬射線探測技術中軸向解析度以及能量測量準確度低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的在於提供一種伽馬射線探測器和伽馬射線的處理方法，以解決現有伽馬射線探測技術中軸向解析度以及能量測量準確度低的問題。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種伽馬射線探測器，包括:編號為A1至An的n個閃爍晶體，其中，n個閃爍晶體並列設置，並且閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ai+1端對端設置，n為2以上的自然數，i依次取I至n-1 ;第一光電轉換器，設置在閃爍晶體A1的第一端,其中，閃爍晶體八工的第一端為遠離閃爍晶體A2的一端；第二光電轉換器，設置在閃爍晶體An的第一端，其中，閃爍晶體An的第一端為遠離閃爍晶體Alri的一端；以及處理電路，與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於接收第一脈衝和第二脈衝，並根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，其中，第一脈衝為第一光電轉換器輸出的脈衝，第二脈衝為第二光電轉換器輸出的脈衝。
[0006]進一步地，伽馬射線探測器還包括:導光體，導光體的個數為多個，其中，導光體設置在第一位置、第二位置和第三位置中的至少之一位置處，第一位置為每兩個相鄰的閃爍晶體之間的位置，第二位置為閃爍晶體A1的第一端，第三位置為閃爍晶體An的第一端。
[0007]進一步地，伽馬射線探測器還包括:殼體，其中，n個閃爍晶體、第一光電轉換器、第二光電轉換器和多個導光體均設置在殼體內。
[0008]進一步地，伽馬射線探測器還包括:第一管座，設置在殼體內，用於承載第一光電轉換器；第二管座，設置在殼體內，用於承載第二光電轉換器；第一堵頭，設置在殼體的第一端；第二堵頭，設置在殼體的第二端；第一減震部件，設置在第一堵頭與第一管座之間；以及第二減震部件，設置在第二堵頭與第二管座之間。
[0009]進一步地，伽馬射線探測器還包括:屏蔽體，屏蔽體的個數為多個，其中，屏蔽體套設在殼體的第一環繞部分、第二環繞部分、第三環繞部分和第四環繞部分中的至少之一環繞部分處，其中，第一環繞部分為環繞每個導光體的殼體部分，第二環繞部分為環繞每個閃爍晶體的殼體部分，第三環繞部分為環繞第一光電轉換器的殼體部分，第四環繞部分為環繞第二光電轉換器的殼體部分。
[0010]進一步地，n個閃爍晶體中任意兩個閃爍晶體的晶體材料相同或不同。
[0011]進一步地，多個導光體中任意兩個導光體的光學透過率相同或不同。
[0012]進一步地，第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝，處理電路包括:放大器，與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於將第一脈衝和第二脈衝進行緩衝放大和整形；模數轉換器，與放大器相連接，用於採集第一脈衝和第二脈衝的脈衝幅度或面積，並輸出與脈衝幅度或面積對應的數位訊號；以及處理器，與模數轉換器相連接，用於計算表示第一脈衝和第二脈衝的數位訊號的差異值，並根據差異值和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算伽馬射線的入射位置和校正後的能量。
[0013]進一步地,第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝,處理電路包括:放大器,與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於將第一脈衝和第二脈衝進行緩衝放大和整形；第一邏輯運算器，與放大器相連接，用於獲得第一脈衝和第二脈衝的差異信號；第二邏輯運算器，與第一邏輯運算器相連接，用於根據差異信號和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算得到伽馬射線的入射位置和/或校正後的伽馬射線的能量。
[0014]為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種伽馬射線的處理方法，應用於目標伽馬射線探測器，目標伽馬射線探測器的兩端均具有光電轉換器，處理方法包括:接收第一脈衝和第二脈衝，其中，第一脈衝為第一光電轉換器輸出的脈衝，第二脈衝為第二光電轉換器輸出的脈衝，第一光電轉換器為設置在目標伽馬射線探測器第一端的光電轉換器，第二光電轉換器為設置在目標伽馬射線探測器第二端的光電轉換器；以及根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量。
[0015]進一步地，目標伽馬射線探測器還包括閃爍晶體，第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝，根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量包括:確定第一脈衝和第二脈衝對應的幅度值或面積值；確定第一脈衝的幅度值或面積值和第二脈衝的幅度值或面積值的差異值；以及根據差異值和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算入射位置和/或校正伽馬射線的能量。
[0016]進一步地，目標伽馬射線探測器還包括閃爍晶體，第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝，根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量包括:確定第一脈衝和第二脈衝對應的幅度信號或面積信號；確定第一脈衝的幅度信號或面積信號和第二脈衝的幅度信號或面積信號的差異信號；以及根據差異信號和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數直接輸出伽馬射線的入射位置和/或校正後的伽馬射線的能量。
[0017]進一步地，第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝，根據第一脈衝和第二脈衝校正伽馬射線的能量包括:確定第一脈衝和第二脈衝對應的幅度值或面積值；確定第一脈衝的幅度值或面積值和第二脈衝的幅度值或面積值的幾何平均值或算術平均值或加權平均值；以及以第一脈衝的幅度值或面積值和第二脈衝的幅度值或面積值的幾何平均值或算數平均值或加權平均值，代替第一脈衝和/或第二脈衝的幅度值或面積值作為伽馬射線的能量測量值。
[0018]進一步地，在根據第一脈衝和第二脈衝校正伽馬射線的能量之後，處理方法還包括:將校正能量後的伽馬射線應用於目標裝置，其中，目標裝置為測量伽馬射線的計數率、能窗或能譜的裝置。
[0019]本發明採用具有以下結構的伽馬射線探測器:編號為A1至An的n個閃爍晶體，其中，n個閃爍晶體並列設置，並且閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ai+1端對端設置，n為2以上的自然數，i依次取I至n-1 ;第一光電轉換器，設置在閃爍晶體A1的第一端，其中，閃爍晶體A1的第一端為遠離閃爍晶體A2的一端；第二光電轉換器，設置在閃爍晶體An的第一端，其中，閃爍晶體An的第一端為遠離閃爍晶體Alri的一端；以及處理電路，與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於接收第一脈衝和第二脈衝，並根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，其中，第一脈衝為第一光電轉換器輸出的脈衝，第二脈衝為第二光電轉換器輸出的脈衝。通過設置多個並列設置的閃爍晶體，並且這多個閃爍晶體端對端設置，以及在並列設置的閃爍晶體的最兩端分別設置光電轉換器，實現了能夠分別從閃爍晶體的兩側對光信號進行接收和處理，進而依據閃爍晶體對走過不同光程的閃爍光能量衰減不同，以及得到的兩個光信號對應的電壓幅度或面積，準確計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，解決了現有技術中軸向解析度較低和伽馬射線能量測量準確度低的問題，進而達到了提高伽馬射線探測器測量精度的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0021]圖1是根據相關技術的伽馬射線探測器的結構示意圖；
[0022]圖2是根據本發明實施例的伽馬射線探測器的剖面圖；
[0023]圖3是根據本發明優選實施例的伽馬射線探測器的剖面圖；以及
[0024]圖4是根據本發明實施例的伽馬射線的處理方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
[0026]本發明實施例提供了一種伽馬射線探測器，以下對本發明實施例所提供的伽馬射線探測器進行具體介紹:
[0027]圖2是根據本發明實施例的伽馬射線探測器的剖面圖，如圖2所示，本發明實施例的伽馬射線探測器主要包括多個閃爍晶體、第一光電轉換器21、第二光電轉換器22和處理電路(圖中未示出)，其中:
[0028]多個閃爍晶體的編號為A1至An，n個閃爍晶體並列設置，並且閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ai+1端對端設置，i依次取I至n-1，即，n個閃爍晶體以端對端的方式串聯形成條狀晶體總成，晶體總成的兩端面處為光學端窗SI和S2，n為2以上的自然數，圖2中示意性示出了由3個閃爍晶體(即n=3)所形成的伽馬射線探測器的剖面圖。
[0029]第一光電轉換器21設置在閃爍晶體A1的第一端,其中，閃爍晶體A1的第一端為遠離閃爍晶體A2的一端，即，第一光電轉換器21設置在晶體總成的一個端面處，用於從光學端窗SI處接收伽馬射線穿過晶體總成傳出的光子，並將接收到的光子轉換成電脈衝，在本發明實施例中，第一光電轉換器21可以為光電倍增管，也可以是其它能夠進行光子接收並進行光電轉換的器件。
[0030]第二光電轉換器22設置在閃爍晶體An的第一端，其中，閃爍晶體An的第一端為遠離閃爍晶體Alri的一端，即，第二光電轉換器22設置在晶體總成的另一端面處，用於從光學端窗S2處接收伽馬射線穿過晶體總成傳出的光子，並將接收到的光子轉換成電脈衝，在本發明實施例中，第二光電轉換器22同樣可以為光電倍增管，也可以是其它能夠進行光子接收並進行光電轉換的器件。
[0031]處理電路與第一光電轉換器21和第二光電轉換器22均相連接，用於接收第一脈衝和第二脈衝，並根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，其中，第一脈衝為第一光電轉換器21輸出的脈衝，第二脈衝為第二光電轉換器22輸出的脈衝。
[0032]通過上述結構的伽馬射線探測器，由於探測器具有多個閃爍晶體，伽馬射線只有射入閃爍晶體時才會產生閃爍光，通過在晶體總成的兩端連接兩個光電轉換器，當有伽馬射線射入閃爍晶體並產生閃光時，光束可以分別通過各自的傳輸路徑向兩端傳輸，併到達兩個光電轉換器，由於閃爍晶體對走過不同光程的閃爍光的能量衰減不同，所以當伽馬射線射入晶體，所激發出的光子向晶體總成兩端面傳輸走過的光程不同時，能量衰減就不同，因此，通過處理電路對來自兩個光電轉換器的脈衝信號進行處理，可以獲得兩個脈衝的幅度(或面積)差異，進而基於該幅度(或面積)差異計算出伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，比如當射線從晶體Al (或晶體A3)入射時，左右(或右左)兩邊的光電轉換器輸出的脈衝幅度(或面積)相差較大；當射線從晶體A2入射時，左右兩邊的光電轉換器輸出的脈衝幅度(或面積)相差較小。
[0033]本發明實施例所提供的伽馬射線探測器，通過設置多個並列設置的閃爍晶體，並且這多個閃爍晶體端對端設置，以及在並列設置的閃爍晶體的最兩端分別設置光電轉換器，實現了分別從閃爍晶體的兩側對光信號進行接收和處理，進而能夠根據與兩個光信號對應的脈衝信號及閃爍晶體對不同光程和能量的伽馬射線的衰減效應，準確計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，解決了現有伽馬射線探測器軸向解析度和能量解析度較低的問題，即，解決了現有技術中伽馬射線能量測量準確度低的問題，進而達到了提高伽馬射線探測器測量精度的效果。
[0034]在本發明實施例中，多個閃爍晶體中任意兩個閃爍晶體的晶體材料可以相同，也可以不相同，在本發明實施例中，多個閃爍晶體可以均採用碘化鈉晶體，也可以均採用碘化銫晶體，還可以既包括碘化鈉晶體，又包括碘化銫晶體，進一步地，所有以伽馬射線入射與物質相互作用並產生閃爍光為機理的閃爍體都可以作為上述閃爍晶體的替代，比如鍺酸鉍(BGO)晶體和漠化倆(LaB3r)晶體等。
[0035]通過在一個伽馬射線探測器中使用不同材料的晶體，由於不同材料的晶體對射線的響應有差別，使用這種結構的探測器可以檢測出這種差別，達到了提高伽馬射線探測器探測精度的效果，提高了伽馬探測器的適應範圍。
[0036]具體地，第一光電轉換器輸出的第一脈衝和第二光電轉換器輸出的第二脈衝均為電脈衝，處理電路主要有兩種結構組成方式，方式一:處理電路主要包括放大器、模數轉換器和處理器，其中:
[0037]放大器與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於將第一脈衝和第二脈衝進行緩衝、放大和整形；
[0038]模數轉換器與放大器相連接，用於採集第一脈衝和第二脈衝的電壓幅度(或面積)，並輸出與脈衝電壓幅度(或面積)對應的數位訊號；
[0039]處理器與模數轉換器相連接，用於計算與數位訊號對應的位置和能量，得到伽馬射線的入射位置和校正後的能量。具體地，主要是計算表示第一脈衝和第二脈衝的數位訊號的差異值，然後，根據差異值和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算伽馬射線的入射位置和校正後的能量，其中，差異值為差值或比值或對數值。
[0040]方式二:處理電路主要包括放大器、第一邏輯運算器和第二邏輯運算器，其中:
[0041]放大器與第一光電轉換器和第二光電轉換器均相連接，用於將第一脈衝和第二脈衝進行緩衝放大和整形。
[0042]第一邏輯運算器與放大器相連接，用於獲得第一脈衝和第二脈衝的差異信號，其中，第一邏輯運算器為以電路加法器或減法器或乘法器或對數器或差分放大器或比較器為主的邏輯運算器，差異信號為差值信號或比值信號或對數信號。
[0043]第二邏輯運算器與第一邏輯運算器相連接，用於根據差異信號和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算得到伽馬射線的入射位置和/或校正後的伽馬射線的能量，其中，第二邏輯運算器可以是以乘法器或比較器或對數器為主的邏輯運算器。
[0044]進一步地，本發明實施例所提供的伽馬射線探測器還包括由光學材料形成的導光體，導光體可以單一地設置在每兩個相鄰的閃爍晶體之間，即，每兩個相鄰閃爍晶體之間均設置有一個導光體，可以單一地設置在閃爍晶體A1的第一端，可以單一地設置在閃爍晶體An的第一端，還可以在上述三個位置中任意兩個或兩個以上的位置上均設置導光體，圖2中示意圖示出了單一地設置在每兩個相鄰的閃爍晶體之間設置導光體，對應圖2中示意性示出的由3個閃爍晶體形成的晶體總成而言，導光體的數量為2，這兩個導光體在圖2中表示為 B1、B2。
[0045]需要說明的是，圖2中只是具有導光體的伽馬射線探測器的一種示意圖，本發明實施例中，並不限定伽馬射線探測器中導光體的總數量小於閃爍晶體的總數量，當根據實際需要，需要在閃爍晶體A1的第一端和/或閃爍晶體An的第一端均設置導光體，對應圖2而言，即是在閃爍晶體A1的左端設置導光體，和/或在閃爍晶體A3的右端設置導光體。
[0046]其中，設置在每兩個閃爍晶體之間的多個導光體的光學材料可以相同，也可以不相同，在本發明實施例中，多個導光體可以均採用光學透過率相同的光學材料，也可以均採用光學透過率不相同的光學材料，還可以既包括光學透過率相同的光學材料，又包括光學透過率不相同的光學材料。對於某個具體的導光體而言，既可以選擇對閃光完全透明的光學材料，即對光完全沒有衰減，利用閃爍晶體對光子的衰減來實現本探測器所述功能；也可以選擇對閃光有一定衰減作用的材料，從而人為的增加衰減，使幅度(或面積)差異更加明顯。
[0047]如前所述，射線只有射入閃爍晶體時才會產生閃光，而射入該導光體就不會產生閃光，電路的米集精度有一定限制，對於在晶體Al右端與晶體A2左端廣生的兩個閃光，為了區分這個閃光是屬於Al的還是A2的，增加導光體進行隔離就可以很好的進行分辨。所以，通過利用導光體將每兩個閃爍晶體隔開，更有利於探測器的分層處理。另外，使用對光有衰減的光導材料的導光體還可以更好的對兩個光電轉換裝置輸出的電脈衝幅度(或面積)進行分辨。
[0048]更進一步地，本發明實施例的伽馬射線探測器還包括殼體，上述n個閃爍晶體、第一光電轉換器21、第二光電轉換器22和多個導光體均固定設置在殼體內。
[0049]通過利用殼體對上述各個器件進行固定，實現了保持各個器件的相對位置保持不變，以避免測量過程中因為探測器件相對位置的改變影響伽馬射線的探測精度，達到了提高探測器準確性的效果。
[0050]圖3是根據本發明優選實施例的伽馬射線探測器的剖面圖，如圖3所示，該優選實施例的伽馬射線探測器與圖2中示出的伽馬射線探測器相比，二者區別在於，該優選實施例的伽馬射線探測器還包括屏蔽體，其中，屏蔽體的數量與導光體的數量相同也可以不同，對於屏蔽體的數量與導光體的數量相同的情況，在環繞每個導光體的殼體部分上均對應套設一個屏蔽體。圖3中示意性示出了對應導光體數量為2的情況，屏蔽體的數量為4，其中，屏蔽體C1套設在導光體B1上，屏蔽體C2套設在導光體B2上，屏蔽體C3套設在第一光電轉換器21上,屏蔽體C4套設在第二光電轉換器22上，圖3中，標號10表不包括閃爍體和導光體的晶體總成。在本發明實施例中，屏蔽體Ci的尺寸可以大於導光體Bi的尺寸，對於這種情況，屏蔽體(；的中間部分設置在導光體Bi上，屏蔽體(；的兩端部分分別對應設置在閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ag上。
[0051]進一步地，屏蔽體還可以套設在殼體的其它部分處，假設殼體上環繞每個導光體的殼體部分為第一環繞部分，殼體上環繞每個閃爍晶體的殼體部分為第二環繞部分，殼體上環繞第一光電轉換器的殼體部分為第三環繞部分，殼體上環繞第二光電轉換器的殼體部分為第四環繞部分，則屏蔽體可以套設在殼體的第一環繞部分、第二環繞部分、第三環繞部分和第四環繞部分中的至少之一環繞部分處。
[0052]由於實際測量過程中，除了沿地層水平方向射入閃爍晶體的伽馬射線外，還有一定量的雜散伽馬射線以一定角度射入閃爍晶體(如圖1中的Y3和Y4)，通過在導光體、閃爍晶體或光電轉換器上對應地套設屏蔽體，能夠屏蔽傾斜入射的伽馬射線，儘量保留地層水平方向射來的伽馬射線，使測井時地層解析度更高，進一步提高探測器測量的準確性和精度。因此，屏蔽體的位置可以根據實際需要進行調整。
[0053]進一步地，伽馬射線探測器還包括第一管座31、第二管座32、設置在殼體兩端的兩個堵頭(第一堵頭41和第二堵頭42)和設置在堵頭和光電轉換器之間的兩個減震部件(第一減震部件51和第二減震部件52),其中,第一管座31設置在殼體內，用於承載第一光電轉換器21,第二管座32設置在殼體內，用於承載第二光電轉換器22,第一減震部件51設置在第一堵頭41和第一管座31之間，第二減震部件52設置在第二堵頭42和第二管座32之間。在本發明實施例中，減震部件可以是壓縮彈簧，還可以是其它能夠起到減震作用的器件。[0054]由於閃爍晶體是易碎部件，並且伽馬射線探測器內各部件間的光學耦合也需要一定的預緊力，通過設置減震部件，實現了對伽馬射線探測器內的部件進行減震和保證各部件間的光學耦合，通過設置堵頭，實現了將所有部件集成到殼體內，使其成為一個整體。
[0055]本發明實施例還提供了一種伽馬射線的處理方法，該處理方法既可以應用於本發明實施例上述內容所提供的任意一種伽馬射線探測器，還可以應用於任意一種兩端均具有光電轉換器的目標伽馬射線探測器，以下對本發明實施例所提供的伽馬射線的處理方法進行具體介紹:
[0056]圖4是根據本發明實施例的伽馬射線的處理方法的流程圖，如圖4所示，該實施例的伽馬射線的處理方法主要包括如下步驟S502和S504:
[0057]S502:接收第一脈衝和第二脈衝，其中，第一脈衝為第一光電轉換器輸出的電脈衝，第二脈衝為第二光電轉換器輸出的電脈衝，第一光電轉換器為設置在目標伽馬射線探測器第一端的光電轉換器，第二光電轉換器為設置在目標伽馬射線探測器第二端的光電轉換器；
[0058]S504:根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的
倉tfi。
[0059]本發明實施例的伽馬射線的處理方法，通過對來自兩個光電轉換器的脈衝信號進行處理，實現了分別從目標伽馬射線探測器的兩側對光信號進行接收和處理，進而能夠根據與兩個光信號對應的電脈衝信號準確計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，解決了現有伽馬射線探測器軸向解析度及能量測量準確度低的問題，進而達到了提高伽馬射線探測器的測量精度的效果。在非地質勘探領域，也可以通過本發明所述方法提高伽馬射線探測器的軸向解析度以及能量測量精度。
[0060]由於閃爍晶體對走過不同光程和不同能量的伽馬光子的能量衰減不同，所以當伽馬射線射入目標伽馬射線探測器，所激發出的光子通過目標伽馬射線探測器中閃爍晶體向兩端面傳輸走過的光程不同時，能量衰減就不同，因此，通過確定兩個脈衝的幅度(或面積)差異，進而基於該差異計算出伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量，實現了保證入射位置的計算精確度和伽馬射線能量的校準精確度。
[0061]具體地，第一脈衝和第二脈衝均為電脈衝，本發明實施例主要提供了以下三種根據第一脈衝和第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正伽馬射線的能量的方式:
[0062]方式一，具體包括如下步驟:
[0063]步驟11:利用實驗方法測量閃爍晶體對不同能量和不同光程的伽馬光子的衰減係數；
[0064]步驟12:確定第一電脈衝與第二電脈衝的電壓幅度(或面積)對應信號的數字值；具體的，可以通過模數轉換方式確定其數字值；
[0065]步驟13:確定兩個數位訊號的差異值，該差異值可以為差值、比值、對數差值和對數比值；具體的，可以通過處理器計算的方式確定其對應的數位訊號的差異值；
[0066]步驟14:根據上述差異值以及閃爍晶體的衰減係數計算所述伽馬射線入射的位置；
[0067]步驟15:根據得到的入射位置和閃爍晶體對閃爍光的衰減係數以及兩個脈衝的原始信號幅度(或面積)對所測量閃爍光的能量進行校正，得到校正後的幅度(或面積)，以此代表入射伽馬射線的能量測量值。
[0068]以上步驟最終獲得伽馬射線的入射位置及校正後能量的數字量，還可以通過硬體電路、利用如下方式二獲得上述信息的模擬量，從而直接輸出入射位置及校正後能量的模擬量信息，方式二具體步驟如下:
[0069]步驟21:利用實驗方法測量閃爍晶體對不同能量和不同光程的伽馬光子的衰減係數；
[0070]步驟22:確定第一電脈衝與第二電脈衝的電壓幅度信號(或面積信號)對應的模擬信號的差異信號，該差異信號可以為差值信號、比值信號、對數值信號，具體的，可以通過加法器或減法器或乘法器或對數器或差分放大器獲得所述差異信號；
[0071]步驟23:根據上述差異信號及衰減係數及相應的硬體電路輸出代表伽馬射線入射位置及校正後能量的模擬信號，通過其它設備傳輸或記錄該位置及能量信息。
[0072]以上兩種方法通過實驗獲得閃爍晶體對閃爍光的衰減係數，繼而根據該衰減係數及獲得的兩個信號幅度(或面積)差異獲得伽馬射線的入射位置及校正後的能量信息。同時，還可以不根據衰減係數，通過硬體電路和/或軟體計算的方法，採用如下方式三得到伽馬射線的能量測量值，方式三具體步驟如下:
[0073]步驟31:確定第一脈衝和第二脈衝對應的幅度值或面積值；
[0074]步驟32:獲得兩路脈衝信號幅度值(或面積值)的幾何平均值或算數平均值或加權平均值；
[0075]步驟33:直接以兩路脈衝信號幅度值(或面積值)的幾何平均值或算數平均值或加權平均值，代替第一脈衝和/或第二脈衝的幅度值或面積值作為所述伽馬射線的能量測量值。
[0076]由於晶體不是完全透明的，所以當光子在晶體中傳播時會有部分光子被吸收，總能量被衰減，其衰減係數可以用、表示，X與激發光子的伽馬射線能量以及光子走過的光程有關，不同材料的晶體或相同材料的不同尺寸或工藝的晶體吸收特性不同，需要通過實際測試獲得，而閃爍光的能量與測量出的電脈衝幅度(或面積)成正比關係。
[0077]當有能量為El的閃爍光產生時分別向晶體兩端走過dl、d2的光程，兩個脈衝的幅度(或面積)差值(或比值)與兩個脈衝的能量衰減差值(或比值)成單調函數關係，由此可以得到光子向晶體兩端走過的光程差(或光程比)，再根據晶體的長度即可以確定dl、d2的具體值，相當於確定了伽馬射線入射晶體的位置。繼而根據兩個脈衝的幅度(或面積)和各自所走過的光程以及衰減係數計算出伽馬射線的能量，從而對伽馬射線能量的測量值進行校正。或者可以直接把兩個脈衝電壓幅度(或面積)的算數平均值或幾何平均值或加權平均值作為當前伽馬射線的能量測量值，對伽馬射線能量做校正。
[0078]以上所述處理方法是根據閃爍光在晶體中走過不同光程時總能量衰減不同的現象，利用兩端均具有光電轉換器的目標伽馬射線探測器，得到兩個存在幅度(或面積)差異的電信號；繼而根據這兩個電信號計算出入射伽馬射線的位置以及對能量的衰減進行校正。因此，凡是利用這種差異而無論用什麼樣的數學方法(比如差值、比值、對數值等)均應包含在本發明的保護範圍之內。
[0079]從以上的描述中，可以看出，由於傳統的伽馬射線探測器不能分辨出伽馬射線入射位置，所以測量過程中，軸向解析度必然受閃爍晶體長度的限制，分辨的地層只能接近或大於閃爍晶體的長度。相對此種傳統的伽馬射線探測器而言，本發明所提供的伽馬射線探測器，可以把伽馬射線入射的位置進行精確地軸向位置劃分，因此這種探測器大大提高了軸向解析度。並且，本發明校正了由於晶體本身對閃爍光的吸收導致的能量衰減，從而提高了伽馬射線能量測量的準確度。在非地質勘探的探測【技術領域】中，也可以利用本發明來達到提高伽馬射線探測器軸向解析度以及提高能量測量的準確度的效果。
[0080]進一步地，在根據第一脈衝和第二脈衝校正伽馬射線的能量之後，本發明實施例的伽馬射線的處理方法還包括:將校正能量後的伽馬射線應用於目標裝置，其中，目標裝置為測量伽馬射線的計數率、能窗或能譜的裝置，即，伽馬射線的能量經過校正後，可以用於所有測量伽馬射線計數率、能窗或能譜的裝置中。
[0081]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、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】
1.一種伽馬射線探測器，其特徵在於，包括: 編號為A1至An的n個閃爍晶體，其中，n個所述閃爍晶體並列設置，並且閃爍晶體Ai與閃爍晶體Ai+1端對端設置，n為2以上的自然數，i依次取I至n-1 ; 第一光電轉換器，設置在閃爍晶體A1的第一端，其中，所述閃爍晶體仏的第一端為遠離閃爍晶體A2的一端； 第二光電轉換器，設置在閃爍晶體An的第一端，其中，所述閃爍晶體An的第一端為遠離閃爍晶體Alri的一端；以及 處理電路，與所述第一光電轉換器和所述第二光電轉換器均相連接，用於接收第一脈衝和第二脈衝，並根據所述第一脈衝和所述第二脈衝計算伽馬射線的入射位置和/或校正所述伽馬射線的能量，其中，所述第一脈衝為所述第一光電轉換器輸出的脈衝，所述第二脈衝為所述第二光電轉換器輸出的脈衝。
2.根據權利要求1所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，所述伽馬射線探測器還包括: 導光體，所述導光體的個數為多個，其中，所述導光體設置在第一位置、第二位置和第三位置中的至少之一位置處，所述第一位置為每兩個相鄰的所述閃爍晶體之間的位置，所述第二位置為所述閃爍晶體A1的第一端，所述第三位置為所述閃爍晶體An的第一端。
3.根據權利要求2所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，所述伽馬射線探測器還包括: 殼體， 其中，n個所述閃爍晶體、所述第一光電轉換器、所述第二光電轉換器和多個所述導光體均設置在所述殼體內。
4.根據權利要求3所述的伽馬射線`探測器，其特徵在於，所述伽馬射線探測器還包括: 第一管座，設置在所述殼體內，用於承載所述第一光電轉換器； 第二管座，設置在所述殼體內，用於承載所述第二光電轉換器； 第一堵頭，設置在所述殼體的第一端； 第二堵頭，設置在所述殼體的第二端； 第一減震部件，設置在所述第一堵頭與所述第一管座之間；以及 第二減震部件，設置在所述第二堵頭與所述第二管座之間。
5.根據權利要求3或4所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，所述伽馬射線探測器還包括: 屏蔽體，所述屏蔽體的個數為多個，其中，所述屏蔽體套設在所述殼體的第一環繞部分、第二環繞部分、第三環繞部分和第四環繞部分中的至少之一環繞部分處，其中，所述第一環繞部分為環繞每個所述導光體的殼體部分，所述第二環繞部分為環繞每個所述閃爍晶體的殼體部分，所述第三環繞部分為環繞所述第一光電轉換器的殼體部分，所述第四環繞部分為環繞所述第二光電轉換器的殼體部分。
6.根據權利要求1或2所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，n個所述閃爍晶體中任意兩個所述閃爍晶體的晶體材料相同或不同。
7.根據權利要求2所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，多個所述導光體中任意兩個所述導光體的光學透過率相同或不同。
8.根據權利要求1所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，所述第一脈衝和所述第二脈衝均為電脈衝，所述處理電路包括:放大器，與所述第一光電轉換器和所述第二光電轉換器均相連接，用於將所述第一脈衝和所述第二脈衝進行緩衝放大和整形； 模數轉換器，與所述放大器相連接，用於採集所述第一脈衝和所述第二脈衝的脈衝幅度或面積，並輸出與所述脈衝幅度或所述面積對應的數位訊號；以及 處理器，與所述模數轉換器相連接，用於計算表示所述第一脈衝和所述第二脈衝的所述數位訊號的差異值，並根據所述差異值和所述閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算所述伽馬射線的入射位置和校正後的能量。
9.根據權利要求1所述的伽馬射線探測器，其特徵在於，所述第一脈衝和所述第二脈衝均為電脈衝，所述處理電路包括: 放大器，與所述第一光電轉換器和所述第二光電轉換器均相連接，用於將所述第一脈衝和所述第二脈衝進行緩衝放大和整形； 第一邏輯運算器，與所述放大器相連接，用於獲得所述第一脈衝和所述第二脈衝的差異信號； 第二邏輯運算器，與所述第一邏輯運算器相連接，用於根據所述差異信號和所述閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算得到所述伽馬射線的入射位置和/或校正後的所述伽馬射線的能量。
10.一種伽馬射線的處理方法，其特徵在於，應用於目標伽馬射線探測器，所述目標伽馬射線探測器的兩端均具有光電轉換器，所述處理方法包括: 接收第一脈衝和第二脈衝，其中，所述第一脈衝為第一光電轉換器輸出的脈衝，所述第二脈衝為第二光電轉換器輸出的脈衝，所述第一光電轉換器為設置在所述目標伽馬射線探測器第一端的光電轉換器，`所述第二光電轉換器為設置在所述目標伽馬射線探測器第二端的光電轉換器；以及 根據所述第一脈衝和所述第二脈衝計算所述伽馬射線的入射位置和/或校正所述伽馬射線的能量。
11.根據權利要求10所述的處理方法，其特徵在於，所述目標伽馬射線探測器還包括閃爍晶體，所述第一脈衝和所述第二脈衝均為電脈衝，根據所述第一脈衝和所述第二脈衝計算所述伽馬射線的入射位置和/或校正所述伽馬射線的能量包括: 確定所述第一脈衝和所述第二脈衝對應的幅度值或面積值； 確定所述第一脈衝的幅度值或面積值和所述第二脈衝的幅度值或面積值的差異值；以及 根據所述差異值和所述閃爍晶體對閃爍光的衰減係數計算所述入射位置和/或校正所述伽馬射線的能量。
12.根據權利要求10所述的處理方法，其特徵在於，所述目標伽馬射線探測器還包括閃爍晶體，所述第一脈衝和所述第二脈衝均為電脈衝，根據所述第一脈衝和所述第二脈衝計算所述伽馬射線的入射位置和/或校正所述伽馬射線的能量包括: 確定所述第一脈衝和所述第二脈衝對應的幅度信號或面積信號； 確定所述第一脈衝的幅度信號或面積信號和所述第二脈衝的幅度信號或面積信號的差異彳目號；以及 根據所述差異信號和所述閃爍晶體對閃爍光的衰減係數直接輸出所述伽馬射線的入射位置和/或校正後的所述伽馬射線的能量。
13.根據權利要求10所述的處理方法，其特徵在於，所述第一脈衝和所述第二脈衝均為電脈衝，根據所述第一脈衝和所述第二脈衝校正所述伽馬射線的能量包括: 確定所述第一脈衝和所述第二脈衝對應的幅度值或面積值； 確定所述第一脈衝的幅度值或面積值和所述第二脈衝的幅度值或面積值的幾何平均值或算術平均值或加權平均值；以及 以所述第一脈衝的幅度值或面積值和所述第二脈衝的幅度值或面積值的幾何平均值或算數平均值或加權平均值，代替所述第一脈衝和/或所述第二脈衝的幅度值或面積值作為所述伽馬射線的能量測量值。
14.根據權利要求10所述的處理方法，其特徵在於，在根據所述第一脈衝和所述第二脈衝校正所述伽馬射線的能量之後，所述處理方法還包括: 將校正能量後的所述伽馬射線應用於目標裝置，其中，所述目標裝置為測量所述伽馬射線的計數率、能窗 或能譜的裝置。
【文檔編號】G01T1/202GK103558626SQ201310567701
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】伍軍, 郭興維 申請人:北京華脈世紀石油科技有限公司