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《X和_射线成像阵列探测器_基本问题_发展和前瞻》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第1期核电子学与探测技术Vol120No112000年1月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJan.2000X和C射线成像阵列探测器——基本问题、发展和前瞻许祖润(四川大学物理系,四川成都610064)摘要:对X和C成像探测的基本问题及现况进行了综述,探讨了未来的发展方向。关键词:X和C射线;成像;阵列探测器中图分类号:TL81615文献标识码:A文章编号:0258-0934(2000)01-0062-040引言X和C射线成像探测器在工业和医学无损成像检测
2、中有着广泛的应用。在高能物理、重离子物理、核物理和原子分子物理的实验研究中成像探测器均起着极为重要的作用,可以说,正是这些领域基础研究的需要,首先触动了成像探测器,或以其原初名字说,位置灵敏探测器的研究和发展。我们将从物理的角度,结合实例,对X和C成像阵列探测器的基本问题和发展作一讨论。1X和C射线成像探测的一些基本问题从电磁波谱知,X和C射线属10nm至0.1pm的短波段范围,光子能量在keV至数百MeV之间。将其和Lm波段范围的可见光成像相比较,可以看出一些值得关注的基本问题。可见光成像的特点:1)被
3、成像物作为光源(反射或自发射)成像。2)可经透镜聚焦,使大物体变为小像。X和C透射成像的特点是:1)从点或线辐射源发出的射线穿透被检测物体成像。2)缺乏实用化的X和C射线“会聚透镜”。小的被检测物也需获取大的透射像。3)为检测物体内部图像,需要入射X和C射线I0与该物质相互作用后,不被全部吸收,一定要有携带被检测-Lx物信息的束I=I0e出射,阻止本领或质量吸收系数L愈大,物体愈大,需选择穿透力愈强的高能射线,而为完成成像检测,对探测器的要求正好相反,需将I阻止,使在探测器灵敏体积内沉积尽可能多的能量,以
4、获取大的可探测记录的电信号。因此,X和C射线成像探测器,不论用于平面还是断层成像,均面临下列基本问题:1)要求大线度(直线或弧线)或大面积(平面或弧面)位置灵敏探测器。2)要求对选定能量Exr的射线I(E)有足够大的阻止本领和探测效率,具有大而线性的动态范围。3)要求整个探测器均匀性好,固有噪声小,不引起像模糊和伪像的形成。收稿日期:1999-05-07作者简介:许祖润(1937-),男,四川邛崃县人,教授,从事核信息获取和处理研究。622高能物理等领域“成像型”探测器的发展和启示为研究和重建中能核反应过
5、程需要一种大面积位置灵敏探测器,完成各反应道空间位置[1]Xi、Yi,出现时间ti和能量Ei等的测量。原子分子物理对分子立体化学结构的实验研究,也需类似的探测器。高能核反应产物几乎在4P立体角出现,为研究和重建核反应过程,需一种4P立体角的探测器。这些需求促成60年代中出现将单丝正比计数器突破性发展,组成多丝阵列[2]型正比室的成果,1994年获诺贝尔物理奖。70年代出现了晶体球探测器,例如创造性地采用815个$E2E探测器望远镜和176个TOF飞行时间探测器来组成包围4P角97%的晶体球谱[3,4]仪。
6、这些探测器的研制成功具有开创性质。对成像探测器研究给予了重要的概念和方法上的启示:1)使用“组合型”探测器的概念和方法实现多功能、大立体角测量。2)采用同种和不同种多探测器单元的组合及探测器和读出电子学电路单元的组合完成成像探测。3多丝室型X和C成像探测器这是发展最早,应用较成熟的一类线阵列成像探测器。为用它实现透射像的探测,必须将丝室恰当配置并造成在探测器灵敏区中沉积尽可能多能量,产生尽可能多的次级电子的条件。常采用:1)高Z值元素充气气体;2)高充气气压;3)固态转换体等方法。[5]例11多丝室数字辐
7、射成像装置。丝室充Z=54的Xe+20%CO2,气压3104MPa。直接探测60keV的X射线透射像的效率30%,折合水平像元宽1mm。已在医院使用。[6]例21采用钽金属片转换体的一维位敏丝室成像装置。充气Ar(70%)+C2H6(30%),111.46kPa。转换体采用钽片,厚度50Lm,对400keV,1度入射的X射线在转换体两侧产生最大的光电和康普顿电子出射,探测效率30%,可探测100keV至2MeV的X和C射线透射像。[7]例31采用BaF2闪烁晶体的固态正比室成像装置。由<150mm,厚8m
8、m的BaF2转换晶体和充有对紫外光敏感的TMAE蒸汽的低气压多丝室组合而成,采用多步雪崩放大,可用于高能C射线成像探测。4微带型成像探测器为解决多丝室成像探测器用小于10Lm直径镀金钨丝制作小于1mm丝间隙多丝电极的困难,克服分辨本领和成像质量不高的问题,促成了这类探测器的发展。例如:[8](1)1988年法国人A1OED提出一种微带阳极位置灵敏气体探测器其意义是:1)将现代光刻和微加工技术引入探测器研制;2)促进了对非对称表
