探測器組件和射線探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及輻射成像領(lǐng)域，特別是一種探測器組件和射線探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]在輻射成像安檢系統(tǒng)中一般采用線掃描成像方式，陣列探測器將透過被檢測物體的X射線或γ射線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。X射線與物質(zhì)發(fā)生作用，穿過被照物衰減后被探測器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并形成圖像。傳統(tǒng)單能X射線透視成像給出被照物在一個(gè)透視方向上的累積密度信息形成的圖像，不能給出物質(zhì)密度或物質(zhì)成分等其他信息。具有能譜分布的X射線穿透被檢物體后，能譜會(huì)發(fā)生變化，其變化與被檢物體的材料的原子序數(shù)ζ有關(guān)。在低能區(qū)域，光電效應(yīng)占優(yōu)，且與ζ強(qiáng)相關(guān)沖低能區(qū)域康普頓散射占優(yōu)，且與ζ弱相關(guān)；兩個(gè)能量下衰減系數(shù)的比值隨ζ單調(diào)變化，可以根據(jù)該比值來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)識(shí)別。
[0003]在大型物體輻射成像系統(tǒng)中，由于被檢物體積較大，例如大型集裝箱檢測需要穿透較厚的鋼板，目前一般采用雙能加速器輻射源配合單能探測器或單能加速器配合雙能探測器的雙能成像物質(zhì)識(shí)別技術(shù)方案。
[0004]采用雙能加速器輻射源的方式對(duì)于探測器的要求較低，但是對(duì)于加速器輻射源的技術(shù)要求很高，需要加速器能夠間隔產(chǎn)生高、低能兩種脈沖射線，只需使用一種兼容兩種能量X射線探測的探測器接收不同時(shí)間的間隔的光子信號(hào)分別作為高能和低能的數(shù)據(jù)即可，該方案的缺點(diǎn)是雙能加速器相對(duì)于單能加速器的技術(shù)難度大、成本較高。
[0005]另一種方式是采用雙能探測器實(shí)現(xiàn)高低能光子的分別探測。傳統(tǒng)的雙能探測器可以用于單能加速器的成像系統(tǒng)，一般的單能加速器輻射源產(chǎn)生的是一個(gè)連續(xù)譜，可以采用兩個(gè)不同的探測器分別探測射線中的高低能兩種射線成分即可獲得兩種能量的數(shù)據(jù)。雙能探測器一般是由高低能兩個(gè)探測器疊加組成，其中低能探測器是由一較薄的閃爍體和一個(gè)光電二極管組成，高能探測器是由一塊較厚的閃爍體和另一個(gè)光電二極管組成。低能探測器布置在靠近被檢物的一側(cè)，主要吸收X射線能譜中的低能光子，高能探測器布置在低能探測器的后邊，主要吸收射線能譜中的高能光子。一般在低能探測器和高能探測器之間還配置一個(gè)濾波片來進(jìn)一步吸收X射線中未被低能探測器吸收的多余低能射線，從而使得雙能探測器的高低能信號(hào)更接近X射線能譜中的高低能能譜比例。
[0006]雙能物質(zhì)識(shí)別技術(shù)在不同能量的射線下的有很大差距。對(duì)于低能雙能的情況，如果被檢物是單一物質(zhì)，且雙能X射線都為單一能量，根據(jù)透視結(jié)果可以得到兩個(gè)能量下物質(zhì)的衰減系數(shù)比，不同物質(zhì)有不同的比值。物質(zhì)在這兩個(gè)能量下的質(zhì)量衰減系數(shù)與Ζ4成正比，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。這些雙能物質(zhì)識(shí)別技術(shù)的低能X射線的典型能量范圍是0.5MeV以下，低能X射線只能穿透幾厘米的鋼，不可能用來檢測大型集裝箱和交通工具，這方面的應(yīng)用必須利用高能X射線(達(dá)到6MeV?9MeV，或者更高)來提供高質(zhì)量輻射成像。
[0007]如果高能雙能X射線DR (Digital Rad1graphy，直接數(shù)字平板X線成像系統(tǒng))成像所用的X射線也是單一能量的，由于高能處質(zhì)量衰減系數(shù)也有隨Z值單調(diào)變化的規(guī)律，所以可以采取類似低能雙能單一能量的方法實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的識(shí)別。但是在高能區(qū)質(zhì)量衰減系數(shù)與ζ值成正比，物質(zhì)識(shí)別能力不如在低能區(qū)，相同的物質(zhì)原子序數(shù)下，高能區(qū)比低能區(qū)的等效質(zhì)量衰減系數(shù)差更小，區(qū)分不同材料的能力更弱。另外幾兆電子伏特的X射線通常由加速器產(chǎn)生，這樣的X射線能譜是連續(xù)的，且大部分光子集中在低能區(qū)，如圖1中蒙特卡羅模擬的結(jié)果所示。如高能X射線的最高能量達(dá)到9MeV時(shí)，其平均能量最大不超過2MeV，大部分光子集中在4MeV以下。已知在1?4MeV康普頓效應(yīng)占優(yōu)，不同Z值的物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)基本相同，因此高能量范圍內(nèi)，雙能量X射線探測物質(zhì)識(shí)別技術(shù)的實(shí)際效果仍不理想，即當(dāng)被檢物由兩種或多種材料構(gòu)成時(shí)，用高低能透視度對(duì)比來識(shí)別物質(zhì)的方法失效。但實(shí)際上，盡管高能X射線的能譜很寬且高能區(qū)所占比例較少，高能電子對(duì)效應(yīng)仍能提供一定的物質(zhì)識(shí)別?目息。
[0008]傳統(tǒng)的雙能探測器的結(jié)構(gòu)，探測器由背靠背的兩組探測器構(gòu)成，其在X射線入射方向包含第一閃爍體陣列、第一光電二極管陣列，第一濾波片陣列，PCB板(PrintedCircuit Board，印制電路板)，第二濾波陣列、第二光電二極管陣列、第二閃爍體陣列，這種結(jié)構(gòu)存在高低能兩個(gè)部分裝配精度不易控制等問題。現(xiàn)有技術(shù)中另外一種改進(jìn)了的雙能X射線探測器由第一光電探測器件、閃爍體和第二光電探測器件組成，閃爍體可以由單一閃爍體材料整體構(gòu)成或者由2個(gè)或兩個(gè)以上的子閃爍體拼接或粘接而成。這樣的結(jié)構(gòu)在一定程度上解決了上述的問題，但作為雙能探測器，其與傳統(tǒng)雙能探測器共存缺點(diǎn)仍無法避免，即由于閃爍體的厚度在制造時(shí)已經(jīng)確定，因此探測器的探測能量范圍已然確定，其適用性不廣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種靈活探測不同能量等級(jí)能量的射線探測方案。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出一種探測器組件，包括:多個(gè)轉(zhuǎn)換層和信號(hào)引出結(jié)構(gòu)；其中，轉(zhuǎn)換層層疊排列，信號(hào)引出結(jié)構(gòu)位于轉(zhuǎn)換層的側(cè)面，使得X射線入射穿過轉(zhuǎn)換層時(shí)不經(jīng)過信號(hào)引出結(jié)構(gòu)。
[0011]可選地，轉(zhuǎn)換層為固體閃爍體轉(zhuǎn)換單元，固體閃爍體轉(zhuǎn)換單元包括閃爍體和光電轉(zhuǎn)換器。
[0012]可選地，閃爍體層疊排列，閃爍體之間的連接面與X射線入射方向垂直；光電轉(zhuǎn)化器位于閃爍體的側(cè)面，光電轉(zhuǎn)換器連接信號(hào)引出結(jié)構(gòu)且連接面與X射線入射方向平行。
[0013]可選地，閃爍體耦合光電轉(zhuǎn)換器的側(cè)面以外的其他面覆蓋反射層。
[0014]可選地，閃爍體之間通過反射粘接層緊密連接。
[0015]可選地，閃爍體為Csl: T1閃爍體或CdW04R爍體。
[0016]可選地，光電轉(zhuǎn)換單元為光電二極管。
[0017]可選地，閃爍體厚度為0.2mm?8mm。
[0018]可選地，轉(zhuǎn)換層為半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換單元。
[0019]可選地，根據(jù)每層轉(zhuǎn)換層探測范圍需求設(shè)置對(duì)應(yīng)厚度的轉(zhuǎn)換層。
[0020]可選地，探測器組件包括3層以上轉(zhuǎn)換層。
[0021]這樣的探測器組件包括層疊排列的轉(zhuǎn)換層和與每個(gè)轉(zhuǎn)換層連接的信號(hào)引出結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)需要獲取各個(gè)轉(zhuǎn)換層的基本探測數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上能夠根據(jù)符合預(yù)定探測等級(jí)的轉(zhuǎn)換層的基本探測數(shù)據(jù)獲取預(yù)定探測等級(jí)的射線探測數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)探測的需要靈活探測不同能量等級(jí)的能量；另外，信號(hào)引出結(jié)構(gòu)位于轉(zhuǎn)換層的側(cè)面，使得X射線入射穿過轉(zhuǎn)換層時(shí)不經(jīng)過信號(hào)引出結(jié)構(gòu)，能夠有效防止X射線經(jīng)過轉(zhuǎn)換層，提高了射線探測的靈敏度和信噪比。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提出一種射線探測器，包括上文中提到的任一探測器組件和運(yùn)算器，運(yùn)算器用于將預(yù)定探測范圍符合預(yù)定探測等級(jí)的轉(zhuǎn)換層的基本探測數(shù)據(jù)相加獲取預(yù)定探測等級(jí)的射線探測數(shù)據(jù)。
[0023]可選地，運(yùn)算器還用于基于多個(gè)轉(zhuǎn)換層的基本探測數(shù)據(jù)的組合獲取多個(gè)預(yù)定探測等級(jí)的射線探測數(shù)據(jù)。
[0024]可選地，預(yù)定探測等級(jí)包括探測范圍為0?200keV低能探測、探測范圍為200keV?3MeV的中能探測和/或探測范圍為3MeV?6MeV的高能探測。
[0025]可選地，預(yù)定探測等級(jí)包括探測范圍為0?200keV低能探測、探測范圍為200keV?6MeV的中能探測和/或探測范圍為6MeV?9MeV的高能探測。
[0026]可選地，射線探測器包括多個(gè)探測器組件，多個(gè)探測器組件側(cè)面緊密相連，且連接信號(hào)引出結(jié)構(gòu)的一面固定于基板。
[0027]可選地，射線探測器包括多個(gè)層疊排列的固定有探測器組件的基板。
[0028]這樣的射線探測器包括上文中提到的射線探測裝置和探測器組件，射線探測裝置能夠根據(jù)從探測器組件獲取的基本探測數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)定探測等級(jí)的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)符合預(yù)定探測等級(jí)的轉(zhuǎn)換層的基本探測數(shù)據(jù)獲取對(duì)應(yīng)探測等級(jí)的射線探測數(shù)據(jù)；同時(shí)，由于X射線入射穿過轉(zhuǎn)換層時(shí)不經(jīng)過信號(hào)引出結(jié)構(gòu)，能夠有效防止X射線經(jīng)過轉(zhuǎn)換層，提高