一种宇宙线地质层析成像系统

本公开涉及地质勘查领域，特别是涉及一种宇宙线地质层析成像系统。

背景技术：

1、宇宙线缪子(以下简称缪子)是原初宇宙线与海拔30千米及以上的大气物质相互作用产生的，其能量可以延伸到tev及以上。高能缪子在物质中穿透性强，其径迹可近似为直线。当其穿过物质时，主要是通过电离能损来损失能量，而该能损与不同物质密度有较强的关联性，因而天然地适用于地质层析成像。

2、缪子成像技术具有以下优势：由于高能缪子的穿透性强，因此灵敏探测区域埋深深，可深至1千米及以上；由于测量结果不依赖于被探测物体周围物体的性质，而主要依赖于被探测物体的密度这一单一性质，因此抗干扰能力强；此外，缪子是天然存在的免费的粒子源，且无需对其做专门的辐射防护，降低了成本。

3、在缪子穿过被探测物体过程中，缪子流强衰减与其在物体中的径迹长度和沿该径迹的物质密度有关。因此通过测量缪子流强，并根据物质轮廓计算径迹长度，就可以推算出物质密度。

4、相关技术中的基于缪子的探测装置具有以下缺点：探测效率和方向分辨率不均匀，即依赖于缪子入射方向。这导致测量的某方向的流强不能直接反映该方向的地质体内部密度，需做探测效率和方向分辨率的修正；只针对一个或几个特定的方向范围进行探测，难以大范围、同时地对地质体内部进行探测，探测范围较小；无法测量能量或测量能量的方法不完备，背景噪音(以下简称本底)影响较大，容易造成虚假信号；存在靶物质固体与光电倍增管(pmt，photomultiplier)的光耦合的问题；非闪烁体类缪子成像装置的工作高压较高，不适于在潮湿等恶劣环境下长时间运行的问题。此外，因为缪子成像装置抗颠簸性不佳，因此不方便进行运输。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开实施例提供了一种宇宙线地质层析成像系统，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

2、本公开实施例提供了一种宇宙线地质层析成像系统，所述系统包括球形全液闪4π立体角探测装置；

3、所述球形全液闪4π立体角探测装置包括：球形容器、液体闪烁体和向内朝向的光电倍增管；

4、所述球形容器的内壁与所述光电倍增管相连，所述球形容器内部充满所述液体闪烁体，所述液体闪烁体为所述球形全液闪4π立体角探测装置的靶物质。

5、可选地，所述光电倍增管包括多个；

6、所述多个光电倍增管靠近内侧的点的集合所确定的球面，以及所述球面内部所占据的体积，为有效靶体积；

7、所述有效靶体积中包括的靶物体的质量为有效靶质量。

8、可选地，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括遮挡装置；

9、所述遮挡装置设置于所述有效靶体积附近；

10、所述遮挡装置用于阻拦产生于所述有效靶体积外部的光学光子到达所述光电倍增管，并允许产生于所述有效靶体积内部的光学光子到达所述光电倍增管。

11、可选地，所述遮挡装置为开孔的黑布；

12、所述黑布上的开孔用于使产生于所述有效靶体积的内部的光学光子到达所述光电倍增管。

13、可选地，所述系统还包括反符合探测器；

14、所述反符合探测器设置于所述球形全液闪4π立体角探测装置的上方，用于以反符合的方式屏蔽未穿过地质体的缪子。

15、可选地，所述反符合探测器为阻性板室和/或塑料闪烁体探测器。

16、可选地，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括光电倍增管支架；

17、所述光电倍增管通过所述光电倍增管支架连接在所述球形容器的内壁。

18、可选地，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括导管；

19、所述球形容器的壁上存在至少一个开孔；

20、所述球形容器内部通过所述开孔和所述导管，与外部连接。

21、可选地，所述系统还包括移动装置；

22、所述移动装置包括固定装置和交通运输工具，所述固定装置将所述球形全液闪4π立体角探测装置固定在所述交通运输工具上。

23、可选地，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括供电系统、电子学系统、数据传输系统和数据存储与分析系统。

24、可选地，所述系统用于放置于地质体外部或地质体内部，对地质体进行无损成像。

25、本公开实施例包括以下优点：

26、本公开实施例中，采用的是球形容器，且球形容器内部充满了液体闪烁体，液体闪烁体是球形全液闪4π立体角探测装置的靶物质，相比于使用固体作为靶物质，液体闪烁体更容易做成球形，从而具有均匀的探测效率和方向分辨率，无需对探测效率和方向分辨率进行修正的优点；且探测的方向范围可以同时覆盖4π立体角，探测范围大。球形全液闪4π立体角探测装置置能够测量带电粒子在靶物质中的沉积能量，能据此通过数据分析方法将本底(主要是环境的放射性本底和探测器自身的噪音)压低到可忽略的程度。因为球形容器内部充满了液体闪烁体，因此光电倍增管可直接浸泡在液体闪烁体内，避免了固体靶物质与光电倍增管的光耦合问题。此外，球形全液闪4π立体角探测装置中无需加入额外的漂移电场，因而工作高压较低，在1500v左右，适于在潮湿等恶劣环境下长时间运行。

技术特征：

1.一种宇宙线地质层析成像系统，其特征在于，所述系统包括球形全液闪4π立体角探测装置；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电倍增管包括多个；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括遮挡装置；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述遮挡装置为开孔的黑布；

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反符合探测器；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反符合探测器为阻性板室和/或塑料闪烁体探测器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括光电倍增管支架；

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括导管；

9.根据权利要求1-8任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括移动装置；

10.根据权利要求1-8任一所述的系统，其特征在于，所述球形全液闪4π立体角探测装置还包括：供电系统、电子学系统、数据传输系统和数据存储与分析系统。

11.根据权利要求1-8任一所述的系统，其特征在于，所述系统用于放置于地质体外部或地质体内部，对地质体进行无损成像。

技术总结
本公开提供了一种宇宙线地质层析成像系统，涉及地质勘查领域。所述系统包括球形全液闪4π立体角探测装置；所述球形全液闪4π立体角探测装置包括：球形容器、液体闪烁体和向内朝向的光电倍增管；所述球形容器的内壁与所述光电倍增管相连，所述球形容器内部充满所述液体闪烁体，所述液体闪烁体为所述球形全液闪4π立体角探测装置的靶物质。

技术研发人员：陈少敏,张彬,王喆
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14