二维正电子湮没寿命谱测量方法及系统

1.本公开涉及核谱学和核探测技术领域，具体而言，涉及一种二维正电子湮没寿命谱测量方法及系统。


背景技术：

2.正电子湮没寿命谱(positron annihilation lifetime spectrum,pals)测量是一种通过测量正电子在物质中的湮没寿命表征物质缺陷的种类和数目的测量方法。其中，放射源在衰变释放正电子时会伴随发射特定能量的起始γ光子，正电子在发生湮没时会反向产生特定能量的两个湮没γ光子，从而在测量中可以探测起始γ光子、湮没γ光子的能量信号，并根据能量信号之间的时间差获得正电子从产生到湮没的湮没寿命。
3.目前在正电子湮没寿命谱测量中，通常采用两个探测器分别探测一个起始γ光子的能量信号的发生时间作为正电子产生的起始时间，并探测一个湮没γ光子的发生时间作为正电子产生的停止时间，再根据起始时间、停止时间统计正电子的湮没寿命。
4.峰谷比是衡量正电子湮没寿命谱测量精度的重要指标。但是，上述方案的测量中可能存在难以区分部分背底计数，使其获得的正电子湮没寿命谱峰谷比有待提高。而且探测一个湮没伽马光子的发生时间作为停止时间也存在对湮没伽马光子信息利用率低的问题，使得上述方案中测量的时间分辨率也有待提高。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开的目的在于提供一种二维正电子湮没寿命谱测量方法及系统，该方法在测量过程中于待测样品相对的第一侧、第二侧分别探测正电子湮没反向产生的两个湮没伽马光子，能够有效排除测量中的背底计数，进一步提高峰谷比；并且更充分地利用湮没伽马光子信息，提升测量的时间分辨率，从而提高正电子湮没寿命谱测量精度。
7.根据本公开的第一方面，提供了一种二维正电子湮没寿命谱测量方法，该方法可以包括：
8.探测放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置；
9.探测待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，并探测待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，第二能量信号、第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，第一侧与第二侧相对；
10.在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算获得第一寿命值；
11.在第二停止时间符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算获得第二寿命值；
12.在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，对第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱。
13.可选地，第一记录条件包括起始时间、第一停止时间在第一预设时间窗内获得。
14.可选地，第二记录条件包括起始时间、第二停止时间在第二预设时间窗内获得。
15.可选地，在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，对第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱，包括：
16.在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，以第一寿命值为横轴、第二寿命值为纵轴进行二维统计；
17.在第一寿命值、第二寿命值的差值小于预设时间差的情况下，根据第一寿命值、第二寿命值获得二维正电子湮没寿命谱。
18.可选地，第一停止时间对应第一时间分辨率，第二停止时间对应第二时间分辨率，第一时间分辨率与第二时间分辨率的比值小于
19.根据本公开的第二方面，提供了一种二维正电子湮没寿命谱测量系统，该系统可以包括：
20.起始时间记录模块，用于探测放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置；
21.第一停止时间记录模块，用于探测待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，第二能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置；
22.第二停止时间记录模块，用于探测待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，第一侧与第二侧相对；
23.寿命值计算模块，用于在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算获得第一寿命值；
24.寿命值计算模块，还用于在第二停止时间符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算获得第二寿命值；
25.二维寿命谱统计模块，用于在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，对第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱。
26.可选地，第一停止时间记录模块，包括：
27.第一停止探测器，用于探测待测样品第一侧的第二能量信号；
28.第一时间提取单元，用于在第二能量信号达到0.511mev的情况下，提取第二能量信号的发生时间获得第一停止时间；
29.可选地，第二停止时间记录模块，包括：
30.第二停止探测器，用于探测待测样品第二侧的第三能量信号；
31.第二时间提取单元，用于在第三能量信号达到0.511mev的情况下，提取第三能量信号的发生时间获得第二停止时间。
32.可选地，第一停止时间记录模块对应第一时间分辨率，第二停止时间记录模块对应第二时间分辨率，第一时间分辨率与第二时间分辨率的比值小于
33.可选地，二维寿命谱统计模块，包括：
34.寿命值统计单元，用于在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，以第一寿命值为横轴、第二寿命值为纵轴进行二维统计；
35.寿命值提取单元，用于在第一寿命值、第二寿命值的差值小于预设时间差的情况下，根据第一寿命值、第二寿命值获得二维正电子湮没寿命谱。
36.可选地，第一记录条件包括起始时间、第一停止时间在第一预设时间窗内获得。
37.可选地，第二记录条件包括起始时间、第二停止时间在第二预设时间窗内获得。
38.可选地，起始时间记录模块，包括：
39.起始探测器，用于探测放射源的第一能量信号；
40.第三时间提取单元，用于在第一能量信号达到1.28mev的情况下，提取第一能量信号的发生时间获得起始时间。
41.根据本公开的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的方法。
42.根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，包括：
43.处理器；以及
44.存储器，用于存储处理器的可执行指令；
45.其中，处理器配置为经由执行可执行指令来实现上述第一方面的方法。
46.本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量方法，探测了放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，以及待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，其中，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置，而第二能量信号以及第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，且第一侧与第二侧相对；在第一停止时间的获取符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算第一寿命值，在第二停止时间的获取符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算第二寿命值；再对第一寿命值与第二寿命值进行二维统计，从而获得正电子在待测样品中湮没的二维正电子湮没寿命谱。
47.本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量方法，在测量过程中分别探测一次湮没事例产生的两个湮没伽马光子，获得各自的第一停止时间、第二停止时间，再根据第一停止时间、第二停止时间对该湮没事例的寿命进行二维统计，能够有效排除测量中的背底计数，减少偶然引入错误事例，进一步提高峰谷比；而且，能够提高对湮没伽马光子信息的利用率，从而提升测量的时间分辨率。该方法在提高峰谷比和时间分辨率的基础上，有效提高了对正电子湮没寿命的测量精度。
48.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
49.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。
50.图1示例了一种常规正电子湮没寿命谱测量系统的结构示意图。
51.图2示例了一种常规正电子湮没寿命谱的示意图。
52.图3示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量方法的流程示意图。
53.图4示例了本公开实施方式中一种统计二维正电子湮没寿命谱的流程示意图。
54.图5示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱的示意图。
55.图6示例了本公开实施方式中湮没寿命对角化处理的示意图。
56.图7示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量系统的结构示意图之一。
57.图8示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量系统的结构示意图之一。
58.图9示例了本公开实施方式的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
59.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
60.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
61.正电子是电子的反粒子，在与物质中原子的核外电子接触后会发生湮没，并产生两个反向的能量为0.511mev的γ光子，正电子的湮没寿命τ与湮没发生处的电子密度直接相关。由于物质中空位型缺陷由于原子实的缺失通常呈电负性更易捕获正电子，且缺陷处的电子密度通常低于基体的电子密度，因此，正电子在物质缺陷处比基体处的湮没寿命长。通常情况下湮没寿命的不同成分可以表征不同种类的缺陷，不同成分湮没寿命的强度可以表征不同种类缺陷的数目，可以通过测量正电子在物质中的湮没寿命对物质的缺陷种类和数目进行表征。
62.图1示例了一种常规正电子湮没寿命谱测量系统100的结构示意图，如图1所示，常规pals测量系统通常由放射源-待测样品、起始探测器110、停止探测器120、起始时间提取单元130、停止时间提取单元140、时间差计算单元150、统计单元160组成，放射源常采用
22
na放射源，
22
na在衰变产生正电子的同时还会伴随发射能量为1.28mev的起始γ光子，因而可以探测1.28mev的γ光子能量信号作为湮没的起始信号。起始探测器110探测1.28mev的起
始γ光子信号，停止探测器120探测一个0.511mev的湮没γ光子信号，并分别由各自连接的起始时间提取单元130提取起始γ光子信号的起始时间，以及停止时间提取单元140提取湮没γ光子信号的停止时间，进而时间差计算单元150可以根据起始时间、停止时间计算正电子的湮没寿命，在统计单元160中对正电子的湮没寿命进行统计，获得常规正电子湮没寿命谱图。
63.可以看出，常规正电子湮没寿命谱测量系统100中采用一个停止探测器120探测一个湮没伽马光子，对湮没事例中湮没伽马光子信息的利用率较低，从而影响其测量的时间分辨率，进而影响其测量精度。
64.图2示例了一种常规正电子湮没寿命谱的示意图，如图2所示，该谱图在横轴以一维形式统计从通道1(channel1)测得的正电子湮没寿命，在纵轴表示归一化(normalized n)的不同寿命值计数。此时，正电子湮没寿命谱f(t)可以通过如下公式(1)表示：
[0065][0066]
其中，l(t)为理想正电子湮没寿命谱函数，r(t)为系统时间分辨率，b为背底。
[0067]
进一步的，理想正电子寿命谱函数l(t)为多指数函数的叠加，可以通过如下公式(2)表示：
[0068][0069]
其中，n为待测样品中正电子湮没的寿命成分数，n0为正电子寿命谱的总强度，ii为第i个寿命成分的相对强度，τi为第i个寿命成分的寿命值。
[0070]
从上述内容可以看出，背底b也是影响常规正电子湮没寿命谱测量精度的重要因素。
[0071]
本公开实施方式中提供了一种二维正电子湮没寿命谱测量方法，该方法获得放射源衰变产生起始伽马光子的起始时间，并在待测样品相对的两侧分别获得正电子湮没时反向产生两个湮没伽马光子的第一停止时间、第二停止时间，进而获得第一寿命值、第二寿命值；再通过对符合预设记录条件的第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，能够有效排除大量背底计数，进一步提高谱图的峰谷比，且充分利用湮没伽马光子信息，进一步提高时间分辨率，有效提高了谱图测量精度。
[0072]
下面将结合附图对本公开实施方式进行详细说明。
[0073]
图3示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量方法的流程示意图。该方法应用于二维正电子湮没寿命谱测量系统，该系统可集成在电子设备上，比如笔记本、台式电脑等。该方法包括如下步骤310～步骤350。
[0074]
步骤310、探测放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置。
[0075]
其中，正电子湮没寿命谱的测量通常基于放射性同位素的β
+
衰变产生正电子，测量中常采用
22
na作为放射源，可释放动能在0～0.545mev的正电子。在放射源衰变产生正电子时会级联产生起始伽马光子，因而可以将起始伽马光子的产生时间作为放射源衰变产生正电子的起始时间。由于放射源衰变释放的起始伽马光子具有特定能量，如
22
na在释放正电子时级联产生1.28mev的起始伽马光子，因此，可以根据该特定能量设置对应的能量阈值，
将探测到的第一能量信号达到该能量阈值的发生时间作为正电子的产生时间获得起始时间，作为该正电子湮没寿命统计的起点。
[0076]
步骤320、探测待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，并探测待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，第二能量信号、第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，第一侧与第二侧相对。
[0077]
其中，正电子在待测样品中发生湮没时通常会反向产生两个特定能量的湮没伽马光子。因此，可以在待测样品的第一侧、第二侧分别探测第二能量信号、第三能量信号，其中，第一侧、第二侧为待测样品相对的两侧，第二能量信号、第三能量信号的能量阈值又根据湮没伽马光子的能量设置，从而将探测到的第二能量信号达到该能量阈值的发生时间作为一个湮没伽马光子的产生时间，获得第一停止时间；将探测到的第三能量信号达到该能量阈值的发生时间作为另一个湮没伽马光子的产生时间，获得第二停止时间，作为该正电子湮没寿命统计的终点。
[0078]
步骤330、在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算获得第一寿命值。
[0079]
其中，正电子的湮没寿命为放射源衰变释放正电子到正电子发生湮没的时间差，而湮没事例的起始以起始伽马光子的产生标识，停止以湮没伽马光子的产生标识，从而起始时间到第一停止时间的时间差可以标识正电子的湮没寿命，本公开中可以通过计算起始时间与第一停止时间的时间差获得正电子的第一寿命值。
[0080]
本公开实施方式中，在获得起始时间后，可以在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间、第一停止时间计算第一寿命值。第一记录条件用于对第一停止时间进行筛选，以减少其他信号干扰造成错误事例的引入，第一记录条件可以根据正电子的湮没寿命范围进行设置，也可以根据测量仪器已知的误差范围进行设置。而在第一停止时间不符合第一记录条件时，可以直接进入下一湮没事例的计数，也可以对本次起始时间、第一停止时间等数据进行标记或遗弃处理。
[0081]
步骤340、在第二停止时间符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算获得第二寿命值。
[0082]
其中，第二停止时间、第二记录条件以及第二寿命值的计算可对应参照前述步骤330中第一停止时间、第一记录条件以及第一寿命值的计算，为避免重复，在此不再赘述。
[0083]
由于正电子湮没通常情况下反向同时释放两个湮没伽马光子，因此，本公开实施方式中对两个湮没伽马光子分别进行了探测，从而对同一湮没事例可以获得第一寿命值、第二寿命值两个寿命值。在测量过程中，每一寿命值的计算需要分别符合第一记录条件、第二记录条件，从而能够更充分地利用湮没伽马光子信息。
[0084]
步骤350、在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，对第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱。
[0085]
其中，本公开在步骤310～340中分别对湮没事例的第一寿命值、第二寿命值进行采集，并在第一寿命值、第二寿命值均获得计数的情况下才进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱。而在第一寿命值、第二寿命值任一未获得的情况下，可以认为对应第一停止时间、第二停止时间不符合其记录条件，则湮没事例的计数可能有误，因此不对该湮没事例进行统计，从而能够在获得的二维正电子湮没寿命谱中排除大量背底计数，进一步提高谱图
的峰谷比，保证测量精度。
[0086]
在本公开的一方法实施方式中，第一记录条件包括起始时间、第一停止时间在第一预设时间窗内获得。
[0087]
其中，由于正电子的湮没寿命通常在一定范围内分布，因此本公开实施方式中，在第一记录条件中设置第一预设时间窗，而第一预设时间窗用于判断采集起始时间、第一停止时间的采集时间是否在湮没寿命的统计范围内，以排除错误事例。可选地，可以是在获得起始时间时开始计时，在第一预设时间窗内获得第一停止时间的情况下，确定第一停止时间符合第一记录条件；也可以是连续采集起始时间、第一停止时间，并在起始时间、第一停止时间的采集时间间隔小于第一时间窗的情况下，确定第一停止时间符合第一记录条件，本公开对此不作具体限制。
[0088]
在本公开的一方法实施方式中，第一预设时间窗为100纳秒。
[0089]
其中，第一预设时间窗可以设置为100纳秒，即在获得起始时间时开始计时，并判断在计时累计100纳秒前是否获得第一停止时间；或者连续采集起始时间、第一停止时间，并判断起始时间、第一停止时间的采集时间间隔是否小于或等于100纳秒。本公开中100纳秒仅用于示例，本领域技术人员可以根据实际测量条件、应用需求调整第一预设时间窗的范围，本公开对此不作具体限制。
[0090]
在本公开的一方法实施方式中，第二记录条件包括起始时间、第二停止时间在第二预设时间窗内获得。
[0091]
本公开实施方式中，第二记录条件、第二预设时间窗可对应参照前述第一记录条件、第一预设时间窗的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
[0092]
在本公开的一方法实施方式中，第二预设时间窗为100纳秒。
[0093]
本公开实施方式中，第二预设时间窗可对应参照前述第一预设时间窗的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
[0094]
图4示例了本公开实施方式中一种统计二维正电子湮没寿命谱的流程示意图。在本公开的一实施方式中，如图4所示，步骤340具体包括如下步骤441～442。
[0095]
步骤441、在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，以第一寿命值为横轴、第二寿命值为纵轴进行二维统计。
[0096]
其中，在第一寿命值、第二寿命值均有计数的情况下，可以认为第一寿命值、第二寿命值对应同一湮没事例，此时，可以以第一寿命值为横轴，第二寿命值为纵轴进行二维统计。由于正电子湮没时通常同时反向产生两个湮没伽马光子，因此，同一湮没事例的第一寿命值、第二寿命值在二维统计中通常集中分布在斜率为1的区域内，从而通过二维统计，可以进一步对已记录的第一寿命值、第二寿命值进行筛选，获得有效湮没事例的计数。
[0097]
步骤442、在第一寿命值、第二寿命值的差值小于预设时间差的情况下，根据第一寿命值、第二寿命值获得二维正电子湮没寿命谱。
[0098]
在本公开实施方式中，还可以对二维统计的第一寿命值、第二寿命值根据差值进行进一步筛选，以排除偶然被记录的背底计数。在正电子湮没寿命的一维统计中，由于对每一湮没事例仅统计一个湮没伽马光子对应的寿命值，因此，对偶然情况下发生的起始伽马光子、湮没伽马光子符合无法排除，导致计数中包括不同湮没事例的起始伽马光子、湮没伽马光子在偶然情况下通过符合判选被计数。而在本公开中，对每一湮没事例分别统计了两
个湮没伽马光子对应的第一寿命值、第二寿命值，由于第一寿命值、第二寿命值理论上应该相同，在实际测量中应该相差在一定范围内。因此，基于同一正电子第一寿命值、第二寿命值的差值是否小于预设时间差进行筛选，可以进一步排除谱图中的偶然性背底，从而进一步提升峰谷比，保证谱图测量的精度。
[0099]
其中，预设时间差可以根据测量对象、测量条件、测量结果、测量需求等进行调整，如在实际测量中根据待测样品的种类、状态，测量系统的精度，第一寿命值、第二寿命值在二维统计中斜率为1的区域内的分布情况等可以选择不同的预设时间差。
[0100]
图5示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱的示意图，在测量中通过通道a(channel a)获得第一寿命值，通过通道b(channel b)获得第二寿命值，则以第一寿命值为横轴，以第二寿命值为纵轴，以不同颜色表示不同大小寿命值的计数(counts)进行二维统计，如图5所示。可以看出，第一寿命值、第二寿命值在二维统计中斜率为1的直线方向上存在集中分布的现象，因此，通过横轴、纵轴上斜率为1的直线可以划分出第一寿命值、第二寿命值集中分布的区域，排除分散的、偶然性的背底计数。
[0101]
其中，以区域510为例，预设时间差在横轴、纵轴上表现为区域510边界的截距，以横轴、纵轴的道宽为10皮秒，预设时间差为500皮秒为例，区域510两道边界在横轴、纵轴的截距为50道，从而在区域510中仅包括第一寿命值、第二寿命值间的差值小于500皮秒的计数。
[0102]
在本公开实施方式中，500皮秒仅用于示例，本领域技术人员可以适应性选择实际测量中的预设时间差，如可以在测量前根据待测样品的种类、性质，测量系统的精度等确定预设时间差，也可以在测量获得第一寿命值、第二寿命值后，根据第一寿命值、第二寿命值在二维统计中的分布情况，测量数据的数据量、精度需求等确定预设时间差，本公开在此不作具体限制。
[0103]
在本公开的一方法实施方式中，第一停止时间对应第一时间分辨率，第二停止时间对应第二时间分辨率，第一时间分辨率与第二时间分辨率的比值小于
[0104]
其中，第一时间分辨率与第二时间分辨率的比值包括第一时间分辨率比第二时间分辨率的第一比值，以及第二时间分辨率比第一时间分辨率的第二比值。在本公开实施方式中，第一比值小于且第二比值小于
[0105]
时间分辨率(time resolution,tr)是衡量测量过程中在时间维度上分辨不同事件能力的指标，也是影响正电子湮没寿命谱测量精度的重要因素之一，在测量中湮没寿命的观测值可以以如下公式(3)表示：
[0106]
t＝τ+δ＝τ+δ
start
+δ
stop (3)
[0107]
其中，t为测量湮没寿命值，τ为理想湮没寿命值，δ为系统时间分辨率引起的寿命值偏差，δ
start
为起始时间分辨率引起的起始时间偏差，δ
stop
为停止时间分辨率引起的停止时间偏差。
[0108]
在此基础上，系统时间分辨率tr由起始时间分辨率tr
start
和停止时间分辨分辨率tr
stop
组成。时间分辨函数可以看作单高斯函数，则系统时间分辨函数可以以如下公式(4)表示：
[0109][0110]
起始时间分辨函数可以以如下公式(5)表示：
[0111][0112]
停止时间分辨函数可以以如下公式(6)表示：
[0113][0114]
其中，σ为系统时间分辨函数的标准差，σ
start
为起始时间分辨函数的标准差，σ
stop
为停止时间分辨函数的标准差。则系统的时间分辨率为tr＝2.355σ、起始时间分辨率tr
start
＝2.355σ
start
、停止时间分辨率分别tr
stop
＝2.3556
stop
，且系统时间分辨率满足因此，正电子湮没的寿命成分可由正电子湮没寿命谱f(t)反卷积系统时间分辨函数r(t)得到。
[0115]
在本公开实施方式中，分别采集第一寿命值t1、第二寿命值t2进行二维统计获得二维正电子湮没寿命谱。在理想情况下，测量中不存在时间分辨率，则二维正电子湮没寿命谱中第一寿命值、第二寿命值全部分布在直线t2＝t1上；而在存在时间分辨率的情况下，第一寿命值可以以如下公式(7)表示：
[0116]
t1＝τ+δ1＝τ+δ
start
+δ
stop1
ꢀꢀ
(7)
[0117]
第二寿命值可以以如下公式(8)表示：
[0118]
t2＝τ+δ2＝τ+δ
start
+δ
stop2
ꢀꢀ
(8)
[0119]
在此基础上，正电子的湮没寿命τ可以以如下公式(9)表示：
[0120][0121]
其中，δ
stop1
是第一停止时间对应的第一时间分辨率tr
stop1
引起的寿命偏差，δ
stop2
是第二停止时间对应的第二时间分辨率tr
stop2
引起的寿命偏差，δ
start
为起始时间分辨tr
start
引起的寿命偏差。δ
start
、δ
stop1
和δ
stop2
满足高斯分布，则测量第一寿命值的通道对应的时间分辨率可以以如下公式(10)表示：
[0122][0123]
测量第二寿命值的通道对应的的时间分辨率可以以如下公式(11)表示：
[0124][0125]
图6示例了本公开实施方式中湮没寿命对角化处理的示意图，如图6所示，在二维正电子湮没寿命谱中，由于时间分辨率的影响，湮没寿命τ在椭圆区域610中分布。对椭圆区域610中的湮没寿命τ进行对角化处理，即将作为湮没寿命的测量值，其偏差为
则二维正电子湮没寿命谱的时间分辨率tr可以以如下公式(12)表示：
[0126][0127]
在此基础上，使得tr《tr1，且tr《tr2成立，则有如下公式(13)：
[0128]
且
[0129]
如公式(13)所示，在第一时间分辨率tr
stop1
与第二时间分辨率tr
stop2
的比值小于的情况下，二维正电子湮没寿命谱的时间分辨率tr既小于测量第一寿命值的通道对应的时间分辨率tr1，也小于测量第二寿命值的通道对应的时间分辨率tr2，使得二维正电子湮没寿命谱的测量精度在任一单通道的正电子湮没寿命谱的基础上得到了进一步提升。
[0130]
本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量方法，探测了放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，以及待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，其中，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置，而第二能量信号以及第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，且第一侧与第二侧相对；在第一停止时间的获取符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算第一寿命值，在第二停止时间的获取符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算第二寿命值；再对第一寿命值与第二寿命值进行二维统计，从而获得正电子在待测样品中湮没的二维正电子湮没寿命谱。
[0131]
本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量方法，在测量过程中分别探测一次湮没事例产生的两个湮没伽马光子，获得各自的第一停止时间、第二停止时间，再根据第一停止时间、第二停止时间对该湮没事例的寿命进行二维统计，能够有效排除测量中的背底计数，减少偶然引入错误事例，进一步提高峰谷比；而且，能够提高对湮没伽马光子信息的利用率，从而提升测量的时间分辨率。该方法在提高峰谷比和时间分辨率的基础上，有效提高了对正电子湮没寿命的测量精度。
[0132]
下述为本公开系统实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置系统例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。
[0133]
图7示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量系统700的结构示意图之一，如图7示，该系统可以包括：
[0134]
起始时间记录模块710，用于探测放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置。
[0135]
第一停止时间记录模块720，用于探测待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，第二能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置。
[0136]
第二停止时间记录模块730，用于探测待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，第一侧与第二侧相对。
[0137]
寿命值计算模块740，用于在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算获得第一寿命值。
[0138]
寿命值计算模块740，还用于在第二停止时间符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算获得第二寿命值。
[0139]
二维寿命谱统计模块750，用于在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，对第一寿命值、第二寿命值进行二维统计，获得二维正电子湮没寿命谱。
[0140]
本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量系统，探测了放射源衰变产生第一能量信号的起始时间，待测样品的第一侧产生第二能量信号的第一停止时间，以及待测样品的第二侧产生第三能量信号的第二停止时间，其中，第一能量信号的能量阈值根据放射源衰变产生的起始伽马光子的能量设置，而第二能量信号以及第三能量信号的能量阈值根据正电子湮没产生的湮没伽马光子的能量设置，且第一侧与第二侧相对；在第一停止时间的获取符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算第一寿命值，在第二停止时间的获取符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算第二寿命值；再对第一寿命值与第二寿命值进行二维统计，从而获得正电子在待测样品中湮没的二维正电子湮没寿命谱。
[0141]
本公开提供的二维正电子湮没寿命谱测量系统，在测量过程中分别探测一次湮没事例产生的两个湮没伽马光子，获得各自的第一停止时间、第二停止时间，再根据第一停止时间、第二停止时间对该湮没事例的寿命进行二维统计，能够有效排除测量中的背底计数，减少偶然引入错误事例，进一步提高峰谷比；而且，能够提高对湮没伽马光子信息的利用率，从而提升测量的时间分辨率。该系统在提高峰谷比和时间分辨率的基础上，有效提高了对正电子湮没寿命的测量精度。
[0142]
图8示例了本公开实施方式中一种二维正电子湮没寿命谱测量系统800的结构示意图之二，如图8所示，该系统可以包括起始时间记录模块810、第一停止时间记录模块820、第二停止时间记录模块830、寿命值计算模块840和二维寿命谱统计模块850；
[0143]
在本公开的一系统实施方式中，第一停止时间记录模块820，包括：
[0144]
第一停止探测器821，用于探测待测样品第一侧的第二能量信号；
[0145]
第一时间提取单元822，用于在第二能量信号达到0.511mev的情况下，提取第二能量信号的发生时间获得第一停止时间。
[0146]
在本公开的一系统实施方式中，第二停止时间记录模块830，包括：
[0147]
第二停止探测器831，用于探测待测样品第二侧的第三能量信号；
[0148]
第二时间提取单元832，用于在第三能量信号达到0.511mev的情况下，提取第三能量信号的发生时间获得第二停止时间。
[0149]
其中，第一停止探测器821、第二停止探测器831设置在待测样品相对的两侧，如可以在待测样品的两侧呈180
°
角反向排列，以分别探测待测样品中正电子湮没后反向同时产生的两个湮没伽马光子。
[0150]
在本公开的一系统实施方式中，第一停止时间记录模块820对应第一时间分辨率，第二停止时间记录模块830对应第二时间分辨率，第一时间分辨率与第二时间分辨率的比值小于√3。
[0151]
在本公开的一系统实施方式中，二维寿命谱统计模块850，包括：
[0152]
寿命值统计单元851，用于在获得第一寿命值、第二寿命值的情况下，以第一寿命值为横轴、第二寿命值为纵轴进行二维统计；
[0153]
寿命值提取单元852，用于在第一寿命值、第二寿命值的差值小于预设时间差的情况下，根据第一寿命值、第二寿命值获得二维正电子湮没寿命谱。
[0154]
在本公开的一系统实施方式中，第一记录条件包括起始时间、第一停止时间在第一预设时间窗内获得。
[0155]
在本公开的一系统实施方式中，第二记录条件包括起始时间、第二停止时间在第二预设时间窗内获得。
[0156]
在本公开的一系统实施方式中，起始时间记录模块810，包括：
[0157]
起始探测器811，用于探测放射源的第一能量信号；
[0158]
第三时间提取单元812，用于在第一能量信号达到1.28mev的情况下，提取第一能量信号的发生时间获得起始时间。
[0159]
在本公开的一系统实施方式中，寿命值计算模块840，包括：
[0160]
第一时间差计算单元841，用于在第一停止时间符合第一记录条件的情况下，根据起始时间与第一停止时间计算获得第一寿命值；
[0161]
第二时间差计算单元842，用于在第二停止时间符合第二记录条件的情况下，根据起始时间与第二停止时间计算获得第二寿命值。
[0162]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0163]
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
[0164]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0165]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
[0166]
所属技术领域的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
[0167]
下面参照图9来描述根据本公开的这种实施方式的电子设备900。图9显示的电子设备900仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0168]
如图9所示，电子设备900以通用计算设备的形式表现。电子设备900的组件可以包
括但不限于：上述至少一个处理单元910、上述至少一个存储单元920、连接不同系统组件(包括存储单元920和处理单元910)的总线930。
[0169]
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元910执行，使得处理单元910执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。
[0170]
存储单元920可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)9201和/或高速缓存存储单元9202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)9203。
[0171]
存储单元920还可以包括具有一组(至少一个)程序模块9205的程序/实用工具9204，这样的程序模块9205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0172]
总线930可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
[0173]
电子设备900也可以与一个或多个外部设备900(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备900交互的设备通信，和/或与使得该电子设备900能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过显示单元940和与显示单元940连接的输入/输出(i/o)接口950进行。并且，电子设备900还可以通过网络适配器960与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器960通过总线930与电子设备900的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0174]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0175]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。
[0176]
在本公开的实施方式中，还提供了用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0177]
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导
体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0178]
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0179]
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0180]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0181]
此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
[0182]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。