CN105425276B - 脉冲x射线能谱测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线能谱测量装置，包括多个呈阵列排布的准直器，每个准直器内部均安装有吸收片、隔离套筒和探测器；吸收片位于准直器一端，吸收片的接收端面朝向X射线入射方向，吸收片的出射端面朝向探测器；探测器位于准直器的另一端，与数据采集***相连；隔离套筒位于吸收片和探测器之间。本发明适用于平均能量80～120keV的脉冲硬X射线能谱测量，解决了对低能量段脉冲X射线能谱进行测量的技术问题。本发明在充分考虑脉冲硬X射线在物质中的衰减规律的基础上，采用12路PIN探测器按照二维均布结构组成探测阵列，具有极强的测量针对性，能够更精细地测量出脉冲硬X射线能段的光子能量分布信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线能谱测量装置，具体涉及一种适用于平均能量80～120keV的脉冲硬X射线能谱测量装置。
背景技术
X射线能谱对于X射线源的研制、发展及应用研究具有重要的意义，重点应用在核物理的研究及与放射性同位素相关的工业、农业、医疗等诸多领域。近几十年来，在脉冲功率技术领域，国内外对X射线能谱测量有着比较深入的研究，特别是以吸收法、荧光法、康普顿散射法及透射系数法等测量原理为代表的测量***种类繁多，测量手段丰富，在多个能段都有较大的进展。
2004年，中国工程物理研究院流体物理研究所设计了基于X光感光底片的螺旋楔形测量装置，给出了最高能量为12MeV的射线能谱，这种方式可以测量MeV级的射线能谱，无法测量较低能量范围的X光；2010年，西北核技术研究所设计了基于电流型Si-PIN探测器的能谱仪，给出了最高能量为1.4MeV的射线能谱，平均能量约700keV，光子能量同样偏高。可见，在国内对于脉冲宽度为几十ns、最高能量600keV、平均能量80～120keV的脉冲X射线的能谱测量，由于受脉冲硬X射线源发展等诸多因素的限制，至今没有一套适用于该能段范围内的X射线能谱测量装置。所以，迫切需要设计一套用于该能段的脉冲X射线能谱测量装置，以适应脉冲硬X射线束流诊断技术发展的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲X射线能谱测量装置，解决了对低能量段脉冲X射线能谱进行测量的技术问题。
本发明的技术解决方案是：所提供的脉冲X射线能谱测量装置包括多个呈阵列排布的准直器，每个准直器内部均安装有吸收片、隔离套筒和探测器；吸收片位于准直器一端，吸收片的接收端面朝向X射线入射方向，吸收片的出射端面朝向探测器；探测器位于准直器的另一端，与数据采集***相连；隔离套筒位于吸收片和探测器之间。该装置适用于测量平均能量为80～120keV的脉冲X射线。
上述探测器设置有两个数据接口；其中，接口一与数据采集***相连，用于信号引出；接口二与供电电源相连，用于直流电压的引入。
上述探测器通过数据传输***与数据采集***相连；所述数据传输***包括电缆座、同轴电缆和数据转接口，可以满足与各种数据采集设备的连接使用。
上述数据采集***包括示波器、计算机和软件，其中软件为Matlab程序编写而成，用于数据的处理和能谱的求解。
上述探测器为电流型Si-PIN探测器，体积小、使用方便、适合做成阵列。
上述准直器由铅制成；吸收片由铜和铝制成；隔离套筒由铜制成。准直器和隔离套筒为圆筒状，吸收片和探测器为圆柱状，生产加工方便，有效工作面积大。
上述准直器为12个，呈3×4的二维阵列均匀排布。可以精细地反应光子的能谱分布，同时结构紧凑，体积小，便于携带。
上述吸收片的厚度为1～12mm；所述隔离套筒的厚度为1～30mm。二者厚度相配合可以把散射比例控制在5％以内
本发明的优点在于：
(1)本发明在充分考虑脉冲硬X射线在物质中的衰减规律的基础上，采用12路PIN探测器按照二维均布结构组成探测阵列，具有极强的测量针对性，能够更精细地测量出脉冲硬X射线能段的光子能量分布信息。
(2)本发明公布的能谱测试装置体积小，配合便捷高效的数据采集***和计算软件，达到了操作简单、针对性强、能量分辨率高、便携式强等有益效果。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的单个准直器的连接示意图；
图2为本发明实验测得的脉冲X射线能谱结果。
具体实施方式
本发明的工作原理是：脉冲X射线经过不同材料、不同厚度的吸收片时，满足指数衰减规律，会形成不同程度的衰减，衰减后的X射线入射到PIN探测器阵列的灵敏层上，产生电子-空穴对，这些电子-空穴对在外加电场的作用下分别向探测器的两级漂移，形成电流，从而产生输出信号，经过传输***和数据采集***被记录下来。利用这些信号结合吸收片的衰减系数和探测器的能量响应，可以计算得到脉冲硬X射线的能谱。
本发明较佳实施例包括多路呈阵列排布的准直器，每路准直器里面均依次嵌套着吸收片、隔离套筒和PIN探测器。其作用是限制光的来源，防止射线的互相串扰，增加信噪比。
参见图1，本发明较佳实施例的准直器的连接方式为：沿射线的入射方向依次设置吸收片、隔离套筒和探测器；吸收片位于准直器一端，吸收片的接收端面朝向X射线入射方向，吸收片的出射端面朝向探测器；探测器位于准直器的另一端，与数据采集***相连；隔离套筒位于吸收片和探测器之间。
准直器呈圆柱筒状，使用铅材料制作而成。由于铅的密度较大，可以限制光的来源，而且可以防止探测器之间的信号互相串扰。
吸收片是由铜或者铝材料制作而成的圆柱体，其截面积稍大于探测器的面积，厚度视光源的强度和能谱仪与光源的距离而定，作用是使入射的脉冲硬X射线产生不同程度的衰减。
隔离套筒放置在吸收片和探测器之间，用于控制光子散射比例，其长度与吸收片的厚度相对应。
探测器是能谱仪的核心部件，用于探测经吸收片透射的X射线，探测器的尾部均有2个数据接口，一个与数据采集***相连用于信号引出，另一个与供电电源相连用于直流电压的引入。更多的探测器个数可以更精细地反应光子的能谱分布。
准直器中心、吸收片的中心、探测器的中心的连线垂直于探测器的表面，与射线入射方向重合。
本发明较为优选的设计参数为：
整体呈长方体结构，长141mm，宽131mm，高100mm，包括12路呈阵列排布的准直器，阵列在二维方向上行数4列数3，准直器相互间距34mm。
准直器呈圆柱筒状，内径29mm，由铅材料制成。
12个吸收片均呈圆柱形，直径29mm，由铜或者铝材料制成；其中，铜的厚度分别为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、8mm、10mm和12mm，铝的厚度分别为3mm、7mm和11mm。
隔离套筒采用铜材料，套筒的外径为29mm，内径为27mm，目的是使吸收片和探测器拉开一定距离，减少散射比例，增加信噪比。其厚度依据吸收片的厚度理论计算得到，把散射控制在5％以内，每一种厚度的吸收片均对应一定长度的隔离套筒。隔离套筒的长度(即吸收片与探测器间的距离)分别为1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、20mm、30mm、30mm、30mm、30mm和30mm。
探测器为电流型Si-PIN探测器，共12路，结构和材料参数均相同，外径为29mm，灵敏直径为10mm，灵敏厚度为500μm。
供电电源为直流电源，市电接入，输出为直流300V，用于给PIN探测器供电，产生外加电场，使入射光子激发的电子-空穴对向探测器的两级漂移，产生输出信号。
实验过程中，脉冲X射线源发射光子，垂直照射到能谱测量装置上，光子强度经吸收片衰减之后，被12路探测器采集，经由电缆线传输至示波器上，被信号采集***所记录，经过计算机处理后得到能谱。参见图2，本发明提供的能谱测量装置在实验中测得的脉冲X射线能谱结果，光子最高能量600keV，平均能量82.87keV，满足了对低能量段脉冲X射线能谱进行测量的需求。
Claims (10)
1.一种脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：包括多个呈阵列排布的准直器，每个准直器内部均安装有吸收片、隔离套筒和探测器；
所述吸收片位于准直器一端，吸收片的接收端面朝向X射线入射方向，吸收片的出射端面朝向探测器；
所述探测器位于准直器的另一端，与数据采集***相连；
所述隔离套筒位于吸收片和探测器之间。
2.根据权利要求1所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述探测器设置有两个数据接口；其中，接口一与数据采集***相连，接口二与供电电源相连。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述探测器通过数据传输***与数据采集***相连；所述数据传输***包括电缆座、同轴电缆和数据转接口。
4.根据权利要求3所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述数据采集***包括示波器、计算机和软件。
5.根据权利要求4所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述探测器为电流型Si-PIN探测器。
6.根据权利要求5所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述准直器由铅制成；所述吸收片由铜或者铝制成；所述隔离套筒由铜制成。
7.根据权利要求6所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述准直器和隔离套筒为圆筒状，所述吸收片和探测器为圆柱状。
8.根据权利要求7所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述准直器为12个，呈3×4的二维阵列均匀排布。
9.根据权利要求8所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述吸收片的厚度为1～12mm；所述隔离套筒的厚度为1～30mm。
10.根据权利要求8所述的脉冲X射线能谱测量装置，其特征在于：所述探测器的灵敏直径为10mm，灵敏厚度为500μm。
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