CN104614754B - 组合闪烁晶体、组合闪烁探测器及辐射探测设备 - Google Patents

组合闪烁晶体、组合闪烁探测器及辐射探测设备 Download PDF

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Abstract

一种组合闪烁晶体，包括若干闪烁晶体A及若干闪烁晶体B，闪烁晶体A与闪烁晶体B为性能不尽相同的闪烁晶体，若干闪烁晶体B排列成一个B闪烁晶体模块，若干闪烁晶体A从B闪烁晶体模块的射线入射面外侧包裹B闪烁晶体模块，闪烁晶体A的灵敏度低于闪烁晶体B，闪烁晶体A的光输出高于闪烁晶体B。本发明利用不同闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾的问题，通过灵敏度及光输出的差异选择，使得低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，避免产生过高光子量造成SiPM饱和，有效解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。

Description

组合闪烁晶体、组合闪烁探测器及辐射探测设备
技术领域
本发明涉及辐射探测领域，特别是涉及一种组合闪烁晶体结构及基于SiPM的具有该组合闪烁晶体结构的组合闪烁探测器结构及具有该组合闪烁探测器结构的辐射探测设备。
背景技术
闪烁探测器是由闪烁晶体和光电器件组成的辐射探测器，为核物理研究、辐射测量、核医学成像设备研究提供了器件支持。闪烁晶体首先将x/γ射线转换为可见光子，然后光电器件将可见光子转换为电脉冲信号，后端对电脉冲信号按幅度进行分类计数获得辐射信息。新型光电器件硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier，简称SiPM)具有体积小、增益大、无需高压等特性，现闪烁探测器正逐渐使用SiPM替代传统光电倍增管(Photo-Multiplier Tubes，简称PMT)。
现有闪烁探测器多使用单一种类闪烁晶体组成。基于该结构探测器，可实现x/γ辐射剂量仪等核测量仪器，但是，该种单一闪烁晶体结构的闪烁探测器存在灵敏度和计数率线性范围的矛盾。高灵敏度的探测器，在强辐射场下会产生高计数率电脉冲信号，一方会引起面堆积效应引起信息丢失，一方面对于后端信号处理模块的性能提出很高要求，极大的增加了使用难度和成本；SiPM由于雪崩恢复时间和像素个数限制，其动态范围有限，很难对宽范围光强有线性响应。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型结构的组合闪烁晶体结构及基于SiPM的具有该组合闪烁晶体结构的组合闪烁探测器结构及具有该组合闪烁探测器结构的辐射探测设备，以解决现有技术中存在的灵敏度和计数率线性度矛盾的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组合闪烁晶体结构及基于SiPM的具有该组合闪烁晶体结构的组合闪烁探测器结构及具有该组合闪烁探测器结构的辐射探测设备，可利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾并突破SiPM动态范围有限的瓶颈。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种组合闪烁晶体，其包括至少一个A闪烁晶体模块及一个B闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块与B闪烁晶体模块为性能不尽相同的闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体A，所述B闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体B，所述闪烁晶体A的灵敏度低于所述闪烁晶体B的灵敏度，所述闪烁晶体A的光输出高于所述闪烁晶体B的光输出，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，至少一个所述A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块围绕所有侧面从侧面***完全包裹住B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述至少一个A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述至少一个A闪烁晶体模块排布后与射线入射面对接的面的面积大于等于射线入射面的面积。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，至少一个A闪烁晶体模块自B闪烁晶体模块的射线入射面的相邻处向外侧排布。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种组合闪烁晶体，其包括X种不同性能的闪烁晶体，X≥3，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的灵敏度高于其他种闪烁晶体的灵敏度，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的光输出低于其他种闪烁晶体的光输出，所有第一种闪烁晶体形成一个整体结构的B闪烁晶体模块，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述其他种闪烁晶体中每种闪烁晶体为偶数个，该偶数个每种闪烁晶体以B闪烁晶体模块为对称点对称排布于任意两个对称的B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体围绕所有侧面从侧面***完全包裹住B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所有其他种闪烁晶体以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所有其他种闪烁晶体包裹B闪烁晶体模块的部分以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所有其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
上述的一种组合闪烁晶体，优选地，所有其他种闪烁晶体排布后与射线入射面对接的面的面积大于等于射线入射面的面积。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种组合闪烁探测器，其包括硅光电倍增器件及信号处理模块，所述组合闪烁探测器包括上述的组合闪烁晶体。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种辐射探测设备，其包括外壳及显示器，所述辐射探测设备包括上述的组合闪烁探测器。
以上技术方案相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明的组合闪烁晶体，其包括至少一个A闪烁晶体模块及一个B闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块与B闪烁晶体模块为性能不尽相同的闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体A，所述B闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体B，所述闪烁晶体A的灵敏度低于所述闪烁晶体B的灵敏度，所述闪烁晶体A的光输出高于所述闪烁晶体B的光输出，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，至少一个所述A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。本技术方案通过选择具有性能差异的闪烁晶体A与闪烁晶体B，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾，通过合理的参数选择，可以突破SiPM动态范围有限的瓶颈，具体是通过选择低灵敏度高光输出的闪烁晶体A与高灵敏度低光输出的闪烁晶体B，使得低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
2、所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块围绕所有侧面从侧面***完全包裹住B闪烁晶体模块。本技术方案通过闪烁晶体A完全包裹B闪烁晶体模块，一方面保证射线能可以从不同方向入射到组合闪烁晶体，另一方面完全包裹进一步保证了射线沉积的效果，便于获得有效且便于处理的信号数据。完全包裹，在晶体对称排布的情况下，还能保证在各个方向上得到的响应一致。
3、该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。本技术方案通过对称设置，可以在对称两侧的方向上得到响应一致。
4、若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
5、所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。本技术方案是为了在一些具体的应用场合，并不需要对所有方向上进行探测，那么通过闪烁晶体A不完全包裹B闪烁晶体模块，可以缩减成本。
6、所述B闪烁晶体模块包括与硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述至少一个A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。本技术方案是为了在一些特殊的应用场合，只需要在一个方向上进行探测，那么仅仅需要将所有A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
7、一种组合闪烁晶体，其特征在于：其包括X种不同性能的闪烁晶体，X≥3，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的灵敏度低于其他种闪烁晶体的灵敏度，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的光输出高于其他种闪烁晶体的光输出，所有第一种闪烁晶体形成一个整体结构的B闪烁晶体模块，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。本技术方案通过选择具有性能差异的三种或三种以上的闪烁晶体，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾，通过合理的参数选择，可以突破SiPM动态范围有限的瓶颈，通过灵敏度及光输出设置区分，使得低能射线大量沉积于高光子效率的其他种类的闪烁晶体中，高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
8、所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。本技术方案参考只存在A、B两种探测器的设计的要求，当存在大于两种探测器时，为了能够更好的达成本发明的目的，秉承最外侧的闪烁晶体相较于其内侧的闪烁晶体具有低灵敏度和高光输出，当存在多种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块某个射线入射面叠加排布时，每相邻两层闪烁晶体直接坚持外层光输出高于内层，外层灵敏度低于内层这个原则进行排布。
9、所述其他种闪烁晶体中每种闪烁晶体为偶数个，该偶数个每种闪烁晶体以B闪烁晶体模块为对称点对称排布于任意两个对称的B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。本技术方案当多种闪烁晶体本身呈偶数个，为了方便后期数据的分析处理，每种闪烁晶体采用相对B闪烁晶体模块对称的设置来排布。
10、本发明的组合闪烁探测器，其包括硅光电倍增器件、信号处理模块以及上述的组合闪烁晶体。通过该探测器使用组合闪烁晶体结构，使低能射线沉积于高光子效率晶体而高能射线沉积于低光子效率晶体，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
11、本发明的辐射探测设备，其包括外壳、显示器以及上述的组合闪烁探测器。通过该辐射探测设备使用具有组合闪烁晶体结构的组合闪烁探测器结构，使低能射线沉积于高光子效率晶体而高能射线沉积于低光子效率晶体，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
附图说明
图1为本发明包括两种类型闪烁晶体的组合闪烁探测器的结构示意图。
图2为本发明包括五种类型闪烁晶体的组合闪烁探测器的结构示意图。
图3为本发明包括三种类型闪烁晶体的组合闪烁探测器的结构示意图。
图4为本发明组合闪烁探测器光产额饱和曲线示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种组合闪烁晶体结构，可利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾并突破SiPM动态范围有限的瓶颈。
本发明公开的组合闪烁晶体可以是包括两种性能的闪烁晶体，也可以是包括三种或三种以上性能的闪烁晶体，下面将对这两种实施例进行分开描述。
实施例一(包括两种性能的闪烁晶体)：
如图1所示，本发明公开的组合闪烁晶体，其包括至少一个A闪烁晶体模块及一个B闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块与B闪烁晶体模块为性能不尽相同的闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体A，所述B闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体B，所述闪烁晶体A的灵敏度低于所述闪烁晶体B的灵敏度，所述闪烁晶体A的光输出高于所述闪烁晶体B的光输出，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，至少一个所述A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。本技术方案通过选择具有性能差异的闪烁晶体A与闪烁晶体B，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾，通过合理的参数选择，可以突破SiPM动态范围有限的瓶颈，具体是通过选择低灵敏度高光输出的闪烁晶体A与高灵敏度低光输出的闪烁晶体B，使得低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
关于实施例一中，B闪烁晶体模块与其他种闪烁晶体的位置关系存在下述三种情况，第一种是B闪烁晶体模块在射线入射面的位置完全被其他种闪烁晶体包裹，第二种是B闪烁晶体模块在射线入射面的位置不完全被其他种闪烁晶体包裹，第三种是其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的其中一个射线入射面的外侧，详细实施例阐述如下。
第一种：B闪烁晶体模块在射线入射面的位置完全被其他种闪烁晶体包裹。
所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块围绕所有侧面从***完全包裹住B闪烁晶体模块。本技术方案通过闪烁晶体A完全包裹B闪烁晶体模块，一方面支持射线能从不同方向入射到组合闪烁晶体，另一方面完全包裹进一步保证了射线沉积的效果，便于获得有效且便于处理的信号数据。完全包裹，在A闪烁晶体模块自身、B闪烁晶体模块自身、A闪烁晶体模块与B闪烁晶体模块彼此之间在各个方向上对称排布一致的情况下，还能保证在各个方向上得到的响应一致。
该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。本技术方案通过对称设置，可以在对称两侧的方向上得到响应一致，且对称设置便于数据的处理。
若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
第二种：B闪烁晶体模块在射线入射面的位置不完全被其他种闪烁晶体包裹。
所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块围绕所有侧面从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。本技术方案是为了在一些具体的应用场合，并不需要对所有方向上进行探测，那么通过闪烁晶体A不完全包裹B闪烁晶体模块，可以缩减成本。
该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。本技术方案通过对称设置，可以在对称两侧的方向上得到响应一致。
若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
第三种：其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的其中一个射线入射面的外侧。
所述B闪烁晶体模块包括与硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所述至少一个A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。本技术方案是为了在一些特殊的应用场合，只需要在一个方向上进行探测，那么仅仅需要将所有A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
所述至少一个A闪烁晶体模块排布后的面积大于等于射线入射面的面积。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
至少一个A闪烁晶体模块自B闪烁晶体模块的射线入射面的相邻处向外侧排布。通过A闪烁晶体模块和B闪烁晶体模块相邻紧密排布，保证射线入射沉积的效果。
本实施例一中，A闪烁晶体模块和B闪烁晶体模块可以根据实际情况选择连续闪烁晶体或者阵列闪烁晶体。
实施例二(包括三种或三种以上性能的闪烁晶体)：
本发明公开的组合闪烁晶体，其包括X种不同性能的闪烁晶体，X≥3，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的灵敏度低于其他种闪烁晶体的灵敏度，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的光输出高于其他种闪烁晶体的光输出，所有第一种闪烁晶体形成一个整体结构的B闪烁晶体模块，所述B闪烁晶体模块设有用以接收射线的射线入射面，其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。本技术方案通过选择具有性能差异的闪烁晶体A与闪烁晶体B，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾，通过合理的参数选择，可以突破SiPM动态范围有限的瓶颈。
关于实施例二中，B闪烁晶体模块与其他种闪烁晶体的位置关系存在下述三种情况，第一种是B闪烁晶体模块在射线入射面的位置完全被其他种闪烁晶体包裹，第二种是B闪烁晶体模块在射线入射面的位置不完全被其他种闪烁晶体包裹，第三种是其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的其中一个射线入射面的外侧，详细实施例阐述如下。
第一种：B闪烁晶体模块在射线入射面的位置完全被其他种闪烁晶体包裹。
所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体围绕所有侧面从***完全包裹住B闪烁晶体模块。本技术方案通过完全包裹B闪烁晶体模块，一方面保证射线能可以从不同方向入射到组合闪烁晶体，另一方面完全包裹进一步保证了射线沉积的效果，便于获得有效且便于处理的信号数据。完全包裹，在晶体对称排布的情况下，还能保证在各个方向上得到的响应一致。
所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。本技术方案通过对称设置，可以在对称两侧的方向上得到响应一致。
所有其他种闪烁晶体以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
第二种：B闪烁晶体模块在射线入射面的位置不完全被其他种闪烁晶体包裹。
所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体围绕所有侧面从***不完全包裹B闪烁晶体模块。本技术方案是为了在一些具体的应用场合，并不需要对所有方向上进行探测，那么通过不完全包裹B闪烁晶体模块，可以缩减成本。
所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。本技术方案通过对称设置，可以在对称两侧的方向上得到响应一致。
所有其他种闪烁晶体包裹B闪烁晶体模块的部分以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
第三种：其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的其中一个射线入射面的外侧。
所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，所有其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。本技术方案是为了在一些特殊的应用场合，只需要在一个方向上进行探测，那么仅仅需要将所有A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
所有其他种闪烁晶体排布后的面积大于等于射线入射面的面积。本技术方案确保了所有低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体A中，所有高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体B中，确保直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。
所有其他种闪烁晶体自B闪烁晶体模块的射线入射面的相邻处向外侧排布。
在本实施例二的所有上述技术方案中，所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。本界定是遵循只存在A、B两种探测器的设计的要求，当存在大于两种探测器时，为了能够更好的达成本发明的目的，秉承最外侧的闪烁晶体相较于其内侧的闪烁晶体具有低灵敏度和高光输出，当存在多种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块某个射线入射面叠加排布时，每相邻两层闪烁晶体直接坚持外层闪烁晶体的光输出高于内层闪烁晶体的光输出，外层闪烁晶体的灵敏度低于内层闪烁晶体的灵敏度这个原则进行排布。
本实施例二中，闪烁晶体可以选择连续闪烁晶体或者阵列闪烁晶体。
如图2所示，图2为包括五种类型闪烁晶体的组合闪烁探测器结构，此为平面图，只显示了探测器结构的两个射线入射面，其他未显示的射线入射面若存在多种类型闪烁晶体，依次类推排布。图2中，灵敏度最高但光输出最低的B闪烁晶体模块位于最内层，C闪烁晶体和D闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块其中一个射线入射面的一侧，C闪烁晶体的灵敏度低于B闪烁晶体模块，但是C闪烁晶体的光输出高于B闪烁晶体模块，D闪烁晶体灵敏度低于C闪烁晶体模块，但是D闪烁晶体的光输出高于C闪烁晶体模块。E闪烁晶体和F闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块另一个射线入射面的一侧，E闪烁晶体的灵敏度低于B闪烁晶体模块的灵敏度，但是E闪烁晶体的光输出高于B闪烁晶体模块的光输出，F闪烁晶体的灵敏度低于E闪烁晶体模块的灵敏度，但是F闪烁晶体的光输出高于E闪烁晶体模块的光输出。
对于相互对称的射线入射面均有射线入射时，最优的实施方式是以B闪烁晶体模块为对称点，B闪烁晶体模块对称射线入射面的两侧的闪烁晶体对称，且具有相同的灵敏度与光输出，如图3所示，为了便于后续数据的处理，以B闪烁晶体模块为对称基点，C闪烁晶体分别对称排布于B闪烁晶体模块的外侧，然后D闪烁晶体分别对称排布于C闪烁晶体模块的外侧，C闪烁晶体的灵敏度低于B闪烁晶体模块的灵敏度，但是C闪烁晶体的光输出高于B闪烁晶体模块的光输出，D闪烁晶体的灵敏度低于C闪烁晶体模块的灵敏度，但是D闪烁晶体的光输出高于C闪烁晶体模块的光输出。
本发明基于上述实施例一及实施例二的组合闪烁晶体结构，还公开了一种基于SiPM的具有上述实施例一及实施例二描述的组合闪烁晶体结构的组合闪烁探测器结构，该组合闪烁探测器包括硅光电倍增器件、信号处理模块及上述的组合闪烁晶体结构，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾并突破SiPM动态范围有限的瓶颈。
本发明还公开了一种具有上述组合闪烁探测器结构的辐射探测设备，该辐射探测设备包括外壳、显示器及上述的实施例一及实施例二描述的组合闪烁探测器结构，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾并突破SiPM动态范围有限的瓶颈。
本发明之所以要求闪烁晶体A排布于闪烁晶体B的射线入射面的外侧，最好是完全从闪烁晶体B的射线入射面的***包裹闪烁晶体B。这样低能射线将大量沉积于闪烁晶体A中，高能射线将穿过低线衰减系数的闪烁晶体A进入闪烁晶体B，只要获得闪烁晶体A的光子效率就可以确定其产生使SiPM饱和的光子量的γ射线能量值，SiPM厂商会提供其光子饱和参数(Imax)，如式1所示，E为γ射线能量，I为光子量，当I<Imax时，其处于线性工作区间，如图4所示，图4中X代表Γ射线能量，Y代表光子量，Z代表光产额,H代表饱和限，J代表闪烁晶体A，K代表闪烁晶体B。
I＝λE(式1)
只要确定了闪烁晶体A饱和时的γ射线能量，就可以根据闪烁晶体的线衰减系数μ确定闪烁晶体A的厚度d0。
N＝N0e-μd(式2)
此时就确定了组合闪烁探测器结构和参数。***高光子效率闪烁晶体A探测低能γ射线，而能在闪烁晶体A中沉积致使SiPM饱和的高能射线则穿透闪烁晶体A沉积于低光子效率闪烁晶体B，从而拓宽整个探测器的动态范围。
由于不同闪烁晶体其光衰减时间常数不同，可以通过脉冲信号形态区分闪烁晶体A和闪烁晶体B的信号并进行处理。
本发明上述实施例中描述的多种闪烁晶体的选择根据实际应用选取，选取的闪烁晶体的具体种类并不是本发明的保护重点，本发明的保护重点在于当具有两种或者两种以上闪烁晶体时，如何基于闪烁晶体已有性能，通过不同种类闪烁晶体之间合理的排布，达成本发明要解决的技术问题，即通过选择具有性能差异的闪烁晶体，利用闪烁晶体参数差异解决灵敏度和计数率线性度矛盾，通过合理的参数选择，可以突破SiPM动态范围有限的瓶颈，具体是通过将低灵敏度高光输出的闪烁晶体排布于高灵敏度低光输出的闪烁晶体的***，使得低能射线大量沉积于高光子效率的闪烁晶体中，高能射线沉积于低光子效率的闪烁晶体中，避免了产生过高光子量造成SiPM饱和，从而直接有效的解决SiPM配合闪烁晶体使用时动态范围不足的问题，并有效的缓解了宽计数率范围和高灵敏度需求的矛盾。

Claims (28)

1.一种组合闪烁晶体，其特征在于：其包括至少一个A闪烁晶体模块及一个B闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块与B闪烁晶体模块为性能不同的闪烁晶体模块，所述A闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体A，所述B闪烁晶体模块包括至少一个闪烁晶体B，所述闪烁晶体A的灵敏度低于所述闪烁晶体B的灵敏度，所述闪烁晶体A的光输出高于所述闪烁晶体B的光输出，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干个所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，至少一个所述A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
2.根据权利要求1所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块围绕所有侧面从侧面***完全包裹住B闪烁晶体模块。
3.根据权利要求2所述的组合闪烁晶体，其特征在于：该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
4.根据权利要求2所述的组合闪烁晶体，其特征在于：若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
5.根据权利要求1所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述A闪烁晶体模块包括若干个，若干所述A闪烁晶体模块分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上若干所述A闪烁晶体模块从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。
6.根据权利要求5所述的组合闪烁晶体，其特征在于：该若干个A闪烁晶体模块相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
7.根据权利要求5所述的组合闪烁晶体，其特征在于：若干所述A闪烁晶体模块以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
8.根据权利要求1所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述至少一个A闪烁晶体模块排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
9.根据权利要求8所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述至少一个A闪烁晶体模块排布后与射线入射面对接的面的面积大于等于射线入射面的面积。
10.根据权利要求1所述的组合闪烁晶体，其特征在于：至少一个A闪烁晶体模块自B闪烁晶体模块的射线入射面的相邻处向远离B闪烁晶体模块的外侧排布。
11.一种组合闪烁探测器，其包括硅光电倍增器件及信号处理模块，其特征在于：所述组合闪烁探测器包括权利要求1至10任一所述的组合闪烁晶体。
12.一种辐射探测设备，其包括外壳及显示器，其特征在于：所述辐射探测设备包括权利要求11所述的组合闪烁探测器。
13.一种组合闪烁晶体，其特征在于：其包括X种不同性能的闪烁晶体，X≥3，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的灵敏度高于其他种闪烁晶体的灵敏度，该X种不同性能的闪烁晶体中第一种闪烁晶体的光输出低于其他种闪烁晶体的光输出，所有第一种闪烁晶体形成一个整体结构的B闪烁晶体模块，所述B闪烁晶体模块包括与外部硅光电倍增器件耦合的第一对接面、与第一对接面位置相对的第二对接面以及连接第一对接面及第二对接面的用以接收射线的若干个侧面，若干所述侧面为所述B闪烁晶体模块的射线入射面，其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
14.根据权利要求13所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
15.根据权利要求13所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述其他种闪烁晶体中每种闪烁晶体为偶数个，该偶数个每种闪烁晶体以B闪烁晶体模块为对称点对称排布于任意两个对称的B闪烁晶体模块的射线入射面的外侧。
16.根据权利要求13所述的组合闪烁晶体，其特征在于：其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的每一侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体围绕所有侧面从***完全包裹住B闪烁晶体模块。
17.根据权利要求16所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
18.根据权利要求16所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
19.根据权利要求16所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹B闪烁晶体模块。
20.根据权利要求13所述的组合闪烁晶体，其特征在于：其他种闪烁晶体分别排布于B闪烁晶体模块的至少两个侧面***，且整体上所有其他种闪烁晶体从侧面***不完全包裹B闪烁晶体模块。
21.根据权利要求20所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
22.根据权利要求20所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体相对于B闪烁晶体模块至少在一个方向上呈对称排布。
23.根据权利要求20所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体包裹B闪烁晶体模块的部分以大于等于射线入射面面积的方式进行排布并包裹。
24.根据权利要求13所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体排布于B闪烁晶体模块其中一个侧面的外侧。
25.根据权利要求24所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所述其他种闪烁晶体相对B闪烁晶体模块的排布方式满足条件：沿着远离B闪烁晶体模块的方向，灵敏度逐渐变低，而光输出逐渐变高。
26.根据权利要求24所述的组合闪烁晶体，其特征在于：所有其他种闪烁晶体排布后与射线入射面对接的面的面积大于等于射线入射面的面积。
27.一种组合闪烁探测器，其包括硅光电倍增器件及信号处理模块，其特征在于：所述组合闪烁探测器包括权利要求13至26任一所述的组合闪烁晶体。
28.一种辐射探测设备，其包括外壳及显示器，其特征在于：所述辐射探测设备包括权利要求27所述的组合闪烁探测器。
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