像素化的伽马检测器的制作方法

使用由美国能源部，国家能源技术实验室在协定no.de-fe0024293下提供的政府支持做出。

背景技术：

用于检查钻井外壳的完整性的仪器能够使用伽马射线源和伽马检测器。在一些实现中，来自x-射线或伽马射线源的辐射能够从外壳被反射来确定外壳密度、焊接质量、气孔等。常规仪器能够包含含有伽马射线源的探测体进而由预确定的长度分离的伽马射线检测器。当辐射从源到钻井的壁构造中经过时，所收集的数据能够表示检测器处所见的响应。一些辐射将会丢失，而一些将被散射并且反射回向检测器，此反射的辐射在确定构造的性质中是有益的。

附图说明

图1示意地描绘根据实施例，像素化的伽马检测器的横截面视图；

图2示意地描绘根据实施例，被包围的闪烁体柱组件的横截面视图；

图3图形上描绘根据实施例，像素化的伽马检测器的性能；以及

图4描绘根据实施例，结合图1的像素化的伽马检测器的检查系统。

具体实施方式

实施的装置和方法提供使用最小数量的光电传感器（例如，光倍增器管（pmt）、固态光倍增器）的分段检测器元件。实施的检测器元件用最小数量的光电传感器提供对于大量像素的辐射检测，而维持高的信号与背景噪声比率。实施的检测器包含具有多个孔的准直器来从脱离钻井外壳的反向散射的伽马射线得到角度和空间分辨率。检测器包含用于记录辐射检测事件的多个像素。

实施的检测器被期望用在具有高达200℃的高温的环境中，因此，不能够使用直接转换半导体检测器。实施的检测器是基于给高温光电传感器提供检测的辐射事件信号的闪烁体晶体，其能够在这些高温操作。

由于钻井和/或井内侧的有限空间，用pmt实现的常规检测器不可能读出单独的检测器闪烁体像素。商业上可用的高温pmt仅具有用于读出的单个通道。根据实施例的检测器能够提供使用两个pmt的多个像素读出。常规方法具有耦合到每个闪烁体像素自身的单独pmt的每个闪烁体像素以及专用的读出电子设备。因为高温pmt较大并且占空间，具有实现常规方法的带有高粒度（多个pmt）的检测器是不切实际的。实施的检测器仅使用两个pmt来达到高粒度和多个检测像素，因此，提供适合于高温应用的、实际的下向打孔检测器。

根据实施例，光透明隔离物以及闪烁体的堆叠被组装来形成检测器杆。实施的检测器杆的对立末端被耦合到相应的单通道pmt。对于每个事件，来自两个相应的pmt的信号振幅的比率能够被用于识别捕捉辐射检测事件的检测器杆内的独特闪烁体像素。实施的检测器能够具有更低成本、对背景噪声不那么敏感并且具有比常规闪烁杆更好的空间分辨率。

闪烁体辐射检测器需要用于将辐射量子转换成闪烁光的闪烁体材料以及用于检测闪烁光并将它转换成电信号的光电传感器。在基础、常规的配置中，一个闪烁体能够被光耦合到一个光电传感器。辐射量子的类型、能量和检测时间是从此基础配置可用的仅有信息。然而，此配置不能够提供关于量子检测事件的定位的空间信息，除非它在闪烁体的敏感容量内发生。

很多应用（例如，医疗核扫描仪、高能物理学和/或天体物理学研究仪器）需要比检测器的大小更好的空间分辨率。为了获得具有可靠的精确度（δx）的空间和位置分辨率，一个闪烁体到一个光电传感器的简单配置能够按需要被被复制多次来覆盖预确定的辐射视野。在此实现中，各个闪烁体单元（像素）具有大约δx的大小（空间分辨率）。此常规方法具有每闪烁体像素需要一个光电传感器装置和它关联的读出电子通道的开销确定，这对于大视野应用变得极具成本和性能挑战性。此外，对于高空间分辨率应用，可能需要数百或数千的像素（连同对应的光电传感器和读出电子设备）。

为了降低此开销，常规闪烁体辐射检测器有时基于被耦合到一个位置敏感光电传感器的多个像素化的闪烁体，以降低光电传感器和电子通道的数量。通过在像素之间使用受控光共享技术，辐射闪烁事件的位置能够被解码成预确定的空间分辨率δx。

降低闪烁体到光电传感器的开销的另一常规方法是使用单片闪烁体，其与两个或更多光电传感器光耦合。在此方法中，能够通过用位置重构算法（例如，重心计算）处理来自光电传感器的信息来对闪烁事件的位置解码。作为对于此方法的示例，长闪烁体晶体能够与位于晶体末端的两个光电传感器光耦合。使用从第一光电传感器（topphs）和第二光电传感器（bottomphs）接收的信号的简单算法能够计算沿检测器杆的长轴的辐射闪烁事件的相对位置x（例如，x=（topphs-bottomphs）/（topphs+bottomphs））。

为了确定检测器上的辐射入射的方向，一些常规检测器添加额外的准直结构来使入射辐射通量成形。这些准直器结构能够由辐射吸收剂/遮蔽材料（例如，钨、铅等）制成。使通道、孔暴露于视野中的辐射以允许从闪烁事件的测量的位置冲击检测器的辐射的方向的确定。常规准直器（通常被用在核医药单光子放射计算的x线断层摄影术（spect）系统中）包含平行孔准直器、针孔准直器（其能够产生对感兴趣的小物体的放大的图像），以及会聚准直器（其也能够放大物体）。

准直器能够被用于像素化的以及单片的闪烁体检测器。在具有准直器的常规检测器系统中，闪烁体材料的整个容量对穿透准直器隔板的辐射量子是敏感的。同样地，辐射能够在由准直器吸收器屏蔽的视野外侧的角度到达闪烁体材料。到达闪烁体的这些外来信号表示测量中的背景噪声源。此外，某些反向散射的系统利用高活动性辐射源，其中准直器和源遮蔽可能遭受从预确定的视野的外侧的源定位或不必要的方向抵达的辐射光子的显著穿透力。

根据实施例，提供了像素化的伽马检测器，其中像素的数量大于光电传感器的数量。实施的检测器能够在应用中被使用，其中设计要求确定准直器几何结构将辐射仅投射到闪烁体容量的一小部分上，同时满足所需要的空间分辨率δx。

实施的检测器具有通过降低暴露于背景辐射光子的检测器的那些部分的敏感性来在反向散射系统应用中使用高活动性辐射源的优点。这保持了测量信号/噪声比率并且将计数率降低到低于系统处理带宽。根据实施例，用辐射敏感的材料来取代视野外侧的闪烁体的区，这能够仍允许闪烁体光传送到光电传感器以用于位置重构和能量测量。

图1示意地描绘根据实施例，像素化的伽马检测器100的截面视图。像素化的伽马检测器100包含准直器110，其具有大致平行的纵向壁（未示出），所述纵向壁由大致平行的准直器隔板114分离，其中两个准直器隔板定义两个隔板和纵向壁之间的相应的准直器通道118。闪烁体晶体120邻接准直器通道放置—即，不在准直器隔板的阴影中。闪烁体晶体能够由碘化钠：铊（nal：tl）、氧正硅酸镥钇（lyso）或者其它辐射响应晶体制成。为了此讨论的目的，箭头a描绘像素化的伽马检测器上的反向散射辐射入射的方向。

光透明元件125与闪烁体晶体交替并且位于由准直器隔板投阴影的区中。这些光透明元件不在入射辐射下放射闪烁体光。因此，不像用常规检测器那样，在准直器隔板阴影区中检测不到不必要的背景辐射，因为光透明元件125对穿透准直器隔板的辐射量子不敏感。光透明元件能够由对于辐射下的闪烁体呈惰性的材料（例如，玻璃、丙烯酸、光环氧树脂等）制成。根据实施例，光透明元件125中的相应的一些能够具有不同的定向光反射率性质来控制闪烁体柱组件140内的光分布。

图1描绘具有十个闪烁体像素的检测器堆叠的像素化的伽马检测器。应容易理解，实施的像素化的伽马检测器能够具有更少或更多闪烁体像素。

因为闪烁体柱组件140是光透明的，所以由闪烁体晶体120生成的闪烁体光能够通过柱组件传播到光电传感器150、155。光电传感器被连接到在柱的对立末端的闪烁体柱组件140。光电传感器将可见光子（lightphoton）从闪烁体柱组件转换成电脉冲。电脉冲的定时和振幅能够被处理成给出关于如以上描述的闪烁体中沉积的能量以及辐射交互的位置（例如，相对位置x）的信息。

图2示意地描绘根据实施例，被包围的闪烁体柱组件144的横截面视图。被包围的闪烁体柱组件144包含包围在光透明外壳160中的闪烁体柱组件140（如以上公开的通过交替闪烁体晶体120与光透明元件125来形成）。根据实施例，光透明外壳160能够由沿邻接边缘熔合的纯石英来形成以包围光柱组件140。然而，不同光应用中用作光导的其它光透明材料能够被替换来封装闪烁体柱组件140（例如，玻璃、光透明环氧树脂、光学液体、空气或其它气体等）。根据实施例，闪烁体柱组件和光透明外壳的内表面之间的任何间隙能够充满光环氧树脂。

图3通过图表描绘根据实施例，像素化的伽马检测器100的性能。图表图示计数率（垂直轴）对沿检测器杆的重构的相对位置x（水平轴）。使用实施的像素化检测器的概念证明来进行测量。所描绘的数据针对笔形线束（模拟反向散射辐射），其被放置成照亮十个像素的堆叠中的第五像素。注意，因为此概念证明原型中的闪烁体晶体是由含有放射性同位素¹⁷⁶镥的lyso形成的，所以在信号中存在九个小峰值。由于lyso的自背景特性，这九个小峰值是来自其它九个像素。由不含自背景的其它材料（例如，na：tl、铋锗氧化物（bgo）、焦硅酸钆（gps）等）的闪烁体晶体的实现将不具有这些小峰值。

根据实施例，像素化的伽马检测器能够由包围在光透明介质中的像素化闪烁体形成，其中活动像素与准直器通道对齐，并且由与准直器通道隔板对齐的光透明材料分离。由每个光电传感器检测来自每个像素的光并且能够按量或抵达时间检测活动像素。

图4描绘根据实施例，结合像素化的伽马检测器100的检查系统400。检查系统400能够被应用于获得检查信息和/或物体的内部中的缺陷的检测；具体是当物体的完整性仅能够容易地从它的内部（例如，钻井、油井、流水线检查、导管、构建应用（例如建筑物和桥的结构元素）等）访问时。检查系统400能够在控制处理器405的控制下操作，控制处理器405经过电子通信网络409与钻井检查系统400的其它组件进行通信。

电子通信网络409能够是、能够包括下列各项或者能够是下列各项的一部分：内部数据总线、私有互联网协议（ip）网络、因特网、集成服务数字网（isdn）、帧中继连接、连接到电话线的调制解调器、公共交换电话网（pstn）、公共或私有数据网络、局域网（lan）、城域网（man）、广域网（wan）、有线或无线网络、本地、区或全球通信网络、企业内网、前述的任何组合和/或其它适合的通信手段。应认识到，本文公开的技术和系统不由网络409的种类限制。

被连接到控制处理器405的是存储器单元407。存储器单元能够包含随机存取存储器和/或只读存储器，并且能够由易失性和非易失性存储器形成。命令控制处理器405控制本文公开的方法和操作的可执行指令能够被存储在存储器单元407内。

检查系统400包含放射伽马射线或x射线416的辐射源410。辐射源410能够是放射伽马射线辐射的伽马射线源——包含但不限于放射性同位素钡、铈、线性加速器（linac）x射线源或其组合。在一些实现中，辐射源410能够包含用于放射伽马射线或x射线的远程辐射头端412。遮蔽418能够吸收来自辐射源410的直接辐射。遮蔽能够准直或者以别的方式限制来自源的辐射的放射。

[需要此部分吗这好像是前面几节的重复]如以上公开的，像素化的伽马检测器100能够包含带有大致平行的纵向壁的准直器110，其由大致平行的准直器隔板114分离，准直器隔板限定相应的准直器通道118。闪烁体晶体120邻接相应的准直器通道被放置。光透明元件125与闪烁体晶体交替并且位于由准直器隔板投阴影的区中。由闪烁体晶体120生成的闪烁光能够传播通过柱组件到光电传感器150、155，其被连接到在柱的对立末端的闪烁体柱组件140。

辐射源410、像素化的伽马检测器100以及遮蔽418被放在要被检查的物体（例如，钻井、流水线、导管等）内。遮蔽418能够被放置在辐射源和像素化的伽马检测器100之间。能够在物体内沿纵向路径平移这些组件以便检查更大区域。遮蔽能够吸收来自源的直接辐射，以及像素化的伽马检测器100从在检查下的物体接收入射反向散射辐射。

由光电传感器产生的脉冲（topphs和bottomphs）420、422在闪烁体柱组件140的每个末端由分离器425、427分成两个信号。来自每个分离器的一个分离信号输出被提供给门电路430。来自每个分离器的另一个分离信号输出被提供给读出电路440。

门电路能够包含鉴别器432（例如，引导边缘鉴别器），其检测接收的信号是否高于预确定的阈值级别。如果信号高于阈值级别，鉴别器将信号提供给定时一致性电路434，其被配置成拒绝来自pmt或电子噪声的假脉冲。门生成器436生成被提供给读出电路440的门信号438。

到读出电路440的输入信号由电荷敏感的模拟到数字转换器（adc）442独立地数字化，adc442具有用于topphs信号的输入通道以及用于bottomphs信号的输入通道。在adc的相应的输入通道的脉冲由门信号438被门控以拒绝假脉冲。由输出控制器447进行的来自光电传感器的数字化的信号444、445的比较实现检测器堆叠的两个末端之间的光共享的确定，这进而允许辐射事件的相对位置x的测量。

工作站450能够接收读出电路输出信号448，其表示物体的检查和/或一个或多个检测结果。工作站能够包含处理器452、存储器456以及显示部分454。工作站能够处理输出信号448以创建经受检查的物体的内部的完整性的图像数据。此图像数据能够采用由显示部分（其能够包含监测器、打印机或者两者）呈现的图形和/或列表式的表格。例如，当装置穿越纵向路径时（其中到达检测器的辐射不同于物体中缺陷的存在），能够通过分析接收的反向散射辐射来确定物体中的缺陷。

虽然本文已描述特定硬件和方法，但是注意，可根据本发明的实施例提供任何数量的其它配置。因此，虽然已示出、描述并且指出本发明的基本新颖特征，但是将理解，可由本领域技术人员对所说明的实施例的形式和细节上以及它们的操作上进行各种省略、替换以及改变而不脱离本发明的精神和范围。也全面预期和考虑从一个实施例到另一个实施例的元件的替换。本发明针对其中随附的权利要求以及其中记载的等价物来单独定义。