一种基于闪烁光纤的β射线位置探测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于闪烁光纤的β射线位置探测装置，该装置包括：准直器和位置灵敏探测器，其中：准直器用于通过垂直于位置灵敏探测器平面方向入射的β射线，使得只有垂直入射位置灵敏探测器的β射线能够击中位置灵敏探测器中的闪烁光纤；位置灵敏探测器位于准直器的后方，用于对于通过准直器的垂直入射的β射线进行位置探测。本发明同时还公开了一种位置探测方法。本发明采用光纤织布可同时获取β射线的二维位置信息；能够减少光收集中的光损失，使大面积的β射线位置灵敏探测器成为可能；增加了光收集效率，有利于位置分辨及能量分辨；大大节约了光电倍增管的数量，降低了成本。
【专利说明】
一种基于闪烁光纤的β射线位置探测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于辐射探测【技术领域】，具体涉及一种基于闪烁光纤的β射线位置探测装置及方法。
【背景技术】
[0002]β射线探测器常用于β放射性物质的表面污染检测，对于人员(尤其是伤员)β放射性污染的检测，需要测量β污染源的位置分布，以便采取局部洗消，避免细菌感染及放射性物质进入体内造成内照射。
[0003]一般β射线位置灵敏探测器采用塑料闪烁片耦合到位置灵敏的光电倍增管上组成位置灵敏探测器，由于位置灵敏光电倍增管的造价十分昂贵，因此不适用于大面积的β射线位置灵敏探测器。例如Hamamatsu H8500位置灵敏光电倍增管，其有效面积为52mmX52mm,但价格在4万元左右,如果要为人员设计一个52cmX52cm大小的位置灵敏探测器，则需要100只光电倍增管，单此一项成本就达到400万。
【发明内容】
[0004]为了克服了上述β射线位置探测装置存在的问题，本发明提供一种基于闪烁光纤的β射线位置探测装置及方法。
[0005]根据本发明的一方面，提出一种β射线位置探测装置，该装置包括:准直器和位置灵敏探测器，其中:
[0006]所述准直器用于通过垂直于所述位置灵敏探测器平面方向入射的β射线，使得只有垂直入射所述位置灵敏探测器的β射线能够击中所述位置灵敏探测器中的闪烁光纤;
[0007]所述位置灵敏探测器位于所述准直器的后方，用于对于通过所述准直器的垂直入射的β射线进行位置探测。
[0008]可选地，所述准直器采用铜材料制成。
[0009]可选地，所述准直器为多孔结构。
[0010]可选地，所述位置灵敏探测器包括阵列探测器和多阳极位置灵敏光电倍增管，其中:
[0011]所述阵列探测器为具有二维位置灵敏的阵列探测器，用于探测β射线；
[0012]所述多阳极位置灵敏光电倍增管与所述阵列探测器连接，用于收集所述阵列探测器输出的光信号，将光信号转换为电信号，并通过区分光信号的来源位置来确定该β射线与所述阵列探测器相互作用的位置。
[0013]可选地，所述阵列探测器由多条闪烁光纤带交错编织而成，同一条闪烁光纤带的两端束在一起，形成一个整体，耦合到所述多阳极位置灵敏光电倍增管相应的独立阳极上。
[0014]可选地，所述闪烁光纤带由一根或多根闪烁光纤顺序密集排列而成，所述闪烁光纤的端头合在一起，采用密排的方式集成一束。
[0015]根据本发明的另一方面，还提出一种利用所述β射线位置探测装置进行β射线位置探测的方法，所述方法包括以下步骤:
[0016]步骤1，β射线源通过准直器照射到位置灵敏探测器中的某条闪烁光纤带上，所述β射线在该闪烁光纤带中产生电离，激发荧光信号，通过在一测量时间内对于该闪烁光纤带的荧光信号的测量，得到所述β射线与所述闪烁光纤带作用的位置信息；
[0017]步骤2，平移所述位置灵敏探测器一个单位距离，按照所述步骤1，再次测量β射线与闪烁光纤带作用的位置信息；
[0018]步骤3，对于两次位置测量结果进行融合，得到所述β射线源的位置信息。
[0019]可选地，所述步骤I中，在所述测量时间内多次发生β射线照射时，可记录得到β射线源强度在X方向和Y方向上投影的积分值。
[0020]可选地，所述步骤3中，对于两次位置测量结果进行叠加，得到叠加后的β射线源强度在X和Y方向上的投影值，通过滤波反投影算法，即可得到β射线源的位置信息。
[0021 ] 可选地，所述方法还包括:
[0022]步骤4，通过标准β辐照场对于位置测量结果进行刻度。
[0023]本发明采用闪烁光纤织布的方法做成位置灵敏探测器进而得到β射线位置探测装置，本发明具有以下优点:
[0024]I)由于闪烁光纤对光具有一维约束作用，采用光纤织布可同时获取β射线的二维位置信息；
[0025]2)闪烁光纤既作为β射线探测材料，又作为荧光光子光传输介质，减少了光收集中的光损失，使大面积的β射线位置灵敏探测器成为可能；
[0026]3)光纤带的两个端口合并到一起，增加了光收集效率，有利于位置分辨及能量分辨；
[0027]4)位置灵敏探测器的灵敏区为光纤交织区域，面积可以很大，而与光电倍增管耦合的区域为光纤的端头，由于光纤端头面积很小，因此大大地节约了光电倍增管的数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明β射线位置探测装置的结构示意图；
[0029]图2是根据本发明一实施例的准直器的结构示意图；
[0030]图3是根据本发明一实施例的光纤带阵列编织的示意图；
[0031]图4是多根闪烁光纤组成的光纤带的结构示意图；
[0032]图5是多阳极位置灵敏光电倍增管Hamamatsu H8500的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0034]根据本发明的一方面，提出一种β射线位置探测装置，图1是根据本发明一实施例的β射线位置探测装置的结构示意图，如图1所示，所述β射线位置探测装置包括准直器I和位置灵敏探测器2，其中:
[0035]所述准直器I用于通过大致垂直于(90° 土 Λχ°范围内，其中X为一小量)所述位置灵敏探测器平面方向入射的β射线，使得只有大致垂直入射所述位置灵敏探测器的β射线能够击中所述位置灵敏探测器中的闪烁光纤；
[0036]在本发明一实施例中，所述准直器I采用铜材料制成，并加工成多孔结构，如图2所示。
[0037]所述准直器I的厚度和孔径可根据位置分辨率的需要来设定。
[0038]所述位置灵敏探测器2位于所述准直器I的后方，用于对于通过所述准直器I的垂直入射的β射线进行位置探测。
[0039]进一步地，所述位置灵敏探测器2包括阵列探测器21和多阳极位置灵敏光电倍增管22，其中:
[0040]所述阵列探测器21为具有二维位置灵敏的阵列探测器，用于传输β射线激发的突光信号；
[0041]在本发明一实施例中，所述阵列探测器21由多条闪烁光纤带211交错编织而成，其中，同一条闪烁光纤带211的两端束在一起，形成一个整体，耦合到所述多阳极位置灵敏光电倍增管22相应的独立阳极上，这样沿某条闪烁光纤带211两个方向传播的闪烁光最终可以收集到多阳极位置灵敏光电倍增管22的同一个阳极，从而增加了光收集效率，提高了位置分辨率和能量分辨率。
[0042]在本发明一实施例中，所述多条闪烁光纤带211按照图3所示的交错织布方式进行编织，成为相互交错的阵列探测器21，图3中，Χ1...ΧΜ表示横向排列的光纤带序号，Υ1...YN表示纵向排列的光纤带序号。编织完成后，每条闪烁光纤带211的两个端头束在一起，形成一个圆形或方形的端头，耦合到所述多阳极位置灵敏光电倍增管22的某个独立阳极上，这样光电倍增管的每一个阳极就对应一条光纤带，从而具备了位置分辨能力。
[0043]进一步地，所述闪烁光纤带211由一根或多根闪烁光纤顺序密集排列而成，呈扁平状，如图4所示，图4中，所述闪烁光纤带211的宽度为a，如图4中的上图所示，具体宽度的取值可根据位置分辨率的需要进行调整，例如可从Imm宽调整到Icm宽；所述闪烁光纤的端头合在一起，采用密排的方式集成一束，其形状可为圆形或方形，以匹配后端的多阳极位置灵敏光电倍增管22，端头的直径为b，如图4中的下图所示。作为β射线的探测材料和光传输材料，所述闪烁光纤可采用圆形或方形的闪烁光纤。
[0044]所述多阳极位置灵敏光电倍增管22与所述阵列探测器21连接，用于收集所述阵列探测器21输出的光信号，将光信号转换为电信号，并通过区分光信号的来源位置来确定该β射线事例与所述阵列探测器21相互作用的位置，即通过区分光信号是从哪一条闪烁光纤带发出来的，来确定β射线与哪条闪烁光纤带发生了相互作用。
[0045]在本发明一实施例中，所述多阳极位置灵敏光电倍增管22采用Hamamatsu H8500多阳极位置灵敏光电倍增管，其结构示意图如图5所示。
[0046]根据本发明的另一方面，提出一种利用所述β射线位置探测装置进行β射线位置探测的方法，所述方法包括以下步骤:
[0047]步骤1，β射线源通过准直器I照射到位置灵敏探测器2中的某条闪烁光纤带上，所述β射线在该条闪烁光纤带中产生电离，激发荧光信号，通过在一测量时间内对于该条闪烁光纤带的荧光信号的测量，得到所述β射线与所述闪烁光纤带作用的位置信息；
[0048]该步骤中，当β射线击中某条闪烁光纤带时，在该条闪烁光纤带中产生电离，激发荧光信号，所述多阳极位置灵敏光电倍增管22对于该闪烁光纤带进行识别，并记录该闪烁光纤带的编号，当在测量时间t内多次发生上述事例时，就可记录得到β射线源强度在X方向和Y方向上投影的积分值；
[0049]步骤2，平移所述位置灵敏探测器2 —个单位距离，按照所述步骤1，再次测量β射线与闪烁光纤带作用的位置信息；
[0050]比如，可向右平移位置灵敏探测器2 —个闪烁光纤带宽度的距离a，重复步骤I的测量，测量时间仍为t。
[0051]步骤3，对于两次位置测量结果进行融合，得到所述β射线源的位置信息。
[0052]比如，可将所述步骤2测得的位置数据在坐标轴上向左平移距离a，然后与所述步骤I测得的位置数据进行叠加，得到叠加后的β射线源强度在X和Y方向上的投影值，通过滤波反投影算法，即可得到β射线源的位置信息。
[0053]步骤4，通过标准β辐照场对于位置测量结果进行刻度。
[0054]对于β污染源只是一个点源的情况，位置灵敏探测器只能确定某条闪烁光纤带(m)有信号，也就是说只能确定β射线的一维位置，这时可以对位置灵敏探测器平移一个单位距离a (—条闪烁光纤带的宽度)，就可以发现与闪烁光纤带m相垂直的另一条闪烁光纤带(η)也有信号，通过数学融合，即可确定该β点源的位置。
[0055]当β污染源是点面源的情况，可以认为β面源是由多个点源组成的，按照上述方法同样可以确定β面源的分布情况。
[0056]这样，通过位置灵敏探测器两次测量β放射源，其中第二次测量相对于第一次测量平移单位a，然后将两次测量所得的数据进行融合，就可得到β射线源强度在X和Y方向上的投影值，然后通过滤波反投影算法得到β放射源的二维分布，这就解决了在点源的情况下，探测器一次测量只具有一维分辨的问题，而本发明通过平移后的第二次测量，得到第二个维度的位置分辨。
[0057]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种β射线位置探测装置，其特征在于，该装置包括:准直器和位置灵敏探测器，其中: 所述准直器用于通过垂直于所述位置灵敏探测器平面方向入射的β射线，使得只有垂直入射所述位置灵敏探测器的β射线能够击中所述位置灵敏探测器中的闪烁光纤； 所述位置灵敏探测器位于所述准直器的后方，用于对于通过所述准直器的垂直入射的β射线进行位置探测。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直器采用铜材料制成。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直器为多孔结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置灵敏探测器包括阵列探测器和多阳极位置灵敏光电倍增管，其中: 所述阵列探测器为具有二维位置灵敏的阵列探测器，用于传输β射线激发的荧光光子; 所述多阳极位置灵敏光电倍增管与所述阵列探测器连接，用于收集所述阵列探测器输出的光信号，将光信号转换为电信号，并通过区分光信号的来源位置来确定该β射线与所述阵列探测器相互作用的位置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述阵列探测器由多条闪烁光纤带交错编织而成，同一条闪烁光纤带的两端束在一起，形成一个整体，耦合到所述多阳极位置灵敏光电倍增管相应的独立阳极上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述闪烁光纤带由一根或多根闪烁光纤顺序密集排列而成，所述闪烁光纤的端头合在一起，采用密排的方式集成一束。
7.一种利用权利要求1所述β射线位置探测装置进行β射线位置探测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤1，β射线源通过准直器照射到位置灵敏探测器中的某条闪烁光纤带上，所述β射线在该闪烁光纤带中产生电离，激发荧光信号，通过在一测量时间内对于该闪烁光纤带的荧光信号的测量，得到所述β射线与所述闪烁光纤带作用的位置信息； 步骤2，平移所述位置灵敏探测器一个单位距离，按照所述步骤1，再次测量β射线与闪烁光纤带作用的位置信息； 步骤3，对于两次位置测量结果进行融合，得到所述β射线源的位置信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤I中，在所述测量时间内多次发生β射线照射时，可记录得到β射线源强度在X方向和Y方向上投影的积分值。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对于两次位置测量结果进行叠加，得到叠加后的β射线源强度在X和Y方向上的投影值，通过滤波反投影算法，即可得到β射线源的位置信息。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 步骤4，通过标准β辐照场对于位置测量结果进行刻度。
【文档编号】G01T1/20GK104407372SQ201410809649
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】刘军辉, 程金星, 赵锋涛, 温伟伟, 吴友朋, 胡玉新, 周文平, 王春安 申请人:中国人民解放军第二炮兵装备研究院第六研究所