專利名稱：高能x射線工業(yè)ct電離型探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核技術(shù)應用領(lǐng)域，具體涉及一種x射線的探測器。
背景技術(shù)：
目前高能高精度X射線工業(yè)CT上所用的探測器通常采用閃爍體探測器， 這種探測器通常由光敏元件和閃爍體組成。光敏元件由半導體材料制成，通常 為用于CCD或CMOS型傳感的單晶硅、多晶硅或非晶硅。一個光敏元件具有 至少一個光敏二極管、光敏晶體管或光敏電阻。這些元件沉積在一基底上。但 由于光敏元件對波長很短的X射線不敏感，因此需要閃爍體把X射線轉(zhuǎn)化為波 長較長的可見光，再由光敏器件轉(zhuǎn)化為由相應電路采集的電信號。常用于高能 高精度工業(yè)CT探測器的閃爍體有CdW04、 BGO、 Csl、 LaCl3(Ce)、 PreludeTM420 等。如公開號為CN1742212A的中國發(fā)明專利公開說明書公開的一種X射線檢 測器，具有光敏器件和閃爍器元件，微透鏡布置在光敏器件和閃爍器元件之間，
比較明顯，如抗輻射能力差、探測器間串擾大、環(huán)境條件要求高、制備復雜 價格昂貴、電子學噪聲大、動態(tài)范圍受限制等，在實際應用中不得不采用復雜 技術(shù)來保證其工作環(huán)境。
現(xiàn)有技術(shù)中，也有一些電離型X射線探測器，如公開號CN1076546A的中 國發(fā)明專利公開說明書公開的一種氣體電離型高能X. Y輻射成像陣列探測裝 置，由安裝在一支架上的多個高氣壓陣列電離室單元組成，每個電離室單元包括 耐壓密封外殼、窗口、長條形板狀電極系統(tǒng)、電極系統(tǒng)支架以及充入其中的高
壓氣體，是依靠x、 y射線與高壓工作氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的次級電子所引 起的電離效應而輸出信號。其結(jié)構(gòu)特點在于模塊外殼是一個高壓氣密整體結(jié)構(gòu)，模塊內(nèi)部由電極片將有效空間分隔成相互平行且緊挨排列的條形電離室，構(gòu)成 以模塊內(nèi)部為單位的電離室陣列。由于電離室工作氣體壓于處于Ixl06 lxl07 帕斯卡范圍，因而模塊盒的室壁較厚。同時電離室氣壓P與條形電極長度d的 乘積大于2xl0"自斯卡.米，整個探測器的體積很大。探測器的體積限制了工業(yè) CT空間分辨率、掃描時間等關(guān)鍵指標的提高。因此，這種電離室探測器適用于 集裝箱、汽車、列車等大型物體的輻射成像檢測系統(tǒng)，而不適用于對空間分辨 率要求很的高能高精度工業(yè)CT系統(tǒng)。公開號CN1936498A的中國發(fā)明專利公
開說明書，公開了一種氣體電離型中低能x、 r射線探測器，包括管狀電離室，
含有作為高壓極的管狀電離室壁，作為收集極的中央金屬細管，管狀電離室的端 部有端蓋，端蓋處用金屬-陶瓷熔封絕緣子密封及引出信號，在管狀電離室內(nèi)部 充滿以惰性氣體為主要成分的工作氣體，管狀電離室的尾部采用允許中低能X、
r光子射入的金屬薄窗密封，該發(fā)明也使用氣體為輻射轉(zhuǎn)換體，對高能加速器 x射線探測效率較低，所以不適用于高能x射線#:測。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種高能X射線工業(yè)CT電 離型探測器，能克服閃爍體探測器缺點，適用于工業(yè)CT系統(tǒng)的高能X射線的 探測，且精度高。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，包括一 密封殼體，所迷密封殼體內(nèi)充有工作氣體，所述密封殼體內(nèi)設(shè)置多個電離室單 元，所述電離室單元為長條形，包括U形電離室壁和薄金屬片，所述薄金屬片 的X射線接收端通過絕緣片固定設(shè)置于U形電離室壁的開口端，所述薄金屬片 的另一端設(shè)置于電離室內(nèi)，并沿電離室的長度方向延伸；所述薄金屬片的厚度 小于等于0.3mm，所述薄金屬片由高密度高原子序數(shù)的金屬或這些金屬的合金 制成；所述U形電離室壁作為收集極與信號處理電路連接，薄金屬片作為輻射 轉(zhuǎn)換體和高壓陰極與高壓電源連接。進一步，所述薄金屬片由銅、鎢、鉭、鉬、鈮或它們中至少2種的合金制
成；
進一步，所述薄金屬片外表面包裹有易產(chǎn)生次級電子的材料的涂層； 進一步，所述易產(chǎn)生次級電子的材料為Csl、 GaAs、 InGaAs或多堿銻化物； 進一步，所述U形電離室壁由鋁、鐵、鎳、銅或它們中至少2種的合金制
成；
進一步，所述u形電離室壁和薄金屬片上設(shè)置有引腳，所述密封殼體包括 一絕緣底板，所述絕緣底板設(shè)置有收集極引腳孔和高壓極引腳孔，所述U形電 離室壁的引腳通過收集極引腳孔與信號處理電路連接，所述薄金屬片的引腳通
過高壓極引腳孔與高壓電源連接；
進一步，所述收集極引腳孔中設(shè)置有漏電保護裝置； 進一步，所述密封殼體內(nèi)工作氣體的氣壓為1 ~ 5 x io5帕斯卡； 進一步，所述的多個電離室單元并列設(shè)置，位于兩側(cè)的兩個電離室單元的 寬度等于位于中間的電離室單元的寬度減去密封殼體的側(cè)壁厚度。
本發(fā)明的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，采用高密度高原子序數(shù)的金 屬片作為射線轉(zhuǎn)換主體，大大提高了射線的轉(zhuǎn)換率，如長度10mm、厚度小于 0.3mm的鴒金屬片，對9MeV加速器產(chǎn)生的X射線其轉(zhuǎn)換效率大于60%,由于 射線的轉(zhuǎn)換效率高，相對于傳統(tǒng)以氣體為射線轉(zhuǎn)換主體的電離室，其體積大大 減少，同時對氣體的密度要求大大降低，l~5x 105帕斯卡即可，可大大減少探 測器的封裝難度，降低加工工藝精度要求；探測器單元沒有電子器件，故對溫 度不敏感，環(huán)境適應性好，性能穩(wěn)定可靠，同時克服了閃爍體、光敏元件易受 輻射損壞的缺陷，延長了探測器的工作壽命，而且由于不使用價格昂貴的閃爍 體、光電二極管陣列或光電倍增管等器件，降低了探測器生產(chǎn)成本低；探測器 單元產(chǎn)生的電信號是通過電極間的離子對產(chǎn)生的，探測器單元之間由電離室壁 隔離，由于受電場的作用，離子對不易穿過電離室壁，故^:測器單元之間的串 擾大大減少；金屬片外表涂有易產(chǎn)生次級電子的材料層，如CsI等，可進一步提高了射線的轉(zhuǎn)換率。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行 闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是 顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點 可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和 獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本
發(fā)明作進一步的詳細描述
圖1示出了高能X射線工業(yè)CT電離型探測器的外觀結(jié)構(gòu)示意圖2示出了高能X射線工業(yè)CT電離型探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3示出了薄金屬片的結(jié)構(gòu)示意圖4示出了 U形電離室壁的結(jié)構(gòu)示意圖5示出了絕緣底板的結(jié)構(gòu)示意圖6示出了漏電保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖7示出了本發(fā)明的工作原理及電路連接示意圖。
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
參見圖1、圖2,本實施例的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器包括密封殼 體1，所述密封殼體1內(nèi)腔中充有壓強為1 ~5 x 105帕斯卡的以惰性氣體為主要 成分的工作氣體，如氬、氪、氙等或以它們?yōu)橹鞯幕旌蠚怏w，所述密封殼體1 上設(shè)置有與內(nèi)腔連通的進氣管11和出氣管12，所述密封殼體1內(nèi)并列設(shè)置并 由絕緣片6間隔的8個電離室單元2，所述電離室單元2包括作為收集極的U 形電離室壁21和作為高壓陰極及輻射轉(zhuǎn)換體的薄金屬片22，所述U形電離室 壁21采用鋁、鐵、鎳、銅或它們中至少2種的合金制成，所述薄金屬片22由高密度高原子序凄t的金屬，如鎢、銅、鉭、鉬、鈮或它們中至少2種的合金制 成，所述薄金屬片22的厚度小于等于0.3mm,所述薄金屬片22的X射線接收 端通過絕緣片4固定設(shè)置于電離室3的開口端，所述薄金屬片22的另一端設(shè)置 于電離室3內(nèi)，所述電離室3為長條形，薄金屬片22沿電離室3的長度方向延 伸；所述薄金屬片22外表面包裹有易產(chǎn)生次級電子的材料的涂層，如Csl、 GaAs、 InGaAs或多銻堿化物，如Sb-Na-K-Cs、 Sb-Rb-Cs、 Sb-K-Cs;
參見圖3、 4,所述U形電離室壁21和薄金屬片22上分別設(shè)置有引腳211、 221，所述密封殼體1的底板為絕緣底板13，如圖5所示，所述絕緣底板13由 絕緣性能良好的材料制成，如石英玻璃或Al203陶瓷，絕緣底板13上設(shè)置有收 集極引腳孔131和高壓極引腳孔132，所述收集極引腳孔131中設(shè)置有漏電保 護裝置，如圖6所示，所述漏電保護裝置為銅套1331和絕緣陶瓷管1332構(gòu)成 的漏電保護環(huán)；所述U形電離室壁21和薄金屬片22分別通過引腳211、 221 固定設(shè)置于絕緣底板13上，其中薄金屬片22的引腳221穿過高壓極引腳孔132 與高壓電源連接，U形電離室壁21的引腳211穿過收集極引腳孔131直接與信 號處理電路中的前置放大電路連接，可大大縮短脈沖電信號的傳輸路程，減少 信號的衰減及引入干擾噪聲，同時由于收集極電位低，釆取保護環(huán)等措施后， 使得整個探測器漏電流非常小，因此電子噪聲或暗電流極小，故大大提高探測 器動態(tài)檢測范圍；
所述并列設(shè)置的電離室單元的數(shù)量可根據(jù)需要設(shè)置，位于兩側(cè)的兩個電離 室單元的寬度等于位于中間的電離室單元的寬度減去密封殼體的側(cè)壁厚度，這 樣，可確保多個探測器組合時，各個電離室單元之間的間距相等。
參見圖7,本實施例的探測器采用高密度高原子序數(shù)的金屬片作為射線轉(zhuǎn) 換主體，在使用時，使高能電子直線加速器脈沖X射線束經(jīng)過準直孔5準直后， 入射在薄金屬片的X射線接收端上，X光子會與金屬原子發(fā)生光電效應、康普 頓效應、電子對效應等作用，而產(chǎn)生次級電子，而金屬片表面涂有很容易產(chǎn)生 電子的涂層，與金屬片原子作用后的散射光子或電子與涂層作用時，也會產(chǎn)生
8大量的次電子。由于薄金屬片很薄，產(chǎn)生的次級電子會從薄金屬片中逃逸出來 進入電離室內(nèi)腔。電離室內(nèi)腔充有以惰性氣體為主的工作氣體，次級電子使工 作氣體電離，離子對經(jīng)過電場加速后被收集極所收集，即可產(chǎn)生正比于入射的 X射線強度的脈沖電信號，所述脈沖電信號被送入信號處理電路進行處理。相 對于傳統(tǒng)以氣體為射線轉(zhuǎn)換主體的電離室，本實施例的體積可大大減少，探測
器單元的尺寸可做到2x8x30mm3，由于探測器單元尺寸的縮小，可大大地提高 高能高精度工業(yè)CT的檢測精度和檢測速度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技 術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，包括一密封殼體，所述密封殼體內(nèi)充有工作氣體，其特征在于所述密封殼體內(nèi)設(shè)置多個電離室單元，所述電離室單元為長條形，包括U形電離室壁和薄金屬片，所述薄金屬片的X射線接收端通過絕緣片固定設(shè)置于U形電離室壁的開口端，所述薄金屬片的另一端設(shè)置于電離室內(nèi)，并沿電離室的長度方向延伸；所述薄金屬片的厚度小于等于0.3mm，所述薄金屬片由高密度高原子序數(shù)的金屬或這些金屬的合金制成；所述U形電離室壁作為收集極與信號處理電路連接，薄金屬片作為輻射轉(zhuǎn)換體和高壓陰極與高壓電源連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述薄金屬片由銅、鎢、鉭、鉬、鈮或它們中至少2種的合金制成。
3. 如權(quán)利要求1所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述薄金屬片外表面包裹有易產(chǎn)生次級電子的材料的涂層。
4. 如權(quán)利要求3所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述易產(chǎn)生次級電子的材料為Csl、 GaAs、 InGaAs或多石咸銻化物。
5. 如權(quán)利要求1所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述U形電離室壁由鋁、鐵、鎳、銅或它們中至少2種的合金制成。
6. 如權(quán)利要求1所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述U形電離室壁和薄金屬片上設(shè)置有引腳，所述密封殼體包括一絕緣底板， 所述絕緣底板設(shè)置有收集極^ 1腳孔和高壓極引腳孔，所述U形電離室壁的引腳 通過收集極引腳孔與信號處理電路連接，所述薄金屬片的引腳通過高壓極引腳 孔與高壓電源連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于 所述收集極5 j腳孔中設(shè)置有漏電保護裝置。
8. 如權(quán)利要求1所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，其特征在于所述密封殼體內(nèi)工作氣體的氣壓為l-5xl()S帕斯卡。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器， 其特征在于所述的多個電離室單元并列設(shè)置，位于兩側(cè)的兩個電離室單元的 寬度等于位于中間的電離室單元的寬度減去密封殼體的側(cè)壁厚度。
10. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的高能X射線工業(yè)CT電離型探測器， 其特征在于所述的多個電離室單元由絕緣片隔開。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高能X射線工業(yè)CT電離型探測器，能克服閃爍體探測器缺點，適用于高能X射線工業(yè)CT系統(tǒng)的輻射探測；所述高能X射線工業(yè)CT電離型探測器包括一密封殼體，密封殼體內(nèi)充有工作氣體，密封殼體內(nèi)設(shè)置多個電離室單元，所述電離室單元為長條形，包括U形電離室壁和薄金屬片，所述薄金屬片的X射線接收端通過絕緣片固定設(shè)置于U形電離室壁的開口端，所述薄金屬片的另一端設(shè)置于電離室內(nèi)，并沿電離室的長度方向延伸；薄金屬片的厚度小于等于0.3mm，由高密度高原子序數(shù)的金屬或這些金屬的合金制成，且外表面包裹有易產(chǎn)生次級電子的材料的涂層；所述U形電離室壁作為收集極與信號處理電路連接，薄金屬片作為輻射轉(zhuǎn)換體和高壓陰極與高壓電源連接。
文檔編號G01T1/00GK101526623SQ20091010350
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者周日峰, 康 安, 平 張, 輝 譚, 陳偉民, 高富強 申請人:重慶大學