辐射检测系统和方法与流程

本发明涉及一种用于检测辐射的系统和方法。

背景技术：

在过去的几十年中，尤其是在2001年9月11日的袭击之后，恐怖组织获得核武器的威胁已成为主要的安全隐患。尽管特殊核材料(snm)的生产需要此类组织可能无法获得的基础设施和知识水平，但不能排除现有核武器或材料落入坏人手中的可能性。为了防止转移现有snm，需要有效的材料衡算和安全措施。本发明适用于旨在检测并识别snm的被动和主动询问技术。基于本文描述的本发明的任何系统也将非常适合于大致检测发射伽玛射线和中子的放射性材料。

为了识别snm的存在并表征snm，必须识别辐射特征，从而将其与周围本底辐射或其他电离辐射源区分开。对涉及中子辐射(所述中子辐射是snm的特性特征之一)检测的先进系统的需求不断增长，特别是对于像辐射入口监测(rpm)系统的安全应用。

时间相关事件是snm的另一个区别特征，因为本底辐射通常是时间不相关的。通过检测尽可能短的时间窗口内的多个粒子来执行时间相关性测量，以便避免虚假的随机同时发生。所应用的时间窗口的长度取决于检测器的类型。已知中子-中子同时发生可用于检测snm。本发明的目标是中子-伽玛同时发生检测，所述检测对于某些应用具有灵敏检测snm的特定优势，这在以前是未被认识到的。

由于he-3计数器具有非常高的中子检测效率，因此它代表了当前中子检测的“黄金标准”。因此，he-3计数器被用于涉及中子检测的大多数安全和保障应用中。因此，现有系统主要基于使用he-3比例计数器对慢速中子的检测。由于在检测之前使中子减速所花费的时间通常为微秒，因此用于同时发生检测的时间窗口也是这个数量级。

此外，在更长的时间尺度上，检测到的中子之间的时间相关性(被称为多重数计数)已被广泛用于表征裂变源。可以通过创建中子多重数分布来估计与样品的裂变质量有关的信息。中子多重数分布反映了来自多个裂变的检测事件的时间相关分布。

存在于snm中的自发裂变系统(主要是pu-240)与快中子的发射和高能光子、伽玛射线的“级联”相关联，从而使裂变产物中激发态的分布减少。这些伽玛射线大多数是“瞬发”的，即，从短暂的核态发出，并且它们的多重数分布可以大大扩展到平均值5-10以上。对于用于像用于人员和行李边境管制或用于处置snm的工作场所中的工作人员的rpm的安全应用中使用的典型几何形状，伽玛射线和中子将在50纳秒(ns)内到达检测器。与使用例如he-3计数器的标准中子检测系统(其中中子在检测之前减速)相比，所需的同时发生窗口要短十倍以上，并且虚假同时发生率也会相应地降低。因此，对快中子和伽玛射线都敏感的检测器的使用可能导致检测snm的灵敏度更高，这在核保障和安全应用中至关重要。

现有技术

文章：trombetta,d.m.等人，“用于核安全和保障应用的快中子和γ射线符合检测”，《核仪器和物理研究方法》，a927(2019年)，第119-124页，描述了一种涉及使用伽玛与快中子之间的短时间相关性来检测并在某些条件下对核材料(例如钚)的量进行定量的技术。

文章：paff,m.g等人，“用于基于有机闪烁体的辐射门式监测器的放射性核素识别算法”，《核仪器和物理研究方法》，a849(2017年)，第41-48页，描述了一种使用有机闪烁检测器对放射门式监测器进行即时放射性核素识别的算法。

文章：paff,m.g.等人，“用于行人辐射门式监测器中的即时中子/伽玛警报和放射性核素识别的有机液体闪烁检测器”，《核仪器和物理研究方法》，a789(2015年)，第16-27页，描述了来自基于使用有机液体闪烁体但是没有符合的辐射门式监测器的实验结果。

文章：paff,m.g.等人，“有机液体闪烁检测器形状和体积对辐射门式监测器的影响”，《核仪器和物理研究方法》a825(2016年)，第31-39页，描述了一种与上一篇文章类似的设置。

文章：enqvist,a.等人，“自发裂变的中子/伽玛射线互相关函数的测量和模拟”，《核仪器和物理研究方法》，a595(2008年)，第426-430页，描述了例如就核防扩散和国土安全领域而言如何测量自发裂变所发射的粒子之间的公知时间相关性。

文章：monterial,m.等人，“相关伽玛-中子源的单视图3-d重建”，《ieee核科学学报》，第64卷，第7期，2017年7月，第1840-1845页，描述了一种发射相关的伽玛射线和中子的中子源(像snm)的3-d图像重建方法。所述技术使用伽玛-中子-中子符合测量来执行源的3-d重建。所描述方法使用中子双散射，以便在运动学上重建可能源位置的圆锥形表面。通过将时间包括到相关的伽玛中，然后通过求解沿着圆锥体表面的源到检测器距离来进一步限制了三维中的源位置。

文章：poitrasson-rivière,a.等人，“基于同时检测光子和中子碰撞事件的双粒子成像系统”，《核仪器和物理研究方法》，a760(2014年)，第40-45页，描述了一种伽玛和中子成像系统，其中使用康普顿散射处理伽玛射线并且使用双散射成像处理中子。在这两种情况下，可能的原点方向都在圆锥体上，所述圆锥体的角度由散射过程得出。系统独立地处理伽玛射线和中子，并且不使用伽玛-中子符合。

文章：paff,m.g.等人，“用于特殊核材料检测的伽玛/中子时间相关性—高浓缩铀的主动刺激”，《核能年鉴》，第72期(2014年)，第358-366页，描述了n-γ相关性如何用于与snm相关的材料分析。

us2018/0336976公开了一种用于在未知的中子和伽玛射线混合场中获得快中子和伽玛射线量的方法。所述方法包括以下步骤：(1)辐射检测器能够测量中子和伽玛射线，(2)基于数字脉冲形状分析识别中子和伽玛射线的相互作用，(3)针对中子和伽玛射线事件形成脉冲高度(或脉冲面积)直方图，(4)将中子和伽玛射线脉冲高度(或脉冲面积)直方图转换成瞬时读数和积分读数的关注的量，诸如计数率、能谱、比释动能、吸收剂量和剂量当量，并且(5)实时执行步骤(2-4)。

因此，除其他事项之外，如上所讨论，与热中子计数器和超热中子计数器相比，快中子同时发生测量具有潜在的优势，最重要的是所需的同时发生时间短得多，并且由于偶然的同时发生而相应地降低了本底率，如上所提及。在辐射检测领域中众所周知的是，基于有机闪烁检测器的检测器系统对快中子和伽玛射线都敏感，并且可以使用脉冲形状甄别原理来区分两种类型的辐射。还已表明，基于快中子同时发生计数的检测系统与基于he-3计数器的标准高级中子同时发生系统用于中子-中子同时发生检测的效率一样高。本系统和方法克服了现有技术中的局限性，并且利用快中子-伽玛同时发生来对snm进行高度选择性的识别、定量和成像。

附图说明

图1示出了辐射检测方法的实施例；

图2示出了辐射检测系统的实施例；

图3示出了辐射检测系统的通用设置；

图4示出了围绕目标区域的辐射检测器的基本设置；

图5示出了根据本发明的一个实施例，其具有被配置为扫描行人区域的rpm几何形状；以及

图6示出了图5的实施例的变型，其中检测器单元被细分成更小的体积。

具体实施方式

本发明涉及一种用于电离辐射的方法和检测系统，其适用于标准辐射入口成像应用，并且还能够通过测量伽玛快中子同时发生率来识别含有pu-240和其他自发裂变核素的少量的snm。所述系统和方法还可以针对检测器元件的不同组合，通过测量累积的伽玛-中子到达时间差谱来提供有关snm在检测系统的视场(fov)内的位置的信息，并且通过测量针对每个伽玛-中子同时发生事件测量到达时间差和中子相互作用能量、以及重建可能源点，来提供有关snm位置的另外的独立信息。在本发明中，除检测来自常规放射源的伽玛辐射外，还使用含有自发裂变核素的snm，中子和伽玛射线的放射几乎是同时的(即，事件发生的时间非常接近，在约小于1纳秒的数量级的时间尺度上)，这正是含有自发裂变核素的snm的显著特征。中子和伽玛射线都是穿透性的辐射，并且即使在源与检测器之间存在适量的屏蔽材料，也能够很容易地被检测到。

图1示出了由至少两个辐射检测器实现的辐射检测方法的实施例。所述检测器对快中子和伽玛射线敏感。适用于此目的的辐射检测器是例如有机闪烁检测器，并且在下文中将基于这样的检测器系统来描述本发明，对于所述检测器系统，使用高速数字转换器对辐射诱发信号进行处理，从而能够对所述信号进行快速在线表征。然而，本发明将应用于能够以约1ns的良好的时间分辨率来检测快中子和伽玛射线的任何其他合适的辐射检测器系统。

检测器信号可具有不同性质(诸如中子和伽玛射线的脉冲形状性质)，从而可以逐事件地区分两种类型的辐射。辐射检测方法可用于rpm中，其中除检测常规电离辐射源(诸如放射伽玛射线的辐射性材料)外，还需要检测snm的存在。关注的一部分也可能在核保障应用中。在每种情况下，检测器系统将能够识别其fov内的辐射性材料(特别是snm)的存在，以提供有关此类材料在视场内的位置的信息，并且从而提供有关fov内的snm量的信息。

所述方法包括：例如通过使用250mhzcaenvx1720数字转换器模块与公共时钟信号同步地以高于100mhz的采样率采样110检测器的信号，以从检测器获取脉冲波形。来自有机闪烁检测器的信号的高速采样用于确定入射在检测器上的辐射的到达时间、表征信号脉冲形状的参数值、以及与入射辐射所沉积的能量相对应的脉冲总积分。来自有机闪烁检测器的信号的脉冲形状在本领域中众所周知的是，对于伽玛射线诱发信号和中子诱发信号而言是不同的，对于给定的幅度，前者的持续时间更短。因此，通过比较例如检测器脉冲的总电荷积分与在脉冲尾部积分的电荷之比，伽玛射线诱发信号将比中子诱发信号在更高的范围内分组。伽玛射线和中子可以这种方式彼此区分开，错误率通常小于千分之几。区分中子诱发信号和伽玛射线诱发信号的脉冲形状信息还可以例如使用传统的模拟电子器件、利用电路或利用adc、时间数字转换器(tdc)等来提取，如本领域所公知的。

所述方法包括：如果信号的幅度超过预定阈值，则记录120由伽玛射线的信号和由中子诱发的信号；以及分别测量130采样信号的信号到达时间。通过确定检测器信号在什么时间超过一定的幅度阈值(所谓的前沿定时)或经由更高级的规程(像恒比甄别)来完成此操作。此类方法在本领域中是众所周知的，并且对于标准有机闪烁检测器能够容易地实现大约1ns的时间分辨率。

所述方法然后包括：基于信号到达时间，并且优选地基于特征脉冲形状参数和所述采样信号的全积分中的至少一者来确定140。通常，辐射性材料和核材料会放射适合于检测的伽玛射线。存在于关注区域内的核材料中的某些同位素的裂变将放射多条伽玛射线以及约两个快中子，其中每个事件的平均能量为大约2mev。

存在许多不同方式来确定140特征脉冲形状参数和信号到达时间。如果使用高速数字转换器(采样频率≥100mhz)记录信号(这是首选)，则可以灵活地设计用于这些目的的算法。例如，下面的参数i)-iii)可以用于中子与伽玛射线之间的脉冲形状甄别，以及作为iv)确定的检测阈值处的时间。

i)qtot–在整个确定的信号时间段内对信号进行积分

ii)qtail–在信号时间段结束处的一小部分对信号进行积分

iii)a-最大信号幅度

iv)可以通过测量信号幅度何时超过预定检测阈值来确定信号的到达时间。设置检测阈值以使其高于电子噪声水平。如果使用数字转换器，则在采样时间点之间进行插值将提高精确度。信号到达时间的更精确确定采用恒比甄别，无论是模拟还是数字。

在示例性实施例中，所述方法包括：通过对确定的脉冲形状参数(例如，某个范围的比率qtot/qtail、qtot/a或qtot/qtail和a的组合)应用相关条件来确定是否在检测器中记录了伽玛射线或中子。

如果参数在脉冲形状参数空间的第一预定区域内，则确定中子已诱发信号，并且如果参数在脉冲形状参数空间的第二预定区域内，则确定光子已诱发信号。

当中子诱发信号在一个检测器中被确定为处于在另一个检测器中被确定为由伽马射线诱发的信号到达时间之后的一定的短时间间隔内时，则记录快中子-伽玛同时发生。对于一个系统，该时间间隔通常在2纳秒与100纳秒之间，可能源位置与检测器之间的距离从几厘米到大约1米(即，例如在边境管制系统中用于监视人员或行李的rpm的典型尺寸)，并且基本上与检测器系统的几何形状所提供的此类距离的最大值成比例。因此，对于较大的系统(例如，监测车辆等)，时间间隔与所涉及的距离成比例地相应地延长)。

由于光速远高于裂变反应所放射的快中子的速度，因此相关伽玛射线与中子之间的最大时间差主要由中子的飞行时间决定，并受快中子的低能检测器阈值和检测器系统的尺寸的限制。最小时间差(即，时间间隔的下限)应足够长，以避免伽玛-伽玛同时发生(其由于脉冲形状甄别的缺陷而被偶然视为伽玛中子发生)未被记录为真实伽玛-中子同时发生。因此，对于标准行人rpm几何形状而言，在上述通常为2-100ns的预定最小值和最大值之间的范围内的检测到的伽玛-中子同时发生事件率与中子与伽玛射线之间的时间差便是对snm在检测器系统的fov内存在的指标。

当如上定义的所记录的伽玛-中子同时发生率超过一定的预定阈值时，指示存在经历自发裂变的核材料。以这种方式检测snm存在若干优势。由于同时发生时间太短了，所以通过如当前现有技术中这样使用减速中子之间的快速同时发生和未同时发生，大大降低了偶然的同时发生率。此外，为了显著提高灵敏度，本发明使用来自同一裂变事件的检测到的伽玛射线与检测到的中子之间的特征性短时间延迟。另外，通过使用与中子同时发生的伽玛射线，由于裂变中所放射的伽玛射线的多样性很高，因此检出率会明显高于当前使用的中子-中子同时发生技术。如果在snm与检测器之间存在大量抑制伽玛射线通量的屏蔽材料，则中子单粒子(singles)和同时发生率仍然可以用作当前商业系统中snm存在的指标。与中子-中子同时发生计数相比，伽玛-快中子同时发生计数对减弱快中子的通量的屏蔽材料(像水或hdpe)的作用也较不敏感。

在示例性实施例中，所述方法还包括：确定关注区域中核材料的量。此外，为了精确地确定，这可以受益于例如根据x射线扫描的样品几何形状和结构的附加知识。

在示例性实施例中，所述方法还包括：确定总伽玛射线和中子率以及它们的累积能量和伽玛-伽玛、伽玛-中子和中子-中子同时发生时间谱。在其他实施例中，该信息可以用于触发放射伽玛射线和/或中子的任何辐射性材料的警报或其他通知。中子单粒子、伽玛射线单粒子、中子-中子和伽玛-中子同时发生率的相对强度也为评估屏蔽材料的存在提供了手段。

在示例性实施例中，由若干检测器实现的方法包括：针对检测器对的不同组合，测量并存储在检测器中的一个检测器内相互作用的光子与在另一个检测器中的中子之间的同时发生时间谱。

对于给定的一对检测器，其中已经检测到在第一检测器中的伽马射线与在第二检测器中检测到的中子同时发生(即，如上所讨论，通常在2-100ns内)，时间差谱将取决于在经历自发裂变的关注区域内的、相对于位于构成每对检测器的检测器空间中的位置的裂变中子的能量分布(其本质上是已知的)以及核材料的空间分布两者。因此，时间差谱可用于得出有关snm在fov内位置的信息。因此，用于由相对于fov被放置在不同位置处的n个检测器组成的系统的独特同时发生时间谱的总数为n(n-1)。每个时间差谱携带与fov内的核材料以及衰减辐射的其他材料的分布有关的详细信息。

在对未知样品进行测量之前，对每个检测器对的响应进行校准，以使其针对点状裂变源的两个特征中子-伽玛时间谱(取决于哪个检测器被伽玛射线撞击以及哪个检测器被中子撞击)，对于fov内所有点都是已知的。这是每个检测器对的位置相关响应函数。来自所有对的组合响应函数构成了图像重建的基础。所述函数通常在检测器系统组装后才确定一次，并且以后仅定期检查系统功能。

基于检测器系统符合时间响应函数，可以使用例如迭代最大似然性或从医学成像领域改编的其他成像方法，根据一组所获取的时间谱重建存在于fov内的核材料的位置或空间分布的3d图像。可以使用上述累积时间差谱来重建从自发裂变发射伽玛射线和中子的源的位置或空间分布的方法在机器学习领域中也是众所周知的。例如，可以训练人工神经网络以使用通过snm在视场中的已知位置获取的时间差谱来执行这种任务。另外，在可能的情况下，可以通过包括来自fov的x射线成像的信息来辅助和改进图像重建。

在示例性实施例中，所述方法包括：测量并存储由中子沉积的能量以及每个相关的伽玛-中子同时发生对“逐事件”的中子-伽玛同时发生时间差。所述方法包括：利用所测量的中子沉积能量估计其初始速度，并且通过将中子与伽玛射线之间的时间差与针对中子估计的初始速度进行比较，来确定检测中子的检测器周围的对应裂变事件的可能源点。在有机闪烁检测器中检测到的中子主要通过质子上的弹性散射将能量沉积在检测器中。所沉积的能量的量是从满初始能量下降到零的连续分布。它随检测器响应函数(包括中子检测能量阈值)被调入，以提供所测量的能量分布。然后可以基于此已知的所测量的能量分布作为初始中子能量的函数，逐事件地估计初始中子速度。作为示例，初始中子能量的估计可以是这样的：考虑到中子能量检测阈值，对于大量事件，所述估计将在检测器中产生所测得能量分布，其中心与所测量中子能量重合。

来自自发裂变的中子的平均速度为大约光速的7％，因此中子与伽玛射线之间的到达时间差主要由中子飞行时间决定。因此，中子的所估计的行进距离通过下式得出：

其中

rn是中子从放射点到检测到所述中子的检测器所行进的距离，ry是伽玛射线从放射点到检测到所述中子的检测器所行进的距离，at是伽玛射线和中子的检测之间的所测量的时间差，c是光速，并且vn是中子的速度，它是根据中子以下列方式沉积的所测量的能量估计的。

假设中子在有机闪烁体中的能量沉积主要是由于质子上的弹性散射，检测到某种能量的概率接近中子的检测器能量阈值与入射在检测器上的中子的初始动能之间的平坦分布。因此，初始中子速度vn的合理估计通过以下给出：

其中em是所测量的中子能量，eth是中子检测到的能量阈值，并且mn是中子质量。

在示例性实施例中，所述方法包括：通过在每个被中子撞击的检测器周围叠加逐事件推论出的半径为rn的所有球体，并且通过根据在例如医学成像中所使用的标准方法进行滤波等(如果需要)执行图像处理来重建snm分布的3d图像。可以使用每个检测器的详细中子检测响应函数，并且通过在分析中包括衰减校正来对snm的空间分布进行更详细的估计。还可以使用此信息以及伽玛射线和中子的预定检测效率来量化fov内snm的量，可能还可以借助其他成像方式(像x射线成像)来量化。

图2示出了辐射检测系统的实施例，所述辐射检测系统包括第一检测器210和第二检测器220，所述检测器被配置为检测伽玛射线和快中子、并且对检测到的信号进行采样。检测器210和220可能对中子和伽玛射线都敏感。所述系统包括装置230，所述装置被配置成与公共时钟信号同步地以高于100mhz的采样率对所述信号进行采样。所述系统还包括装置240，所述装置被配置成记录所述伽玛射线诱发信号和中子诱发信号。此外，所述系统包括处理装置250，所述处理装置被配置成：如果被采样的检测到的伽玛射线信号或被采样的检测到的中子诱发信号超过预定阈值，则处理采样信号。所述处理装置被进一步配置成测量并记录所述采样信号的特征脉冲形状参数、信号到达时间和全积分(能量)，并且被配置成基于所测量的脉冲形状参数和信号到达时间来确定中子诱发信号是否被记录于在所记录的伽玛射线信号之后的预定时间窗口内。处理装置250可以含有呈现场可编程门阵列(fpga)形式的处理电路。

数字转换器通常是一个系统，所述系统包括快速采样模数转换器(adc)、闪存adsc、fpga等，通过固件编程，它们可以借助于例如前沿甄别来确定信号到达时间，对在不同时间间隔内的脉冲进行积分，建立脉冲形状参数等。

以500mhz、14位分辨率并行地连续采样并处理多个信号的caendt5730数字转换器构成了可根据本发明采用的这种数字转换器的一个示例。

此外，所述系统包括处理装置，所述处理装置被配置成：确定中子诱发信号被记录于在所记录的伽玛射线信号之后的预定时间窗口内的事件率是否高于超过本底率的预定发生率，然后针对snm的存在发出警报或其他通知。

此外，所述系统包括处理装置，所述处理装置被配置成：基于所测量的能量和中子-伽玛时间差，并且基于哪个检测器元件被中子撞击以及哪个检测器元件被伽玛射线撞击的信息，来逐事件地重建并存储放射同时发生的中子和伽玛射线的材料的可能源点。

此外，所述系统包括处理装置，所述处理装置被配置成：可能与像例如来自fov的x射线图像的外部输入相结合地，基于逐事件地存储的可能源点，来重建放射同时发生的中子和伽玛射线的材料的空间分布。

此外，所述系统包括处理装置，所述处理装置被配置成：可能与像例如来自fov的x射线图像的外部输入相结合地，基于所存储的累积中子-伽玛时间差分布、以及分别与哪个检测器被伽玛射线撞击以及哪个检测器被中子撞击有关的信息，来重建放射同时发生的中子和伽玛射线的材料的空间分布。

此外，所述系统包括处理装置，所述处理装置被配置成：基于以上获得的与放射同时发生的中子和伽玛射线的材料的空间分布以及预定检测效率有关的信息来量化对fov内snm的量。

在示例性实施例中，所述系统适于实施上述辐射检测方法。

图3示出了与本发明有关的辐射检测系统的基本通用设置。辐射检测系统由对围绕例如rpm的目标区域放置的中子和伽玛射线敏感的辐射检测器组成(尽管系统也对区域外的点敏感，即，fov扩展到目标区域之外)。

有机闪烁体检测器1用于响应于伽玛射线和/或中子相互作用而产生光，并且传感器2用于光学读取在检测器1中产生的闪烁光。光学读数可以基于例如光电倍增管、光电二极管阵列或硅光电倍增管阵列。

方法实施例

再次参考图2，根据本发明的一个实施例，一种辐射检测方法由至少两个辐射检测器实现。在此，至少一个第一检测器d1被配置成检测伽玛射线信号、并对检测到的伽玛射线诱发信号进行采样，并且至少一个第二检测器d2被配置成检测快中子、并对检测到的中子诱发信号进行采样。所述方法包括：

-与公共时钟信号同步地以高于100mhz的采样率采样110所述信号，

-记录120所述伽玛射线诱发信号和中子诱发信号，

如果所记录的伽玛射线信号的幅度或所记录的中子诱发信号的幅度超过预定阈值，则所述方法包括：

测量130采样信号的特征脉冲形状参数、信号到达时间和全积分

基于所测量的信号到达时间、或脉冲形状参数和信号到达时间的组合来确定140中子诱发信号是否在所记录的伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录。

如果中子诱发信号在所记录伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录，则基于由中子沉积的所测量的能量和所测量的中子-伽玛时间差来重建并存储150中子和伽玛射线在fov内的可能源点。

如果中子诱发信号在所记录伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录，则存储160所测量的中子-伽玛时间差、以及分别与哪个检测器被伽玛射线撞击以及哪个检测器被中子撞击有关的信息。

-确定170中子诱发信号在所记录的伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录的事件率是否高于超过本底率的预定值，然后针对snm的存在发出警报。

-可能与像例如来自fov的x射线图像的外部输入相结合地，基于逐事件地存储150的可能源点来重建180放射同时发生中子和伽玛射线的材料的空间分布。

-可能与像例如来自fov的x射线图像的外部输入相结合地，基于所存储160的中子-伽玛时间差、以及分别与哪个检测器被伽玛射线撞击以及哪个检测器被中子撞击有关的信息，来重建190同时发生中子和伽玛射线的材料的空间分布。

-基于以上获得的与同时发生中子和伽玛射线的材料的空间分布、以及预定检测效率有关的信息来量化对fov内snm的量。

系统实施例

根据本发明的一个实施例，一种辐射检测系统包括：

-第一检测器d1，所述第一检测器被配置成检测伽玛射线、并对检测到的伽玛射线信号进行采样，

-第二检测器d2，所述第二检测器被配置成检测快中子、并对所检测中子诱发信号进行采样，

-装置，所述装置被配置成与公共时钟信号同步地以高于100mhz的采样率采样所述信号

装置，所述装置被配置成记录所述伽玛射线诱发信号和中子诱发信号

-处理装置，所述处理装置被配置成：

如果被采样的检测到的伽玛射线信号或被采样的检测到的中子诱发信号超过预定阈值，则处理采样信号，

测量信号到达时间，并且优选地测量采样信号的特征脉冲形状参数和/或全积分，

基于信号到达时间，并且优选地基于所述采样信号的特征脉冲形状参数和/或全积分，来确定中子诱发信号是否在所记录伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录。

确定中子诱发信号在所记录的伽玛射线信号之后于预定时间窗口内被记录时的事件率，并且确定所述时间率是否明显高于在snm不存在于fov中的情况下的预期本底事件率，如果是，则发出上述警报或其他通知。

可能另外使用例如来自fov的x射线图像的外部输入，基于累积的中子-伽玛时间差谱，并且基于逐事件地测量的中子能量和中子-伽玛时间差，来对在fov内放射同时发生伽玛射线和中子的材料的空间分布进行图像重建，其中所述中子-伽玛时间差谱通过哪个检测器被伽玛射线撞击以及哪个检测器被中子撞击被标记。

基于以上获得的与空间分布以及预定检测效率有关的信息来量化fov内snm的量。

图4示出了根据本发明的一个实施例的基本配置，其中对中子和伽玛射线敏感的辐射检测器围绕经由虚线示意性指示的目标区域布置。目标区域可以形成辐射入口监测器(rpm)的一部分。自然，系统在目标区域之外也很敏感，因为伽玛射线和中子是穿透性辐射。然而，系统在目标区域内具有其主要的灵敏度范围。

检测器1(例如有机闪烁体)含有检测材料，所述检测材料对中子和伽玛射线敏感，具有足够好的定时性质和效率。光电检测器2(或光学读出装置)用于将来自检测器材料的闪烁光转换成可测量的电信号。为此，光电检测器2可以包括光电倍增管、光电二极管阵列、硅光电倍增管阵列等。替代地，根据本发明的另一实施例，检测器材料不是闪烁体类型。在这种情况下，使用与检测器材料连接的电触点代替光电检测器2。

检测器系统内部的椭圆形斑点指示裂变事件，例如：源于钚240核。仅显示了一个伽玛射线(在这种情况下平均发射出5-10个射线)和一个中子(在这种情况下平均发射了大约2至3个)。它们中的每一者都撞击检测器并与之相互作用。来自检测器的信号的定时是使用本领域众所周知的原理来确定的，例如使用恒比甄别(cfd)技术。优选地，还可以相对于检测器信号的脉冲形状来分析检测器信号，以便将所检测伽玛射线与中子区分开。使用有机闪烁检测器的这种所谓的中子和伽玛射线的脉冲形状甄别(psd)在本领域中是众所周知的，并且例如在knoll，《辐射检测和测量》，wiley2010中进行了描述。在特征时间窗口内检测到至少一个中子和至少一个伽玛射线(对于尺寸为大约1m的检测器系统几何形状，通常为约100ns)是裂变事件的触发项，因此，如果触发率超过(非常低的)本底率，则系统将发出其敏感区域内存在特殊核材料的信号。检测系统还可以像在标准rpm应用中一样连续记录单个伽玛射线和中子并测量其通量。

图5示出了本发明的一个实施例，其中检测器被配置为扫描行人区或行人区域。图5示出了从正面看rpm系统的几何形状，如进入系统的对象所看到的。系统含有两块有机闪烁体板(例如，塑料闪烁体)或两罐液体有机闪烁体，其中信号通过光电检测器阵列读出。中子和伽玛射线相互作用的位置和沉积能量的确定方式与医学成像领域众所周知的anger相机(伽玛相机)相同。可以通过根据每个光电检测器的加权位置计算平均位置来确定检测器中相互作用点的位置，所述加权位置由其信号强度确定。来自所有光电检测器的积分信号电荷的总和与交互作用的能量成比例。

图6示出了图5所示的实施例的变型，其中例如呈板或罐形式的检测器单元通过光反射材料细分成更小的体积。这是有益的，因为光反射材料减少了在同一检测器中彼此接近的时间发生的两个或更多个相互作用之间的干扰。

当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises/comprising)”用于指定所陈述特征、整数、步骤或部件的存在。然而，术语不排除一个或多个附加特征、整数、步骤或部件或其组的存在或添加。

本发明不限于附图中描述的实施例，而是可以在权利要求书的范围内自由地变化。