專利名稱：具有自適應(yīng)選擇的伽馬閾值的集成中子伽馬輻射檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里的教導(dǎo)涉及電離輻射的手持檢測器，更具體涉及區(qū)分伽馬分量 和中子分量的檢測器。
背景技術(shù)：
檢測放射性材料，特別是違法地隱藏在商業(yè)流中的那些放射'性材 料，需要可以使用各種輻射檢測設(shè)備。特別是，該領(lǐng)域中需要手持放射
性同位素識別裝置(HHRIID)來快速地確定特定的核材料的存在，并將 其與醫(yī)學(xué)和工業(yè)放射性同位素的存在區(qū)分開，以及與通常出現(xiàn)的放射性
材料區(qū)分開。HHRIID —個可能的實施例由兩個光學(xué)地分開的輻射傳感器 構(gòu)成，它們發(fā)出光并且耦合到公共光電探測器。第一輻射傳感器是中子 感應(yīng)部部件，其包含具有高中子截面的原子核，諸如例如liF的化學(xué)化
合物中的ti,由閃爍體材料，例如ZnS:Ag的顆粒包圍，并在環(huán)氧基體 中粘合在一起。第二輻射傳感器是伽馬感應(yīng)部件，其由具有增強的伽馬 能量分辨率、高伽馬阻止本領(lǐng)的閃爍體晶體，和具有非常低中子吸收截 面積的原子組成構(gòu)成。這兩個輻射傳感器被光學(xué)地分開，其分開方式使 得一個傳感器發(fā)射的光不到達另一個傳感器，以避免光串擾。HHRIID可 能包括脈沖形狀區(qū)分電路來識別發(fā)射的光的源(或者由中子感應(yīng)部件， 或者由伽馬感應(yīng)部件，基于閃爍光衰減時間的不同)。
之前還沒有解決的與HHRIID相關(guān)的一個問題是中子感應(yīng)部件中的 輻射串擾。盡管根據(jù)設(shè)計，中子感應(yīng)部件通常是亞毫米薄，并且包含具 有4氐Z數(shù)(Z-number)的原子，它仍然對伽馬射線每丈感。在4艮多現(xiàn)場應(yīng) 用中，可能入射伽馬通量足夠高來在中子感應(yīng)部件中產(chǎn)生相當數(shù)量的交 互作用，從而妨礙可能在同時存在的低中子通量的檢測和測量。
需要的是一種緊湊的，集成的HHRIID設(shè)計，將中子感應(yīng)部件中的 輻射串擾最小化或者消除，從而能夠進行改進的對混合輻射場的各種成 分的分析。

發(fā)明內(nèi)容
一種集成的中子伽馬-輻射檢測器，包括伽馬感應(yīng)元件；中子感應(yīng) 元件；光耦合于伽馬感應(yīng)元件和中子感應(yīng)元件兩者的光電傳感器；以及 脈沖形狀和處理電子電路，其耦接于光電傳感器，以便確定與伽馬感應(yīng)
元件關(guān)聯(lián)的最大伽馬能量。中子感應(yīng)元件的伽馬閾值基于從伽馬感應(yīng)元 件確定的、輻射場中存在的最大伽馬能量。來自中子感應(yīng)元件的光脈沖 在該光脈沖的幅度高于伽馬閾值的情況下被計數(shù)為有效的中子事件。
一種在集成的中子-伽馬輻射檢測器中自適應(yīng)地選擇伽馬閾值的方 法，該4全測器包括伽馬感應(yīng)元件，中子感應(yīng)元件，光耦合于伽馬感應(yīng)元 件和中子感應(yīng)元件的光電傳感器，以及耦接于光電傳感器的脈沖形狀和 處理電子電路封裝，該方法包括步驟
確定與伽馬感應(yīng)元件檢測到的伽馬射線關(guān)聯(lián)的最大伽馬能量； 基于該最大伽馬能量選擇中子感應(yīng)元件的伽馬闊值， 從而在由中子感應(yīng)元件發(fā)射的光脈沖的幅度高于伽馬閾值時，該光 脈沖被計數(shù)為有效的中子事件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有自適應(yīng)伽馬閾值的手持放射性同位 素識別裝置(HHRIID)的分解量的中子和伽馬射線的脈沖幅度直方圖3是本發(fā)明的伽馬感應(yīng)元件中使用的伽馬感應(yīng)材料響應(yīng)于不同能 量的伽馬射線的脈沖幅度直方圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，為中子感應(yīng)元件自適應(yīng)地選 擇伽馬閾值的裝置和方法的框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，大致在10處示出一集成的中子-伽馬輻射檢測器。 在一端，檢測器10包括中子減速器(moderator ) 12,其包括的材料使 進入減速器12的快速中子減慢，但允許熱中子和伽馬射線容易地通過 其中。例如，中子減速器12可包括氫等。減速器12包括以光反射器16 作為襯里的腔體14。伽馬感應(yīng)元件18設(shè)置在中子減速器12的腔體14內(nèi)，并由光反射器16包圍來增加檢測器10的光效率。在一個實施例中， 伽馬感應(yīng)元件18包括閃爍體晶體，在伽馬射線與伽馬感應(yīng)元件18碰撞 時該閃爍體晶體發(fā)出具有衰減時間t的光子。閃爍體晶體的典型材料非 限制性地包括來自囟化鑭類(LaBr3, LaCl3, Lal3)的具有高能量分辨率 (在662keV處為3%或更好)的晶體材料，以及這些材料的固溶體。其 它致密的，亮的和快速的閃爍體材料也用于結(jié)合到伽馬傳感器18中。 例如，閃爍體晶體可以由混合的卣化鑭LaX3:Ce (X = Br, I)仂p馬閃爍 體材料制成，其發(fā)射具有大約20納秒的衰減時間l的光子。該混合的 卣化鑭LaX3:Ce (X-Br， I )伽馬閃爍體材料具有出色的能量分辨率， 這從而將使得與當前技術(shù)，諸如低溫地冷卻的高純度鍺(HP Ge)相比， 能夠以低得多的成本制作高性能室溫檢測器。
檢測器10包括設(shè)置在中子減速器12的第二腔體22內(nèi)的中子元件 20。具體來說，中子感應(yīng)元件20靠近伽馬感應(yīng)元件18設(shè)置。在所示例 的實施例中，中子感應(yīng)元件20包括亞毫米薄的固體環(huán)形層，該層包括 中子感應(yīng)材料的顆粒的混合物，例如，以諸如6LiF的化學(xué)化合物形式的 6Li,其在光學(xué)透明的環(huán)氧基質(zhì)中由閃爍體材料包圍。中子感應(yīng)材料對于 熱中子具有相對大的橫截面(每個6Li原子940耙(barn))。當吸收 熱中子時，6Li衰變成3H并發(fā)出阿爾法粒子，兩個帶電的粒子具有大約 4.8 MeV的總動能。阿爾法粒子和氖核由包圍中子感應(yīng)材料的閃爍體材 料吸收，諸如ZnS:Ag，并發(fā)出具有大約IIO納秒的衰減時間t;的450nm 光子，T2不同于從伽馬感應(yīng)元件18的閃爍體晶體發(fā)出的光子的衰減時 間t,。除了使用6LiF/ZnS: Ag作為中子感應(yīng)材料/閃爍體材料，可以選 擇基質(zhì)中的基于6Li的粉末材料和閃爍體顆粒的其它混合物。在圖1中 呈現(xiàn)的示例實施例中，中子感應(yīng)元件20被示出為具有環(huán)形；然而，將 理解在其它相對于伽馬檢測器的結(jié)構(gòu)中，中子感應(yīng)組分也可以采取很多 其它形狀的物品(article)的形式。中子感應(yīng)元件可能的形狀是層， 片，桿，線，網(wǎng)，透鏡裝置物(lenticular fixture),光纖等(通過 包括流延和擠壓成形的工藝)；復(fù)合體等(通過包括加工或者鑄造的工 藝)；以及保形涂層等(通過包括噴霧，蘸，或者旋涂(spinning)的 工藝)。
如上所述，阿爾法粒子和氚核與閃爍體材料，諸如ZnS的交互作用， 提供了從閃爍體材料的光子發(fā)射。從而，盡管可以包括其它現(xiàn)象或者其它現(xiàn)象可能潛在地影響LiF/ZnS: Ag部件產(chǎn)生的信號，應(yīng)當理解，使用 "中子傳感器，，計入了提供或者伴隨中子檢測的各種方面和機制，因此， 術(shù)語"中子傳感器"并不受到這些不同方面和機制的限制。
檢測器10包括光電傳感器24,諸如光電倍增管(PMT),其光學(xué)地 耦合到伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20。將理解本發(fā)明可以任何 適當?shù)墓怆妭鞲衅鱽韺嵤?，這里使用PMT作為光電傳感器僅僅是示例性 的而不是限制性的。為了改進光學(xué)耦合，PMT24的一部分設(shè)置在中子減 速器12的第二腔體22內(nèi)。PMT24輸出信號S,指示由伽馬感應(yīng)元件18 以及中子感應(yīng)元件20發(fā)射的兩種不同類型的光子。
盡管在示例實施例中，集成的檢測器10包括單個光電倍增管24, 檢測器10可以包括其它感光器件。例如，檢測器10的其它實施例可以 包括光電二極管，PIN光電二極管，雪崩光電二極管，蓋革模式工作光 電二極管，混成光電探測器以及其它類似部件。簡言之，PMT24被設(shè)計 為接收和解釋來自伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的每個的信 號(伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的每個都是閃爍體，并且 響應(yīng)于輻射交互作用提供光輸出)。
檢測器10還包括脈沖形狀和處理電子電路封裝26,其處理來自光 電倍增管24的信號S，以便確定給定的光子發(fā)射事件是指示了伽馬感應(yīng) 元件18中的輻射交互作用還是中子感應(yīng)元件20中的輻射交互作用。在 伽馬射線的情況下，電子電路26還基于光電倍增管24中產(chǎn)生的電荷量 以及利用已知的來自放射性同位素源的伽馬射線能量的校正程序，確定 伽馬射線的能量。在光電倍增管24附近可以提供磁屏蔽28來防止在光 電倍增管24中發(fā)生不期望的激勵。
如圖1中所示，脈沖形狀和處理電子電路封裝26包括模擬到數(shù)字 轉(zhuǎn)換器(ADC) 30，以及還有電荷[Q]到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(QDC) 32,其從光 電倍增管24接收信號S并為根據(jù)這里的教導(dǎo)的分析做準備。每個信號S, 指示了伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的一個中的輻射交互作 用，并且具有信號幅度V。。
一般，集成的HHRIID型的中子-伽馬檢測器10中的脈沖形狀區(qū)分 需要對每種輻射交互作用確定兩個參數(shù)信號(脈沖)幅度V。和脈沖電 荷Q。通過形成兩個量Q/V。的比率，可以確定閃爍衰減時間，并將每個 信號S關(guān)聯(lián)為是伽馬感應(yīng)元件18中或者中子感應(yīng)元件20中的輻射交互作用中的一個。從而，來自光電倍增管24的信號S被劃分并發(fā)送到QDC 32和ADC 30,分別用于信號電荷Q和幅度V。的數(shù)字測量。
為了避免光串擾并提供改進的信號分析和數(shù)據(jù)，HHRIID IO典型地 包括用于伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的每個到光電傳感器 24的分開的光耦合。
相應(yīng)地，伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的每個的選才奪， 計入可能被采取來提高其檢測能力和特性的各種措施。這種選擇可以被 考慮為"定制，，和"優(yōu)化，，伽馬感應(yīng)元件18以及中子感應(yīng)元件20中的 每個。
典型地，ADC 30的積分時間包括選擇用于足夠質(zhì)量的峰值;險測的一 段時間，而QDC 32的積分時間包括選擇用于足夠質(zhì)量的電荷積分的一 l殳時間。"足夠質(zhì)量，，通常由HHRIID 10的伽馬感應(yīng)元件18以及中子 感應(yīng)元件20的閃爍衰減時間確定。
再次參考信號分析，信號S的幅度和上升時間并不指示光源(中子 還是伽馬閃爍體)，因為兩者都可以具有相當?shù)膭討B(tài)范圍。對于這些應(yīng) 用，可以對ANSI 42.34進行參考。另一方面，信號衰減時間T是特定 于每種閃爍體的量(對于伽馬感應(yīng)元件18大約20ns的Tm相比對于中 子感應(yīng)元件20大約110ns的t2)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如果比率T2/^是足夠大的數(shù)，那么具有 閃爍衰減時間T!的交互作用事件將被與具有閃爍衰減時間T2的交互作
用事件分開。特別是，對于用于這里呈現(xiàn)的HHRIID示例實施例中的材 料，如果比率T2/ Ti接近5. 5,那么存在良好的衰減時間的分開。然而， 在大多數(shù)情況下，如果比率T2/t^大于1，那么可以實現(xiàn)適當?shù)膮^(qū)分。
對每個電脈沖的衰減時間的直接測量需要用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 30以至少幾百MHz的頻率對信號S數(shù)字采樣。較簡單的解決方 案是通過對指數(shù)信號積分并將結(jié)果除信號的幅度，測量每個信號S的衰 減時間。這可以通過積分指數(shù)衰減函數(shù)來數(shù)學(xué)地-瞼證
其中t代表時間(這里，以納秒測量)，T代表信號衰減時間，V。代表信號幅度。在實際中，信號幅度v?？梢酝ㄟ^非采樣峰值感應(yīng)模擬到數(shù)字 轉(zhuǎn)換器(ADC )30來測量，而等式(1 )的積分與總的積分電荷(integrated charge) Q成比例，總的積分電荷Q可以由電荷到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(QDC ) 32 測量。
在兩個分支中分析來自PMT24的每個信號S。第一分支前進到峰值 敏感ADC30。在一些實施例中，笫一分支可以包括快速整形放大器，后 面跟著峰值敏感ADC 30。在第二分支中，相同的信號S被用作對QDC32 的輸入。典型地，QDC模塊在柵控模式下工作，額外的"柵極"電子信 號被提供給該模塊來指定電荷積分的時間間隔。在一個實施例中，因為 QDC 32必須在大于衰減時間的一段時間上對信號S積分，使用大約500 納秒的"長柵，，信號。峰值感應(yīng)ADC30使用大約50納秒的相對"短柵，， 間隔。
通過用ADC 30測量脈沖的幅度，以及用QDC 32測量脈沖的電荷， 這里的教導(dǎo)具有對于來自光電倍增管24的"暗電流"脈沖不敏感的優(yōu) 點，并提供了相比于現(xiàn)有技術(shù)改進的信噪比。從而，脈沖(來自ADC30) 的峰值幅度被保留，并且確保伽馬閃爍體的高能量分辨率保持不受擾動 用于改進的同位素識別。
通過采用具有亞亳米層厚度并且由對入射伽馬輻射實際上透明的 材料制成的中子感應(yīng)元件20,顯著減少了中子感應(yīng)元件20中伽馬交互 作用的問題。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在存在混合輻射場時，中子俘獲，例如， 由中子感應(yīng)材料吸收中子，以及伽馬交互作用，例如由電子對伽馬光子 的單康普頓散射，都可以激勵中子感應(yīng)元件20。中子感應(yīng)元件20中的 伽馬交互作用放下(deposit)的能量的量，從而是在光電倍增管24處 檢測到的光量，顯著低于中子吸收事件釋放的能量。為了比較，1 MeV 伽馬射線通過典型中子感應(yīng)元件中的單康普頓事件可以放下至多0. 8 MeV。 6Li的中子吸收反應(yīng)總是引起在中子感應(yīng)層20中放下4. 78 MeV。 任一交互作用中放下的能量引起在ZnS:Ag閃爍體材料中產(chǎn)生初級電子 和空穴，之后跟著高能次級輻射的熱化和快速馳豫，發(fā)光中心的激勵， 并且最終發(fā)出閃爍光。從發(fā)射點到PMT 24的光子的傳送產(chǎn)生檢測到的 幅度光譜，該幅度光譜主要由三相混合物(LiF顆粒+ ZnS顆粒+環(huán)氧 樹脂)內(nèi)的光吸收和散射效應(yīng)主導(dǎo)。從而，PMT 24記錄的脈沖幅度光譜 與中子吸收事件相比，朝光語的低端呈現(xiàn)伽馬交互事件。例如，圖2示出對于不同能量的中子和伽馬射線的中子感應(yīng)層響應(yīng) 信號的脈沖幅度直方圖。水平軸以ADC單位測量，其正比于信號幅度V。。 在所示出的示例中，中子感應(yīng)層由6LiF中子感應(yīng)材料制成。然而，相同 類型的次級輻射效應(yīng)可適用于為中子感應(yīng)層使用的其它材料。如圖2中 所示，中子感應(yīng)層的伽馬激勵主要是在非常窄的信號帶內(nèi)并且具有低 ADC信號幅度值。
在HHRIID 10的一些實施例中，機器可讀的指令^L存儲在HHRIID 10 內(nèi)的機器可讀介質(zhì)上，并且提供用于脈沖辨別的實施。在其它實施例中， 這些指令被分開的保持并通過遠程連接實施。示例的機器可讀介質(zhì)不限 制地包括，硬連線電路，只讀存儲器，隨機訪問存儲器，硬盤驅(qū)動器， 可擦除可編程只讀存儲器，磁帶，光學(xué)介質(zhì)，磁光介質(zhì)等。
本發(fā)明的 一 個方面是開發(fā)了 一種電子辨別方法來僅對具有高于閾 值值的信號幅度的中子感應(yīng)器事件計數(shù)，所述閾值值被設(shè)定得足夠高從 而所有的伽馬交互作用事件具有低于該閾值值的幅度。利用這種閾值設(shè) 置，所有的伽馬交互作用事件將被拒絕，并且從中子感應(yīng)層的計數(shù)率(高 于閾值的)將正比于中子通量成分。由于光傳送效應(yīng)，對于中子的中子 感應(yīng)層響應(yīng)在幅度上具有分散，從而非故意的設(shè)置得過高的閾值將也拒 絕一些有效的中子事件并降低中子靈敏度。因此，最優(yōu)閾值值必須適當 匹配于中子感應(yīng)層中可以放下的最大伽馬能量。這對于從一個應(yīng)用到另 一個應(yīng)用是高度可變的。例如，放射性同位素識別器實施例可以被用于 檢查包含工業(yè)同位素AW"的包裹，工業(yè)同位素Ar^"發(fā)出60 keV的伽馬 射線，并且該識別器同時準備好以高靈敏度檢測中子。在另一應(yīng)用示例 中，相同的檢測器暴露于工業(yè)Pu-Be中子源，該中子源發(fā)出如同4. 4MeV 那么高的高能伽馬射線的頻譜，如圖3中所示。從這兩個示例中，很清 楚用于中子辨別的闊值必須被適合于輻射場中存在的最大伽馬能量，以 便保持最優(yōu)中子靈敏度。
現(xiàn)在參考圖4，本發(fā)明的集成檢測器IO提供基于來自伽馬感應(yīng)元件 18的反饋的，中子閾值的自適應(yīng)設(shè)置。 一旦檢測器IO暴露于未知的混 合輻射場，脈沖形狀和處理電子電路26將來自公用光電傳感器24的光 脈沖分開為中子感應(yīng)元件脈沖和伽馬感應(yīng)元件脈沖。例如，如圖4的右 上直方圖中所示，生成按照伽馬感應(yīng)元件18檢測到的脈沖的幅度的直 方圖34來提供譜，其具有與伽馬射線的完全能量放出關(guān)聯(lián)的峰值?？梢詮馁ゑR感應(yīng)元件18檢測到的脈沖的直方圖34看出，該譜提供對于確 定伽馬感應(yīng)元件18檢測到的最大伽馬能量的峰值搜索算法有用的信息。 例如，伽馬感應(yīng)元件18從238Pu-Be源檢測到的最大伽馬能量為大約 4. 439 MeV。
此外，生成按照中子感應(yīng)元件20檢測到的脈沖的幅度的直方圖36， 來提供響應(yīng)于中子和伽馬射線的中子感應(yīng)元件的譜，如圖4中的右下直 方圖中所示的?？梢詮闹凶痈袘?yīng)元件2(M企測到的脈沖的直方圖36中看 到，該譜提供信息使得可以用算法來搜索用于中子感應(yīng)元件18對伽馬 射線的響應(yīng)的查找表38 ，并確定對于中子計數(shù)要設(shè)定的對應(yīng)閾值。接著， 將歸于中子感應(yīng)元件20的每個光脈沖的幅度與該閾值比較。如果來自 中子感應(yīng)元件20的光脈沖的幅度高于閾值，那么該脈沖^l計數(shù)為有效 的中子事件。從而，本發(fā)明的集成檢測器IO確定與伽馬感應(yīng)元件18關(guān) 聯(lián)的最大伽馬能量，以便自適應(yīng)地選擇中子感應(yīng)元件20的伽馬閾值， 從而通過將具有高于該所選擇閾值的幅度的光脈沖計數(shù)為有效的中子 事件，由元件40表示，將中子感應(yīng)元件20中的輻射串擾的效應(yīng)最小化。
這里的教導(dǎo)的其它示例實施例包括在用于輻射監(jiān)測和輻射監(jiān)視的 永久裝置中使用多個HHRIID，或者其等價物。非限制性的示例包括用于 包裹或者車輛檢查的固定監(jiān)測。多個監(jiān)測裝置提供了生產(chǎn)環(huán)境中增加的 靈敏度精確性和吞吐量。因而，可以實現(xiàn)其中使用RIID (不一定是手持 的HHRIID的一個實施例)的多種系統(tǒng)。典型地，在這種實施例中，RIID 被耦接到中央控制臺，以便對來自該多個中的每個元件的數(shù)據(jù)進行評估 和求和。由于這種輻射監(jiān)測的技術(shù)是已知的，這里一般不進一步討論這 些方面。
相應(yīng)地，這里的教導(dǎo)提供了將阿爾法輻射場和中子輻射場與伽馬輻 射場分開的技術(shù)效果。當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以實現(xiàn)其它實施 例。例如，可以實現(xiàn)使用適當?shù)拈W爍體來計入貝Jt荅輻射場。可以評估的 其它輻射類型不限制地包括，阿爾法粒子，貝塔粒子，伽馬射線，離子 和中子。這些設(shè)備不需要被限制為"手持"實施方式，并且可以包括其 它物理構(gòu)造，例如永久裝置。相應(yīng)地，這里的教導(dǎo)不限于提供的示例實 施例。
盡管已經(jīng)參照示例實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在 不偏離本發(fā)明的范圍下可以進行各種變化并且等價物可以替換其中的元件。此外，在不偏離其基本范圍下，可以進行很多修改來將特定的情 形或者材料適應(yīng)到本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，并不打算將本發(fā)明限于作為預(yù) 期的執(zhí)行本發(fā)明的最佳才莫式揭示的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入 所附權(quán)利要求范圍的所有實施例。部件列表
10沖企測器(HHRIID)
12 中子減速器
14 腔體
16 光學(xué)反射器
18 伽馬感應(yīng)元件
20 中子感應(yīng)元件
22 腔體
24 光電傳感器(PMT)
26 脈沖形狀和處理電子電路封裝
28 磁屏蔽
30模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 32電荷到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(QDC)
權(quán)利要求
1. 一種集成的中子-伽馬輻射檢測器(10)，包括伽馬感應(yīng)元件(18)；中子感應(yīng)元件(20)；光耦合于伽馬感應(yīng)元件(18)和中子感應(yīng)元件(20)兩者的光電傳感器(24)；以及脈沖形狀和處理電子電路封裝(26)，耦接于光電傳感器(24)，以便確定與伽馬感應(yīng)元件(18)關(guān)聯(lián)的最大伽馬能量，其中中子感應(yīng)元件(20)的伽馬閾值從伽馬感應(yīng)元件(18)基于輻射場中存在的最大伽馬能量來確定，并且其中中子感應(yīng)元件(20)發(fā)射的光脈沖在該光脈沖的幅度高于伽馬閾值時被計數(shù)為有效中子事件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器，其中伽馬感應(yīng)元件(18)包括 傳感器，形成所述傳感器的材料包括LaBr3， LaCl3, Lal3的至少一種 的晶體形式；LaBr3， LaCl3, Lal3的至少一種的固溶體；以及致密、亮 的且快速的閃爍體材料的形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器，其中中子感應(yīng)元件(20)包括 傳感器，該傳感器由LiF/ZnS, LiF/ZnS: Ag和包括閃爍體顆粒的基于 鋰的粉末材料的混合物中的至少之一形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器，其中光電傳感器(24)包括 光電倍增管，光電二極管和雪崩光電二極管中的至少之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器，其中脈沖形狀和處理電子電路 封裝(26 )包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC )和電荷到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(QDC ), 并且其中QDC和ADC中的至少一個的積分時間凈皮選擇以便控制脈沖形狀 辨別，來計入與伽馬感應(yīng)元件(18 )和中子感應(yīng)元件(20)關(guān)聯(lián)的閃爍 衰減時間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測器，其中ADC的積分時間是大約50納秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測器，其中QDC的積分時間是大約500 納秒。
8. —種在集成的中子-伽馬輻射檢測器(10)中自適應(yīng)地選擇伽馬閾值的方法，該檢測器包括伽馬感應(yīng)元件(18),中子感應(yīng)元件(20), 光耦合于伽馬感應(yīng)元件(18)和中子感應(yīng)元件(20)的光電傳感器(24), 以及耦接于光電傳感器(24)的脈沖形狀和處理電子電路封裝(26), 該方法包括步驟確定與由伽馬感應(yīng)元件(18)檢測到的伽馬射線關(guān)聯(lián)的最大伽馬能量；基于由伽馬感應(yīng)元件(18)確定的該最大伽馬能量選擇中子感應(yīng)元 件(20)的伽馬閾值，由此在由中子感應(yīng)元件(20)發(fā)射的光脈沖的幅度高于該伽馬閾值 時，該光脈沖被計數(shù)為有效中子事件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟 確定每個檢測到的交互作用的信號幅度V。； 確定每個檢測到的交互作用的信號電荷Q;以及 通過評估信號幅度V。和信號電荷Q,根據(jù)輻射類型對每個輻射交互作用分類。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中評估信號幅度V。和信號電荷 Q包括形成比率Q/V。，以便確定伽馬感應(yīng)元件(18 )和中子感應(yīng)元件(20 ) 的閃爍衰減時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有自適應(yīng)選擇的伽馬閾值的集成中子伽馬輻射檢測器。揭示了一種集成輻射檢測器(10)，具有光耦合于伽馬感應(yīng)元件(18)和中子感應(yīng)元件(20)的脈沖模式工作光電傳感器(24)。該檢測器(10)包括脈沖形狀和處理電子電路封裝(26)，其使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和電荷到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(QDC)來確定閃爍衰減時間，并根據(jù)輻射類型分類輻射交互作用。脈沖形狀和處理電子電路封裝(26)從與由伽馬感應(yīng)元件(18)檢測的伽馬射線關(guān)聯(lián)的譜中確定最大伽馬能量，以便自適應(yīng)地選擇中子感應(yīng)元件(20)的伽馬閾值。歸于中子感應(yīng)元件(20)的光脈沖在該光脈沖的幅度高于伽馬閾值時是有效中子事件。
文檔編號G01T3/00GK101452080SQ20081017977
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者A·伊萬, B·A·克羅蒂爾, D·B·麥德維特, J·R·威廉斯, J·S·戈頓, S·J·杜克羅斯 申請人:通用電氣公司