交叉相关的伽玛射线和中子探测器的制造方法
【专利摘要】提供了一种辐射探测器，具体提供了一种交叉相关的伽玛射线和中子探测器。该辐射探测器包括：外壳；至少一个第一探测器，被设置在所述外壳内，该至少一个第一探测器被配置用来主要探测伽玛射线辐射；至少一个第二探测器，被设置在该外壳内，该至少一个第二探测器被配置用来主要探测中子辐射；以及一个计算设备，被设置在外壳内，并且被通信地耦合至该至少一个第一探测器和该至少一个第二探测器。该计算设备被配置用来从该至少一个第一探测器接收第一数据，从该至少一个第二探测器接收第二数据，基于该第一和第二数据确定探测到的中子和伽玛射线的数量，以及基于该第一和第二数据确定探测到的能量谱。
【专利说明】交叉相关的伽玛射线和中子探测器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求是非临时申请，并且要求于2013年4月2日提交的、序号为 61/807, 367 的、"CROSS-CORRELATED GAMMA RAY AND NEUTRON DETECTOR" 的美国临时专利 申请的优先权，由此其通过引用以其整体被合并。
【背景技术】
[0003] 在此描述的实施例一般性地涉及探测辐射，并且更具体地，涉及一种用于同时探 测伽玛射线和中子辐射的辐射探测器。
[0004] 至少一些已知的乘客审查系统探测违禁品。如在此所使用的，术语"违禁品"指代 非法物质、爆炸物、毒品、武器、威胁物体、和/或在限制区域（诸如机场）内不允许个人拥 有的任何其他材料。违禁品探测可以包括传感器以及控制乘客和/或货物流量的结构的组 合。尽管在此涉及的是乘客，但可以使用在此描述的系统和方法针对违禁品扫描任何人和 /或物体（即，监视对象）。违禁品还可以包括在豁免或许可数量内可以携带的、意图在安 全操作实践之外使用的物体，诸如分散辐射设备的构造。
[0005] -种用于探测违禁品的装置是辐射探测器。辐射探测器可以探测中子和/或伽玛 射线辐射以识别辐射源内的一种或多种放射性核素。此外，至少一些已知的辐射探测器是 手持式的，允许便携探测。一般来说，探测器的体积越大，可以越快地识别源放射性核素。但 是，对于至少一些已知的辐射探测器，可能难以在保持便携性的同时增加探测器的体积。
【发明内容】
[0006] 在一方面中，提供了一种辐射探测器。该辐射探测器包括：外壳；至少一个第一 探测器，设置在所述外壳内，该至少一个第一探测器被配置用来主要探测伽玛射线辐射；至 少一个第二探测器，设置在该外壳内，该至少一个第二探测器被配置用来主要探测中子辐 射；以及计算设备，设置在外壳内，并且被通信地耦合至该至少一个第一探测器和该至少一 个第二探测器。该计算设备被配置用来从该至少一个第一探测器接收第一数据，从该至少 一个第二探测器接收第二数据，基于该第一和第二数据确定探测到的中子和伽玛射线的数 量，以及基于该第一和第二数据确定探测到的能量谱。
[0007] 在另一方面中，提供了一种用于探测辐射的方法。该方法包括在辐射探测器处接 收来自辐射源的辐射，其中该辐射探测器包括外壳，被配置用来主要探测伽玛射线的至少 一个第一探测器，以及被配置用来主要探测中子的至少一个第二探测器。该方法还包括：使 用该至少一个第一探测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个；使用该至少一个第 二探测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个；在通信地耦合至该至少一个第一探 测器和该至少一个第二探测器的计算设备处接收来自该至少一个第一探测器和该至少一 个第二探测器的数据；以及基于所接收的数据使用该计算设备确定探测到的能量谱和所探 测到的中子和伽玛射线的数量。
[0008] 在又另一方面，提供了一种用于使用包括计算设备的辐射探测器来探测辐射的方 法。该方法包括：在该计算设备处接收来自被配置用来主要探测伽玛射线的至少一个第一 探测器的第一数据；在该计算设备处接收来自被配置用来主要探测中子的至少一个第二探 测器的第二数据；基于该第一和第二数据使用该计算设备确定探测到的中子和伽玛射线的 数量；以及基于该第一和第二数据使用该计算设备确定探测到的能量谱。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是示例性辐射探测器的示意图。
[0010] 图2是可以与图1中示出的辐射探测器一起使用的示例性计算设备的方框图。
[0011] 图3是用于探测辐射的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012] 在此描述的系统和方法使用辐射探测器实现同时探测中子和伽玛射线辐射。该辐 射探测器包括被配置用来主要探测伽玛射线的第一探测器和被配置用来主要探测中子的 第二探测器。该辐射探测器的外壳被改变使得穿过该外壳的中子的至少部分被转换成伽玛 射线。耦合至该第一和第二探测器的计算设备使来自该第一和第二探测器的探测交叉相 关。
[0013] 图1是包括辐射源102和辐射探测器104的示例性辐射探测系统100的示意图。 辐射源102发出可被辐射探测器104探测的辐射106。在该示例性实施例中，辐射106包括 中子和伽玛射线（即，光子）。可替代地，辐射106可以包括可由辐射探测器104探测的任 何粒子。在一些实施例中，辐射探测器104包括用于确定辐射源102位置的成像能力。辐 射探测器104促进识别辐射源102中的一个或多个源放射性核素。相应地，辐射探测器104 可以被用于各种安全应用（例如，机场安全、警察调查、边境巡逻、威胁评估等等）。
[0014] 辐射探测器104包括壳110和放置在其中的多个组件，如在此详细描述的。在示 例性实施例中，壳110被定形和定尺寸使得辐射探测器104可操作为便携、手持式设备。例 如，在一个实施例中，辐射探测器104重量小于3磅（lb)并且具有大约为15英寸（in.)乘 4in.乘3in.的尺度。可替代地，壳110可以具有使得辐射探测器104能如在此描述的那样 运转的任何形状和/或尺度。
[0015] 壳110由用混合入基础材料中或应用为基础材料内或外表面的覆盖层的换能器 材料所改性的基础材料组成。在该示例性实施例中，壳110是掺杂硼的塑料（例如，高密度 聚乙烯（HDPE))。可替代地，壳110可以具有使得辐射探测器104能如在此所描述的那样运 转的任何组成。随着辐射106穿过壳110,该硼掺杂将辐射106中的一部分中子转换为伽玛 射线。更具体地，在一个实施例中，壳110将一部分中子转换为具有477千电子伏（keV)能 量的伽玛射线。辐射探测器104的其他组件（例如，电池（未示出））可以被类似地改变以 促进中子到伽玛射线的转换而不影响那些组件的主要功能。
[0016] 为了探测辐射106中的中子和伽玛射线，辐射探测器104包括至少一个第一探测 器120和至少一个第二探测器122。如在此所使用的，探测中子或伽玛射线涉及记录粒子 的发生率（即，计数）和粒子的能量。第一探测器120主要探测伽玛射线，以及第二探测器 122主要探测中子，如在此所描述的。尽管在图1中示出两个第一探测器120和一个第二探 测器122,但辐射探测器104可以包括能使得辐射探测器104如在此所描述的那样运转的任 何数量的第一探测器120和第二探测器122。例如在一些实施例中，辐射探测器104包括6 个、12个、或36个第一探测器120。在一些实施例中，辐射探测器104的配置可以允许对没 有经历康普顿（Compton)散射的低能量伽玛射线的改进方向性探测。
[0017] 在该示例性实施例中，每个第一探测器120是締锌镉（Cadmium Zinc Telluride, CdZnTe)晶体，在此被称为CZT探测器。可替代地，第一探测器120可以是主要探测伽玛射 线的另一类型的探测器。例如，第一探测器120可以包括碘化钠探测器、溴化镧探测器、或 其他伽玛探测器。第一探测器120位于壳110内以促进伽玛射线（例如，通过用掺杂壳110 转换中子来生成的477keV伽玛射线）的优化吸收。
[0018] 第一探测器120具有针对辐射106中的伽玛射线的相对高的分辨率（例如，小于 在662keV的半峰全宽（FWHM)的2% )。除了伽玛射线，第一探测器120还可以从辐射106 处探测相对低数量的中子。在该示例性实施例中，每个第一探测器120具有大约15毫米 (mm)乘15mm乘10mm的尺度。可替代地，第一探测器120可以具有使得第一探测器120能 够如在此所描述的那样运转的任何尺度。例如，如果每个CZT探测器的厚度减半，则壳110 内的第一探测器120的数量可以增加一倍。
[0019] 在该示例性实施例中，第二探测器122探测中子。更具体地，第二探测器122是 Cs2LiYCl6: Ce探测器，在此被称为CLYC探测器。可替代地，第二探测器122可以是主要探 测中子的另一类型的探测器。例如，第二探测器120可以包括钾冰晶石或塑料闪烁体。
[0020] 第二探测器122由中子减速剂126包围，中子减速剂126将辐射106中的快速中 子减速为更容易探测的中子。在该示例性实施例中，中子减速剂126是塑料（例如，高密度 聚乙烯（HDPE))。类似于壳110,中子减速剂126可以被掺杂（例如，使用硼）以将中子转 换为伽玛射线。
[0021] 在该示例性实施例中，第二探测器122探测中子。第二探测器122还可以探测伽 玛射线（例如，通过用中子减速剂126转换中子而生成的477keV伽玛射线）。在该示例性 实施例中，第二探测器122具有大约为在662keV的FWHM的4%的分辨率。第二探测器122 使用脉冲高度和/或脉冲形状区别来区分中子和伽玛射线。例如，在一个实施例中，脉冲高 度大于3兆电子伏（MeV)的粒子被分类为中子，并且脉冲高度小于3MeV的粒子被分类为伽 玛射线。
[0022] 在该示例性实施例中，第一和第二探测器120和122被可通信地耦合至计算设备 130。计算设备130位于壳110内，并且使来自第一和第二探测器120和122的中子和伽玛 射线探测交叉相关，如在此所描述的。
[0023] 图2是可以与辐射探测系统（图1中示出）一起使用的计算设备130的方框图。 计算设备130包括至少一个存储器设备210和被耦合至存储器设备210用于执行指令的处 理器215。在一些实施例中，可执行指令被存储在存储器设备210内。在该示例性实施例 中，计算设备130通过编程处理器215执行在此描述的一个或多个操作。例如，处理器215 可以通过把操作编码为一个或多个可执行指令以及通过在存储器设备210内提供该可执 行指令而被编程。
[0024] 处理器215可以包括一个或多个处理单元（例如，在多核配置中）。此外，可以使 用一个或多个异构处理器系统来实施处理器215,在异构处理器系统中主处理器与辅助处 理器一起存在于单个芯片上。在另一个描述性示例中，处理器215可以是包含相同类型多 个处理器的对称多处理器系统。此外，可以使用任何合适的可编程电路（包括一个或多个 系统和微控制器、微处理器、精简指令集电路（RISC)、专用集成电路（ASIC)、可编程逻辑电 路、现场可编程门阵列（FPGA)、以及能够执行在此描述的功能的任何其他电路）来实施处 理器215。在该示例性实施例中，处理器215使来自第一和第二探测器120和122 (两者均 在图1中示出）的数据交叉相关以确定由辐射探测器104探测的中子和伽玛射线的数量和 能量。
[0025] 在该示例性实施例中，存储器设备210是使得信息（诸如可执行指令和/或其他 数据）能够被存储和检索的一个或多个设备。存储器设备210可以包括一个或多个计算机 可读介质，诸如但不限制于，动态随机访问存储器（DRAM)、静态随机访问存储器（SRAM)、固 态盘、和/或硬盘。存储器设备210可被配置用来存储（不限制于）应用源代码、应用对象 代码、感兴趣的源代码部分、感兴趣的对象代码部分、配置数据、执行事件和/或任何其他 类型的数据。
[0026] 在该示例性实施例中，计算设备130包括耦合至处理器215的展示接口 220。展示 接口 220向用户225展示信息。例如，展示接口 220可以包括显示适配器（未示出），显示 适配器可被耦合至显示设备，例如阴极射线管（CRT)、液晶显示器（LCD)、有机LED (0LED)显 示器、和/或"电子墨水"显示器。在一些实施例中，展示接口 220包括一个或多个显示设 备。
[0027] 在该示例性实施例中，计算设备130包括用户输入接口 235。用户输入接口 235耦 合至处理器215并且从用户225接收输入。用户输入接口 235可以例如包括键盘、指向设 备、鼠标、唱针、触摸敏感面板（例如，触摸板或触摸屏）、陀螺仪、加速度计、位置探测器、和 /或音频用户输入接口。单个组件（诸如触摸屏）可作为展示接口 220和用户输入接口 235 两者的显示设备。
[0028] 在该示例性实施例中，计算设备130包括耦合至处理器215的通信接口 240。通信 接口 240与一个或多个远程设备通信。为了与远端设备通信，通信接口 240可以例如包括 有线网络适配器、无线网络适配器、和/或移动电信适配器。
[0029] 在该示例性实施例中，处理器215使来自第一和第二探测器120和122的数据交 叉相关。更具体地，处理器215把由第一探测器120探测的中子和伽玛射线的数量和能量以 及由第二探测器122探测的中子和伽玛射线的数量和能量组合，以计算探测到的中子和伽 玛射线的总数，以及探测到的总能量谱。探测到的中子的数量、探测到的伽玛射线的数量、 和/或能量谱可以被显示在例如展示接口 220上。
[0030] 为了识别辐射源102中的一个或多个源放射性核素，处理器215比较把所探测的 能量谱与包括多个参考光谱的参考库相比较。该参考库可以被存储在例如存储器设备210 中。在一些实施例中，如果使用辐射探测器104识别出特定的放射性核素，则处理器215生 成警报以警告用户225。该警报可以包括促进警告用户225的任何音频和/或视觉指示。 识别的放射性核素和/或警报可以被显示在例如展示接口 220上。
[0031] 由于计算设备130使第一和第二探测器120和122的探测交叉相关，所以为了促 进改进探测，不同探测器可以针对能量谱的不同部分被优化。也就是说，第二探测器122可 以被设计用于在第一探测器120效率低的能量谱部分中改进效率。例如，相对于第一探测 器120,第二探测器122可以是更大的探测器，使得第二探测器在探测高能量伽玛射线时具 有更高的效率。相应地，第一和第二探测器120和122的尺寸和/或定向可以被修改以改进 辐射探测器104的探测能力。图3是用于探测辐射的示例性方法300的流程图。方法300 包括在辐射探测器（诸如辐射探测器104(在图1中示出））处接收辐射（302)。该辐射探 测器包括一个外壳（诸如外壳110 (在图1中示出））、至少一个第一探测器（诸如第一探 测器120 (在图1中示出））、以及至少一个第二探测器（诸如第二探测器122 (在图1中示 出））。该至少一个第一探测器被配置用来主要探测伽玛射线，以及该至少一个第二探测器 被配置用来主要探测中子。
[0032] 该第一探测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个（304)，并且该第二探 测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个（306)。计算设备（诸如计算设备130(在 图1和2中示出））从该第一和第二探测器接收数据（308)。根据所接收的数据，该计算设 备确定探测到的能量谱和所探测到的中子和伽玛射线的数量（310)。
[0033] 使用在此描述的系统和方法，一种手持辐射探测器包括针对中子和伽玛射线两者 的探测设备，优化了辐射探测器的探测能力而不显著增加质量和/或外形因数。辐射探测 器内的计算设备从该探测设备接收数据以确定所探测辐射的数量和能量。通过使来自探测 设备的数据交叉相关，与至少一些已知的辐射探测器相比较，在此描述的辐射探测器促进 探测额外的粒子，改进所探测能量谱的计数速率和准确率。此外，该辐射探测器的外壳被掺 杂以促进将中子转换为容易探测的伽玛射线。相应地，在此描述的系统和方法促进最大化 可探测的体积同时保持辐射探测器相对小的整体尺寸。
[0034] 在此描述的系统和方法可被用于探测违禁品。如在此所使用的，术语"违禁品"指 代非法物质、爆炸物、毒品、武器、特殊核物质、脏弹、核威胁材料、威胁物体、和/或在限制 区域（诸如机场）中不允许个人拥有的任何其他材料。违禁品可能被隐藏在监视对象内 (例如，在监视对象的体腔内）和/或在监视对象上（例如，监视对象的服装下）。违禁品 还可以包括在豁免或许可数量内可以携带的、意图在安全操作实践之外使用的物体，诸如 分散辐射设备的构造。
[0035] 计算机（诸如在此描述的那些）包括至少一个处理器或处理单元和系统存储器。 该计算机通常至少具有某种形式的计算机可读介质。通过示例的方式但不限制，计算机可 读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于信息（诸如计算机可 读指令、数据结构、程序模块、或其他数据）存储的任何方法或技术实施的易失和非易失、 可移除和非可移除介质。通信介质通常体现计算机可读指令、数据结构、程序模块、或在调 制数据信号（诸如载波）或其他传输机制中的其他数据，并且包括任何信息递送介质。本 领域技术人员熟悉该调制数据信号，其具有他的特性集中的一个或多个或以这种方式改变 以编码信号中的信息。任何上述的组合也被包括在计算机可读介质的范围内。
[0036] 在上面详细地描述了用于探测辐射的方法和系统的示例性实施例。方法和系统并 不限制于在此描述的具体实施例，而是，可以独立地或从在此描述的其他组件和/或步骤 分离地利用系统的组件和/或方法的步骤。相应地，该示例性实施例可以与在此未被具体 描述的许多其他应用结合地被实施和利用。
[0037] 在此描述的系统和方法的技术效果包括以下各项中的至少一个：a)从被配置用 来主要探测伽玛射线的至少一个第一探测器接收第一数据；b)从被配置用来主要探测中 子的至少一个第二探测器接收第二数据； c)基于该第一和第二数据确定探测的中子和伽 玛射线的数量；以及d)基于该第一和第二数据确定所探测的能量谱。
[0038] 尽管本发明各种实施例的具体特征可以在一些附图中而不在其他中被示出，这仅 仅是为了方便。依照本发明的原则，可以与任何其他附图的任何特征结合来参考和/或要 求附图的任何特征。
[0039] 这个所写的描述使用示例来公开本发明（包括最好模式），以及还使得本领域任 何技术人员能够实践该发明，包括制作和使用任何设备或系统并且执行任何合并的方法。 本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如 果他们具有不与权利要求文字语言不同的结构元件，或如果他们包括与权利要求的文字语 言无实质性差别的等同的结构元素，这种其他示例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种辐射探测器，包括： 外壳； 至少一个第一探测器，被设置在所述外壳内，所述至少一个第一探测器被配置用来主 要探测伽玛射线辐射； 至少一个第二探测器，被设置在所述外壳内，所述至少一个第二探测器被配置用来主 要探测中子辐射；以及 计算设备，被设置在所述外壳内，并且被通信地耦合至所述至少一个第一探测器和所 述至少一个第二探测器，所述计算设备被配置用来： 从所述至少一个第一探测器接收第一数据； 从所述至少一个第二探测器接收第二数据； 基于该第一和第二数据确定探测到的中子和伽玛射线的数量；以及 基于该第一和第二数据确定探测到的能量谱。
2. 如权利要求1所述的辐射探测器，其中所述至少一个第一探测器是CZT探测器。
3. 如权利要求1所述的辐射探测器，其中所述至少一个第二探测器是CLYC探测器。
4. 如权利要求1所述的辐射探测器，其中所述外壳被掺杂硼，使得通过所述外壳的中 子的至少部分被转换为伽玛射线。
5. 如权利要求1所述的辐射探测器，还包括围绕所述至少一个第二探测器的中子减速 剂。
6. 如权利要求1所述的辐射探测器，其中所述至少一个第一探测器包括多个第一探测 器。
7. 如权利要求1所述的辐射探测器，其中所述辐射探测器是便携、手持式设备。
8. -种用于探测辐射的方法，所述的方法包括： 在辐射探测器处接收来自辐射源的辐射，其中该辐射探测器包括外壳、被配置用来主 要探测伽玛射线的至少一个第一探测器、以及被配置用来主要探测中子的至少一个第二探 测器； 使用该至少一个第一探测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个； 使用该至少一个第二探测器探测辐射中的中子和伽玛射线中的至少一个； 在被通信地耦合至该至少一个第一探测器和该至少一个第二探测器的计算设备处接 收来自该至少一个第一探测器和该至少一个第二探测器的数据；以及 基于所接收的数据使用该计算设备来确定探测到的能量谱和所探测的中子和伽玛射 线的数量。
9. 如权利要求8所述的方法，还包括使用外壳中的掺杂剂将辐射中的中子的至少部分 转换为伽玛射线。
10. 如权利要求8所述的方法，其中使用该至少一个第一探测器探测中子和伽玛射线 中的至少一个包括使用CZT探测器探测。
11. 如权利要求8所述的方法，其中使用该至少一个第二探测器探测中子和伽玛射线 中的至少一个包括使用CLYC探测器探测。
12. 如权利要求8所述的方法，其中接收辐射包括在一种便携、手持式辐射探测器处接 收辐射。
13. 如权利要求8所述的方法，其中接收辐射包括在辐射探测器处接收辐射，辐射探测 器包括多个第一探测器。
14. 如权利要求8所述的方法，其中接收辐射包括在辐射探测器处接收辐射，辐射探测 器还包括围绕该至少一个第二探测器的中子减速剂。
15. -种用于使用包括计算设备的辐射探测器探测辐射的方法，该方法包括： 在计算设备，从被配置用来主要探测伽玛射线的至少一个第一探测器接收第一数据； 在计算设备，从被配置用来主要探测中子的至少一个第二探测器接收第二数据； 基于该第一和第二数据使用该计算设备确定探测到的中子和伽玛射线的数量；以及 基于该第一和第二数据使用该计算设备确定所探测到的能量谱。
16. 如权利要求15所述的方法，其中接收第一数据包括从至少一个CZT探测器接收第 一数据。
17. 如权利要求15所述的方法，其中接收第二数据包括从至少一个CLYC探测器接收第 二数据。
18. 如权利要求15所述的方法，其中接收第一数据包括从多个第一探测器接收第一数 据。
19. 如权利要求15所述的方法，还包括基于所探测到的能量谱使用该计算设备识别至 少一个放射性核素。
20. 如权利要求19所述的方法，还包括当识别到预定的放射性核素时生成警报。
【文档编号】G01T1/24GK104101893SQ201410183961
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】B·L·布尔斯, S·K·巴苏 申请人:莫福探测仪器有限责任公司