转换效率探测设备及方法与流程

本发明涉及核辐射探测器技术领域，具体而言，涉及一种转换效率探测设备及方法。

背景技术：

惯性约束聚变中，激光等离子体发射的软x光和可见光包含了大量丰富的物理信息，通过测量激光等离子体发射的软x光和可见光可以细致地研究激光与物质相互作用的机理、物理过程等。x光转换材料在x摄像诊断系统中具有很重要的作用，它的转换效率对整个系统有很大的影响，因此需要探测x光转换材料的转换效率。由此，需要提供一种可以探测x光转换材料的转换效率的设备。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种转换效率探测设备及方法，其能够获得闪烁体将x光转换为可见光的转换效率，以便在利用闪烁体进行x光探测时，通过可见光的可见光光子数得到x光强度。

本发明实施例提供一种转换效率探测设备，所述设备包括同步辐射出光装置、图像传感器及处理单元；

所述同步辐射出光装置包括同步辐射光源及标准探测器；

所述同步辐射光源用于提供x光；

在所述x光的传输光路上依次设置有用于将所述x光转换为可见光的闪烁体及用于记录从所述闪烁体出射的可见光光子数的所述图像传感器，其中，所述标准探测器活动设置在所述同步辐射光源与所述闪烁体之间，以使所述标准探测器在位于所述x光的传输光路上时测量所述x光的光强；

所述处理单元与所述标准探测器及图像传感器电性连接，用于根据所述光强及可见光光子数处理得到所述闪烁体的转换效率。

在本发明实施例中，所述设备还包括快门，

所述快门设置在所述同步辐射光源与所述标准探测器之间，用于控制曝光时间。

在本发明实施例中，所述设备还包括光阑，

所述光阑设置在所述同步辐射光源与所述快门之间，用于限制光斑面积。

在本发明实施例中，所述同步辐射出光装置还包括真空管道，

所述光阑、快门及标准探测器设置在所述真空管道内。

在本发明实施例中，所述设备还包括一固定架及黑腔盒，

所述黑腔盒用于固定所述图像传感器及容置通过所述固定架固定的所述闪烁体。

在本发明实施例中，所述装置还包括法兰，所述法兰的一侧与所述真空管道连接，所述法兰的另一侧与所述黑腔盒连接，以使所述x光经所述法兰照射至所述闪烁体。

在本发明实施例中，所述法兰包括相对设置的第一通孔及第二通孔，所述第一通孔设置在所述法兰与所述真空管道连接的一侧，所述第二通孔设置在所述法兰与所述闪烁体相邻的一侧，所述第二通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。

在本发明实施例中，所述法兰还包括卡槽，所述黑腔盒通过所述卡槽与所述法兰连接。

在本发明实施例中，所述设备还包括遮光件，所述遮光件覆盖在所述设备表面，以屏蔽可见光、杂散光。

本发明实施例还提供一种转换效率探测方法，应用于上述任意一项所述的转换效率探测设备，所述方法包括：

在所述标准探测器位于所述x光的传输光路上时，记录快门的第一打开时间及第一关闭时间，并通过所述标准探测器获得第一时间段内与所述x光对应的第一电流，其中，所述第一时间段与所述第一打开时间及第一关闭时间对应；

在所述标准探测器由位于所述x光的传输光路变为不位于所述x光的传输光路时，记录所述快门的第二打开时间及第二关闭时间，并通过所述标准探测器获得第二时间段内与所述x光对应的可见光光子数，其中，所述第二时间段与所述第二打开时间及第二关闭时间对应；

在所述标准探测器由不位于所述x光的传输光路变为位于所述x光的传输光路时，记录所述快门的第三打开时间及第三关闭时间，并通过所述标准探测器获得第三时间段内与所述x光对应的第三电流，其中，所述第三时间段与所述第三打开时间及第三关闭时间对应；

根据所述第一时间段、第一电流、第三时间段及第三电流计算得到所述第二时间内与所述x光对应的第二电流；

根据所述第二电流及所述可见光光子数处理得到所述闪烁体的转换效率。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种转换效率探测设备及方法。所述设备包括同步辐射出光装置、图像传感器及处理单元。所述同步辐射出光装置包括同步辐射光源及标准探测器。所述同步辐射光源用于提供x光。在所述x光的传输光路上依次设置有用于将所述x光转换为可见光的闪烁体及用于记录从所述闪烁体出射的可见光光子数的所述图像传感器，其中，所述标准探测器活动设置在所述同步辐射光源与所述闪烁体之间，以使所述标准探测器在位于所述x光的传输光路上时测量所述x光的光强。所述处理单元与所述标准探测器及图像传感器电性连接，用于根据所述光强及可见光光子数处理得到所述闪烁体的转换效率。通过所述设备可获得闪烁体将x光转换为可见光的转换效率，以便在利用闪烁体进行x光探测时，通过可见光的可见光光子数得到x光强度。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的转换效率探测设备的结构示意图之一。

图2是本发明实施例提供的转换效率探测设备的结构示意图之二。

图3是本发明实施例提供的转换效率探测设备的结构示意图之三。

图4是发明实施例提供的转换效率探测方法的流程示意图。

图5是本发明实施例提供的入射至闪烁体的x光光强示意图。

图标：100-转换效率探测设备；101-真空管道；102-黑腔盒；103-法兰；110-同步辐射光源；120-光阑；130-快门；140-标准探测器；150-闪烁体；160-图像传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

x光转换材料在数字辐射成像系统中具有很重要的作用，x光转换材料将x光转换为可见光的转换效率对整个系统的量子探测效率起到决定性作用。其中，csi(tl)闪烁体就是一种重要的x光转换为可见光的材料，可广泛应用于x光能谱测量，用来分析惯性约束聚变(icf，inertialconfinementfusion)和激光等离子体相互作用过程中产生的大量丰富的物理信息。在本发明实施例的实施方式中，所述闪烁体150为csi(tl)闪烁体。

本发明实施例提供了一种转换效率探测设备100。所述转换效率探测设备100用于探测闪烁体150将x光转换为可见光的转换效率。通过所述转换效率探测设备100，可以获得已知厚度的闪烁体150的转换效率，进而可以通过可见光的强度来反推得到x光强度，从而进行光与物质之间作用的分析，不仅可以用于同步辐射源装置，还可以用于主机、原型、神光ⅱ升级装置等。

请参照图1，图1是本发明实施例提供的转换效率探测设备100的结构示意图之一。所述转换效率探测设备100可以包括同步辐射出光装置、图像传感器160及处理单元。所述同步辐射出光装置可以包括同步辐射光源110及标准探测器140。所述同步辐射光源110用于提供x光，所述x光的传输光路上依次设置有所述闪烁体150及图像传感器160。其中，所述标准探测器140活动设置在所述同步辐射光源110与所述闪烁体150之间。

所述同步辐射出光装置还包括一用于控制件，通过所述控制件可移动所述标准探测器140至所述x光的传输光路上，或将所述标准探测器140移出所述x光的传输光路。

在本实施例中，所述标准探测器140用于在位于所述x光的传输光路上测量所述x光的光强。所述闪烁体150用于将所述同步辐射光源110投射的x光转换为可见光。所述图像传感器160用于记录经所述闪烁体150出射的可见光光子数。所述处理单元与所述标准探测器140及所述图像传感器160电性连接，用于根据所述光强及可见光光子数处理得到所述闪烁体150的转换效率。

其中，同步辐射光源110具有高度量和稳定性，因此在本实施例中光源为所述同步辐射光源110。北京同步辐射装置(beijingsynchrotronradiationfacility，bsrf)可提供能区在2～6kev范围、性能优良的单色x射线光源。因此，所述同步辐射出光装置可以是北京同步辐射装置4b7a。

其中，所述标准探测器140可以是axuv-100型硅光二极管，axuv-100型硅光二极管与6517a弱电流计电性连接，从而获得与所述x光对应的电流。

其中，所述闪烁体150是沉积而成，生长在一定厚度(比如，20mm)的光纤面板上，结构紧密均匀，在单个晶柱中光子不会横向扩散。一定能量的带电粒子入射，在晶体中通过电磁相互作用沉积能量，沉积的能量转换为一定数量的闪烁光子发射。

其中，所述图像传感器160可以是ccd(chargecoupleddevice，电荷藕合器件)传感器或cmos(complementarymetal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器。csi(tl)闪烁体的发射光谱的峰值波长为540nm，与ccd的峰值响应波长一致，有利于与ccd图像传感器匹配，以便ccd图像传感器记录可见光光子数。

通过在北京同步辐射源不同能区上，对不同厚度闪烁体150进行实验，根据所述标准探测器140及图像传感器160的记录的数值得到对应的转换效率。

请参照图2，图2是本发明实施例提供的转换效率探测设备100的结构示意图之二。所述转换效率探测设备100还可以包括快门130。所述快门130设置在所述同步辐射光源110与所述标准探测器140之间，用于控制曝光时间。在保证所述图像传感器160不饱和的情况下，使用尽量长的曝光时间。其中，所述快门130可以是机械快门。

在本实施例中，所述转换效率探测设备100还可以包括光阑120。所述光阑120设置在所述同步辐射光源110与所述快门130之间，用于限制光斑面积。所述光阑120还可以遮挡杂散光，以避免杂散光对转换效率探测产生影响。

请参照图3，图3是本发明实施例提供的转换效率探测设备100的结构示意图之三。所述同步辐射出光装置还可以包括一真空管道101，所述真空管道101内为真空室，所述光阑120、快门130及标准探测器140均设置在所述真空室内。其中，所述闪烁体150设置在所述真空室外，由此不需要真空抽气放气即可更换所述闪烁体150，以探测不同厚度的闪烁体150的转换效率。

在本实施例中，所述转换效率探测设备100还可以包括一固定架及黑腔盒102。所述固定架用于固定所述闪烁体150。由于所述闪烁体150固定在所述固定架上，且所述闪烁体150设置在所述真空室外，便于更换不同厚度的闪烁体150。所述黑腔盒102用于固定所述图像传感器160及容置通过所述固定架固定的闪烁体150。由于所述黑腔盒102表面为黑色，可防止杂散光进入对转换效率的探测产生影响。

在本实施例中，所述转换效率探测设备100还可以包括法兰103。所述法兰103的一侧与所述真空管道101连接，所述法兰103的另一侧与所述黑腔盒102连接，以使所述x光经所述法兰103照射至所述闪烁体150。

其中，所述法兰103包括相对设置的第一通孔及第二通孔。所述法兰103通过所述第一通孔与所述真空管道101连接。所述第一通孔的孔径为标准孔径，与所述真空管道101的孔径匹配。所述第二通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径，通过所述第二通孔可使得在真空下所述x光以小面积均匀辐射到所述闪烁体150上。

进一步地，所述法兰103还可以包括o圈，以保证所述真空管道101密封。

进一步地，所述法兰103还可以包括卡槽，所述黑腔盒102通过所述卡槽与所述法兰103连接，实现与所述真空管道101的连接，以使所述闪烁体150及图像传感器160在所述x光的传输光路上。

在本实施例中，所述转换效率探测设备100还可以包括遮光件，所述遮光件覆盖在所述设备表面，可防止x光泄漏及可见光进入所述图像传感器160，实现屏蔽可见光、杂散光的目的。其中，所述遮光件可以是，但不限于，黑布。

在本实施例的实施方式中，所述光阑120的大小为2.4mm×4.0mm，所述快门130的支架的高度可以为300mm，所述第二通孔的孔径为10mm。

下面介绍如何通过所述设备获得所述闪烁体150的转换效率。

请参照图4，图4是发明实施例提供的转换效率探测方法的流程示意图。所述方法包括步骤s110～s150。

步骤s110，在所述标准探测器140位于所述x光的传输光路上时，记录快门130的第一打开时间及第一关闭时间，并通过所述标准探测器140获得第一时间段内与所述x光对应的第一电流。

其中，所述第一时间段与所述第一打开时间及第一关闭时间对应。

在将所述标准探测器140移动至所述x光的传输光路上时，打开所述快门130，同时记录第一打开时间，所述x光依次经光阑120、快门130照射至所述标准探测器140。所述标准探测器140在所述快门130打开后，开始记录所述x光在第一打开时间后对应的电流。然后在关闭所述快门130时，记录第一关闭时间。由此，获得与所述第一打开时间及第一关闭时间对应的第一时间段的第一电流。

步骤s120，在所述标准探测器140由位于所述x光的传输光路变为不位于所述x光的传输光路后，记录所述快门130的第二打开时间及第二关闭时间，并通过所述标准探测器140获得第二时间段内与所述x光对应的可见光光子数。

其中，所述第二时间段与所述第二打开时间及第二关闭时间对应。

在将所述标准探测器140由位于所述x光的传输光路移动为不位于所述x光的传输光路后，打开所述快门130，并记录打开时间为第二打开时间，所述x光依次经光阑120、快门130照射至所述闪烁体150，所述闪烁体150将所述x光转换为可见光。所述图像传感器160在所述快门130打开后，开始记录在第二打开时间后的可见光光子数。然后在关闭所述快门130时，记录关闭时间为第二关闭时间。由此，获得与所述第二打开时间及第二关闭时间对应的第二时间段的可见光光子数。

步骤s130，在所述标准探测器140由不位于所述x光的传输光路变为位于所述x光的传输光路后，记录所述快门130的第三打开时间及第三关闭时间，并通过所述标准探测器140获得第三时间段内与所述x光对应的第三电流。

其中，所述第三时间段与所述第三打开时间及第三关闭时间对应。

在所述标准探测器140由不位于所述x光的传输光路变为位于所述x光的传输光路后，获得与第三时间段对应的第三电流。关于第三电流的获取过程可以参照对第一电流获取过程的描述。

步骤s140，根据所述第一时间段、第一电流、第三时间段及第三电流计算得到所述第二时间内与所述x光对应的第二电流。

由于入射x光呈衰减趋势，可以采用曲线拟合的方法对入射x光进行数据拟合。将第一电流与第三电流进行曲线拟合，从而得到入射x光在由第一时间段、第二时间段及第三时间段组成的时间段内的入射x光电流分区曲线。进而根据与所述第二时间段对应的第二打开时间及第二关闭时间，通过曲线积分得到在第二时间段内入射到所述闪烁体150的x光强度。

请参照图5，比如获得了0s～150s内的光强及200s～350s内的光强，通过曲线拟合，即可获得150s～350s内的光强。由此便于后续150s～350s内的光强及可见光光子数得到闪烁体150的转换效率。

步骤s150，根据所述第二电流及所述可见光光子数处理得到所述闪烁体150的转换效率。

根据得到所述闪烁体150的转换效率。其中，e1表示某时间端内通过所述图像传感器160获得可见光光子数，e2表示相同时间段内入射的x光的光强，η表示转换效率。

通过所述装置可获得不同能量软x光入射不同厚度闪烁体150的转换效率。实验结果表明，随着闪烁体150厚度增加，转换效率也随着增加。根据获得的不同厚度闪烁体150的转换效率，可从闪烁体150出射的可见光反推出入射x光射线量。

其中，在获得不同能点下的所述闪烁体150的转换效率时，针对所述图像传感器160获得的每幅光斑，可以用winview取相同面积的光斑以保证在相同面积下计算不同能点对应的可见光光子数。图像传感器160得到的图像先采集了本底的，在计算过程中先扣除本底，选择固定区域的总可见光光子数进行积分，并扣除大小相同的本底积分区域，得到所述可见光光子数。

综上所述，本发明提供一种转换效率探测设备及方法。所述设备包括同步辐射出光装置、图像传感器及处理单元。所述同步辐射出光装置包括同步辐射光源及标准探测器。所述同步辐射光源用于提供x光。在所述x光的传输光路上依次设置有用于将所述x光转换为可见光的闪烁体及用于记录从所述闪烁体出射的可见光光子数的所述图像传感器，其中，所述标准探测器活动设置在所述同步辐射光源与所述闪烁体之间，以使所述标准探测器在位于所述x光的传输光路上时测量所述x光的光强。所述处理单元与所述标准探测器及图像传感器电性连接，用于根据所述光强及可见光光子数处理得到所述闪烁体的转换效率。通过所述设备可获得闪烁体将x光转换为可见光的转换效率，以便在利用闪烁体进行x光探测时，通过可见光的可见光光子数得到x光强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。