CN101526623B

CN101526623B - 高能x射线工业ct电离型探测器

Info

Publication number: CN101526623B
Application number: CN2009101035064A
Authority: CN
Inventors: 周日峰; 高富强; 张平; 谭辉; 安康; 陈伟民
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN101526623A

Abstract

本发明提供一种高能X射线工业CT电离型探测器，能克服闪烁体探测器缺点，适用于高能X射线工业CT***的辐射探测；所述高能X射线工业CT电离型探测器包括一密封壳体，密封壳体内充有工作气体，密封壳体内设置多个电离室单元，所述电离室单元为长条形，包括U形电离室壁和薄金属片，所述薄金属片的X射线接收端通过绝缘片固定设置于U形电离室壁的开口端，所述薄金属片的另一端设置于电离室内，并沿电离室的长度方向延伸；薄金属片的厚度小于等于0.3mm，由高密度高原子序数的金属或这些金属的合金制成，且外表面包裹有易产生次级电子的材料的涂层；所述U形电离室壁作为收集极与信号处理电路连接，薄金属片作为辐射转换体和高压阴极与高压电源连接。

Description

高能X射线工业CT电离型探测器

技术领域

本发明涉及核技术应用领域，具体涉及一种X射线的探测器。

背景技术

目前高能高精度X射线工业CT上所用的探测器通常采用闪烁体探测器，这种探测器通常由光敏元件和闪烁体组成。光敏元件由半导体材料制成，通常为用于CCD或CMOS型传感的单晶硅、多晶硅或非晶硅。一个光敏元件具有至少一个光敏二极管、光敏晶体管或光敏电阻。这些元件沉积在一基底上。但由于光敏元件对波长很短的X射线不敏感，因此需要闪烁体把X射线转化为波长较长的可见光，再由光敏器件转化为由相应电路采集的电信号。常用于高能高精度工业CT探测器的闪烁体有CdWO₄、BGO、CsI、LaCl₃(Ce)、Prelude^TM420等。如公开号为CN1742212A的中国发明专利公开说明书公开的一种X射线检测器，具有光敏器件和闪烁器元件，微透镜布置在光敏器件和闪烁器元件之间，用于将从闪烁器元件发出的光聚焦在光敏器件的部分上。闪烁体探测器的缺点比较明显，如：抗辐射能力差、探测器间串扰大、环境条件要求高、制备复杂价格昂贵、电子学噪声大、动态范围受限制等，在实际应用中不得不采用复杂技术来保证其工作环境。

现有技术中，也有一些电离型X射线探测器，如公开号CN1076546A的中国发明专利公开说明书公开的一种气体电离型高能X.γ辐射成像阵列探测装置，由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成，每个电离室单元包括耐压密封外壳、窗口、长条形板状电极***、电极***支架以及充入其中的高压气体，是依靠X、γ射线与高压工作气体介质相互作用产生的次级电子所引起的电离效应而输出信号。其结构特点在于模块外壳是一个高压气密整体结构，模块内部由电极片将有效空间分隔成相互平行且紧挨排列的条形电离室，构成以模块内部为单位的电离室阵列。由于电离室工作气体压于处于1×10⁶～1×10⁷帕斯卡范围，因而模块盒的室壁较厚。同时电离室气压P与条形电极长度d的乘积大于2×10⁵帕斯卡·米，整个探测器的体积很大。探测器的体积限制了工业CT空间分辨率、扫描时间等关键指标的提高。因此，这种电离室探测器适用于集装箱、汽车、列车等大型物体的辐射成像检测***，而不适用于对空间分辨率要求很的高能高精度工业CT***。公开号CN1936498A的中国发明专利公开说明书，公开了一种气体电离型中低能X、Γ射线探测器，包括管状电离室，含有作为高压极的管状电离室壁，作为收集极的中央金属细管，管状电离室的端部有端盖，端盖处用金属-陶瓷熔封绝缘子密封及引出信号，在管状电离室内部充满以惰性气体为主要成分的工作气体，管状电离室的尾部采用允许中低能X、Γ光子射入的金属薄窗密封，该发明也使用气体为辐射转换体，对高能加速器X射线探测效率较低，所以不适用于高能X射线探测。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种高能X射线工业CT电离型探测器，能克服闪烁体探测器缺点，适用于工业CT***的高能X射线的探测，且精度高。

本发明的目的是这样实现的，高能X射线工业CT电离型探测器，包括一密封壳体，所述密封壳体内充有工作气体，所述密封壳体内设置多个电离室单元，所述电离室单元为长条形，包括U形电离室壁和薄金属片，所述薄金属片的X射线接收端通过绝缘片固定设置于U形电离室壁的开口端，所述薄金属片的另一端设置于电离室内，并沿电离室的长度方向延伸；所述薄金属片的厚度小于等于0.3mm，所述薄金属片由高密度高原子序数的金属或这些金属的合金制成；所述U形电离室壁作为收集极与信号处理电路连接，薄金属片作为辐射转换体和高压阴极与高压电源连接。

进一步，所述薄金属片由铜、钨、钽、钼、铌或它们中至少2种的合金制成；

进一步，所述薄金属片外表面包裹有易产生次级电子的材料的涂层；

进一步，所述易产生次级电子的材料为CsI、GaAs、InGaAs或多碱锑化物；

进一步，所述U形电离室壁由铝、铁、镍、铜或它们中至少2种的合金制成；

进一步，所述U形电离室壁和薄金属片上设置有引脚，所述密封壳体包括一绝缘底板，所述绝缘底板设置有收集极引脚孔和高压极引脚孔，所述U形电离室壁的引脚通过收集极引脚孔与信号处理电路连接，所述薄金属片的引脚通过高压极引脚孔与高压电源连接；

进一步，所述收集极引脚孔中设置有漏电保护装置；

进一步，所述密封壳体内工作气体的气压为1～5×10⁵帕斯卡；

进一步，所述的多个电离室单元并列设置，位于两侧的两个电离室单元的宽度等于位于中间的电离室单元的宽度减去密封壳体的侧壁厚度。

本发明的高能X射线工业CT电离型探测器，采用高密度高原子序数的金属片作为射线转换主体，大大提高了射线的转换率，如长度10mm、厚度小于0.3mm的钨金属片，对9MeV加速器产生的X射线其转换效率大于60％，由于射线的转换效率高，相对于传统以气体为射线转换主体的电离室，其体积大大减少，同时对气体的密度要求大大降低，1～5×10⁵帕斯卡即可，可大大减少探测器的封装难度，降低加工工艺精度要求；探测器单元没有电子器件，故对温度不敏感，环境适应性好，性能稳定可靠，同时克服了闪烁体、光敏元件易受辐射损坏的缺陷，延长了探测器的工作寿命，而且由于不使用价格昂贵的闪烁体、光电二极管阵列或光电倍增管等器件，降低了探测器生产成本低；探测器单元产生的电信号是通过电极间的离子对产生的，探测器单元之间由电离室壁隔离，由于受电场的作用，离子对不易穿过电离室壁，故探测器单元之间的串扰大大减少；金属片外表涂有易产生次级电子的材料层，如CsI等，可进一步提高了射线的转换率。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1示出了高能X射线工业CT电离型探测器的外观结构示意图；

图2示出了高能X射线工业CT电离型探测器的内部结构示意图；

图3示出了薄金属片的结构示意图；

图4示出了U形电离室壁的结构示意图；

图5示出了绝缘底板的结构示意图；

图6示出了漏电保护装置的结构示意图；

图7示出了本发明的工作原理及电路连接示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1、图2，本实施例的高能X射线工业CT电离型探测器包括密封壳体1，所述密封壳体1内腔中充有压强为1～5×10⁵帕斯卡的以惰性气体为主要成分的工作气体，如氩、氪、氙等或以它们为主的混合气体，所述密封壳体1上设置有与内腔连通的进气管11和出气管12，所述密封壳体1内并列设置并由绝缘片6间隔的8个电离室单元2，所述电离室单元2包括作为收集极的U形电离室壁21和作为高压阴极及辐射转换体的薄金属片22，所述U形电离室壁21采用铝、铁、镍、铜或它们中至少2种的合金制成，所述薄金属片22由高密度高原子序数的金属，如钨、铜、钽、钼、铌或它们中至少2种的合金制成，所述薄金属片22的厚度小于等于0.3mm，所述薄金属片22的X射线接收端通过绝缘片4固定设置于电离室3的开口端，所述薄金属片22的另一端设置于电离室3内，所述电离室3为长条形，薄金属片22沿电离室3的长度方向延伸；所述薄金属片22外表面包裹有易产生次级电子的材料的涂层，如CsI、GaAs、InGaAs或多锑碱化物，如Sb-Na-K-Cs、Sb-Rb-Cs、Sb-K-Cs；

参见图3、4，所述U形电离室壁21和薄金属片22上分别设置有引脚211、221，所述密封壳体1的底板为绝缘底板13，如图5所示，所述绝缘底板13由绝缘性能良好的材料制成，如石英玻璃或Al₂O₃陶瓷，绝缘底板13上设置有收集极引脚孔131和高压极引脚孔132，所述收集极引脚孔131中设置有漏电保护装置，如图6所示，所述漏电保护装置为铜套1331和绝缘陶瓷管1332构成的漏电保护环；所述U形电离室壁21和薄金属片22分别通过引脚211、221固定设置于绝缘底板13上，其中薄金属片22的引脚221穿过高压极引脚孔132与高压电源连接，U形电离室壁21的引脚211穿过收集极引脚孔131直接与信号处理电路中的前置放大电路连接，可大大缩短脉冲电信号的传输路程，减少信号的衰减及引入干扰噪声，同时由于收集极电位低，采取保护环等措施后，使得整个探测器漏电流非常小，因此电子噪声或暗电流极小，故大大提高探测器动态检测范围；

所述并列设置的电离室单元的数量可根据需要设置，位于两侧的两个电离室单元的宽度等于位于中间的电离室单元的宽度减去密封壳体的侧壁厚度，这样，可确保多个探测器组合时，各个电离室单元之间的间距相等。

参见图7，本实施例的探测器采用高密度高原子序数的金属片作为射线转换主体，在使用时，使高能电子直线加速器脉冲X射线束经过准直孔5准直后，入射在薄金属片的X射线接收端上，X光子会与金属原子发生光电效应、康普顿效应、电子对效应等作用，而产生次级电子，而金属片表面涂有很容易产生电子的涂层，与金属片原子作用后的散射光子或电子与涂层作用时，也会产生大量的次电子。由于薄金属片很薄，产生的次级电子会从薄金属片中逃逸出来进入电离室内腔。电离室内腔充有以惰性气体为主的工作气体，次级电子使工作气体电离，离子对经过电场加速后被收集极所收集，即可产生正比于入射的X射线强度的脉冲电信号，所述脉冲电信号被送入信号处理电路进行处理。相对于传统以气体为射线转换主体的电离室，本实施例的体积可大大减少，探测器单元的尺寸可做到2×8×30mm³，由于探测器单元尺寸的缩小，可大大地提高高能高精度工业CT的检测精度和检测速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.高能X射线工业CT电离型探测器，包括一密封壳体，所述密封壳体内充有工作气体，其特征在于：所述密封壳体内设置多个电离室单元，所述电离室单元为长条形，包括U形电离室壁和薄金属片，所述薄金属片的X射线接收端通过绝缘片固定设置于U形电离室壁的开口端，所述薄金属片的另一端设置于电离室内，并沿电离室的长度方向延伸；所述薄金属片的厚度小于等于0.3mm，所述薄金属片由高密度高原子序数的金属或这些金属的合金制成；所述U形电离室壁作为收集极与信号处理电路连接，薄金属片作为辐射转换体和高压阴极与高压电源连接；

所述U形电离室壁和薄金属片上设置有引脚，所述密封壳体包括一绝缘底板，所述绝缘底板设置有收集极引脚孔和高压极引脚孔，所述U形电离室壁的引脚通过收集极引脚孔与信号处理电路连接，所述薄金属片的引脚通过高压极引脚孔与高压电源连接；

所述收集极引脚孔中设置有漏电保护装置。

2.如权利要求1所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述薄金属片由铜、钨、钽、钼、铌或它们中至少2种的合金制成。

3.如权利要求1所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述薄金属片外表面包裹有易产生次级电子的材料的涂层。

4.如权利要求3所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述易产生次级电子的材料为CsI、GaAs、InGaAs或多碱锑化物。

5.如权利要求1所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述U形电离室壁由铝、铁、镍、铜或它们中至少2种的合金制成。

6.如权利要求1所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述密封壳体内工作气体的气压为1～5×10⁵帕斯卡。

7.如权利要求1至6中任一项所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述的多个电离室单元并列设置，位于两侧的两个电离室单元的宽度等于位于中间的电离室单元的宽度减去密封壳体的侧壁厚度。

8.如权利要求1至6中任一项所述的高能X射线工业CT电离型探测器，其特征在于：所述的多个电离室单元由绝缘片隔开。