專利名稱：閃爍體及閃爍體探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閃爍體及閃爍體探測(cè)器，尤其涉及一種具有反射凹槽的閃爍體及 閃爍體探測(cè)器。
背景技術(shù)：
正電子湮沒(méi)技術(shù)能夠無(wú)損地探測(cè)材料近表面的微觀缺陷信息，是分析材料性質(zhì)的 有效手段。在正電子素飛行時(shí)間譜(Ps-TOF)測(cè)量方法中，材料的相關(guān)信息主要通過(guò)飛出材 料表面的o-Ps獲取，o-Ps脫離樣品后，在真空管道中飛行一段距離，然后發(fā)生雙γ或三γ 湮沒(méi)，所產(chǎn)生的Y以立體角發(fā)射，對(duì)于Ps-TOF來(lái)講，所要收集的主要是發(fā)射方向垂直 于正電子素飛行軸線的Y，所以，只需要對(duì)平面內(nèi)以角發(fā)射的Y進(jìn)行收集即可。為了 盡可能的獲取信息，對(duì)平面內(nèi)以角發(fā)射的Y的收集效率顯得尤為重要。由于光電倍增管尺寸和數(shù)量的限制，必須將平面內(nèi)2 π角發(fā)射的Y收斂到狹小區(qū) 域進(jìn)行探測(cè)，目前主要的方法是利用光錐的原理，把閃爍體截面加工成梯形，將閃爍熒光從 大端面反射到小端面，在小端面連上光導(dǎo)和光電倍增管進(jìn)行收集。對(duì)于現(xiàn)有的梯形截面的閃爍體來(lái)講，主要利用的是光錐的原理，將光線從大端收 斂到小端進(jìn)行探測(cè)。如圖1所示，光錐錐頂角為2 β，光線進(jìn)入光錐前與光錐軸的夾角為i， 即入射角為i。經(jīng)折射后折射角為ο，光線從光錐大端入射以后，在光錐壁上進(jìn)行反射，每反 射一次，在光錐壁上的入射角就減小2 β，光線在光錐內(nèi)第η次反射時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角in = 90° -
，(η = 1，2，3...)。光線在光錐壁上每反射一次，光線與錐軸夾角就增 大2β，光線第η次反射后對(duì)應(yīng)的反射光線與錐軸交角On = ο+2ηβ，(η = 1，2，3...)。由 此可以發(fā)現(xiàn)，錐頂角越小越有利于光線從大端向小端的反射，但要收斂到合適的面積，需要 的光錐尺寸較大，造成較大的平均光程及光程差異，導(dǎo)致信號(hào)的時(shí)間展寬變寬，同時(shí)由于光 線在閃爍體內(nèi)部的多次反射以及閃爍體的自吸收，會(huì)造成光損失，對(duì)信號(hào)的采集與分析造 成干擾，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且，在反射的過(guò)程中，由于入射角的不斷減小，可能出現(xiàn) 光線反向大端面的情況，對(duì)信號(hào)的影響更為突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠提高探測(cè)效率及時(shí)間分辨的閃爍體及閃爍體探 測(cè)器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種閃爍體，用于閃爍體探測(cè)器，該閃爍體的截 面呈近似梯形，在該閃爍體上設(shè)有一反射凹槽，該反射凹槽的開(kāi)口端位于該閃爍體的大端 面，其寬度自該閃爍體的的大端面朝向其小端面逐漸變小。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述反射凹槽的截面呈V形。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述V形截面的頂點(diǎn)通過(guò)如下方法確定選取該閃爍 體的近似梯形截面的下底邊的垂直平分線上的任意一點(diǎn)作為放射源，該放射源的射線入射 至該閃爍體的所述近似梯形截面的一腰邊產(chǎn)生向另一腰邊全反射的反射線，選定反射到所述近似梯形截面的另一腰邊與其上底邊相交點(diǎn)的反射線，以該選定的反射線與該垂直平分 線的交點(diǎn)作為V形截面的頂點(diǎn)。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述V形截面的底邊可為所述近似梯形截面的下底邊。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述近似梯形截面由對(duì)稱切除梯形截面的下底邊的 兩邊角而形成，所述邊角切邊的長(zhǎng)度為2到4厘米。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述的切邊的長(zhǎng)度相等且切邊延線呈直角相交。本發(fā)明所述的閃爍體，其中，所述閃爍體用高反射材料包裹，以輔助光線反射；其 中，所述高反射材料包括鍍鋁薄膜、鋁箔、MgO。本發(fā)明還提供了一種具有上述閃爍體的閃爍體探測(cè)器，包括上述閃爍體，用于接 收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光導(dǎo)，其一端連接至該閃爍體的小端面，用于接收并傳輸從該 閃爍體發(fā)出的閃爍光；以及光電倍增管，其連接至該光導(dǎo)的另一端，用于收集從該光導(dǎo)傳輸 來(lái)的閃爍光。本發(fā)明所述的閃爍體探測(cè)器，其中，所述閃爍體的小端面的形狀和尺寸與光導(dǎo)的 入光面的形狀和尺寸相同。本發(fā)明所述的閃爍體探測(cè)器，其中，所述光導(dǎo)出光面的形狀和尺寸與光電倍增管 連接該出光面的端面的形狀和尺寸相同。根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為1.通過(guò)增加反射面，減小了光線的平均光程，有效信號(hào)的比例提高，從而提高了探 測(cè)器的探測(cè)效率；減小了光線的光程差異，縮減了其信號(hào)的半高全寬(FWHM)和十分之一高 寬，從而提高了探測(cè)器的時(shí)間分辨。2.節(jié)省了材料，降低了造價(jià)。


圖1為梯形截面閃爍體的光錐原理示意圖；圖2為近似梯形截面閃爍體的截面示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例確定V形截面的頂點(diǎn)的光路示意圖；圖4為該實(shí)施例具有反射凹槽的閃爍體的截面示意圖；圖5A為近似梯形截面閃爍體模擬閃爍發(fā)光過(guò)程的光路示意圖；圖5B為該實(shí)施例閃爍體模擬閃爍發(fā)光過(guò)程的光路示意圖；圖6為該實(shí)施例閃爍體的邊角切邊的長(zhǎng)度分別取lcm、2cm、3cm、4cm、5cm的模擬結(jié) 果曲線圖；圖7為該實(shí)施例閃爍體的邊角切邊的長(zhǎng)度取3cm和原近似梯形截面閃爍體的模擬 結(jié)果曲線圖；圖8為該實(shí)施例閃爍體以四個(gè)組合成一閃爍體圈的立體示意圖；圖9為具有該實(shí)施例閃爍體的閃爍體探測(cè)器的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
如圖4所示，為本發(fā)明一實(shí)施例閃爍體的截面示意圖。該閃爍體的截面呈近似梯 形，并且在該閃爍體上設(shè)有一反射凹槽，該反射凹槽的開(kāi)口端位于該閃爍體的大端面，其寬 度自該閃爍體的的大端面朝向其小端面逐漸變小，呈V形。O-Ps湮沒(méi)所產(chǎn)生的Y能量在 0-511keV之間，為了使所有低能不發(fā)生閃爍發(fā)光過(guò)程的γ能夠傳播到上端面，同時(shí)使高 能Y通過(guò)閃爍發(fā)光過(guò)程所發(fā)熒光能夠盡量傳播到上端面，而且光程盡可能短，通過(guò)在閃爍 體內(nèi)設(shè)一 V形凹槽，使得所有光線被限制在狹小區(qū)域內(nèi)的反射面上反射傳播，縮短了光程。 而且，經(jīng)過(guò)這種處理，原梯形截面閃爍體被分為兩個(gè)近似倒梯形截面閃爍體，由于光錐的原 理，其錐頂角變?yōu)樨?fù)值，故在光線的反射過(guò)程中，入射角會(huì)逐漸增大，始終以朝向小端面的 趨勢(shì)傳播，以盡可能短的光程到達(dá)小端面，不會(huì)像普通梯形截面閃爍體出現(xiàn)光線反向大端 面的情況，很大程度上減小了光傳播中的光損失，改善了光程的差異，同時(shí)也減小了平均光 程。將閃爍體除去一部分后，原本可能在靠近大端面區(qū)域閃爍發(fā)光的Y被轉(zhuǎn)移到了靠近小 端面區(qū)域發(fā)光，顯著提高了光傳播效率，減小了光程。如圖5A所示，為近似梯形截面閃爍體 內(nèi)的閃爍發(fā)光示意圖，光線OC的方向垂直于它所朝向的腰邊，不能直接反射到小端面；圖 5B為本實(shí)施例模擬閃爍發(fā)光過(guò)程的光路示意圖，在同樣的發(fā)射方向下，光線OC會(huì)被V形截 面反射凹槽直接反射到小端面，說(shuō)明本發(fā)明可以有效改善近似梯形截面閃爍體的光線收集 效率。接下來(lái)說(shuō)明該具有V形截面反射凹槽的閃爍體的制作過(guò)程，如圖2所示，為一近似 梯形截面閃爍體的截面示意圖，該近似梯形截面由對(duì)稱切除梯形截面的下底邊的兩邊角而 形成，兩切邊的長(zhǎng)度相等且切邊延線呈直角相交。該近似梯形截面的上底邊兩端點(diǎn)坐標(biāo)分 別為(110mm，200mm)、(200mm, 110mm)；切除邊角后的下底邊兩端點(diǎn)坐標(biāo)分別為(0，100mm)、 (100mm, 0)；兩邊角切邊另一端點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(0，130mm)、(130mm，0)。該近似梯形截面閃 爍體的厚度為13mm。如圖3所示，所述V形截面的頂點(diǎn)通過(guò)如下方法確定選取該閃爍體的近似梯形截 面的下底邊的垂直平分線上的任意一點(diǎn)作為放射源(0，0)，該放射源的射線入射至該閃爍 體的所述近似梯形截面的一腰邊產(chǎn)生向另一腰邊全反射的反射線，選定反射到所述近似梯 形截面的另一腰邊與其上底邊相交點(diǎn)(200mm，IlOmm)的反射線，以該選定的反射線與該垂 直平分線的交點(diǎn)(127. 2mm，127. 2mm)作為V形截面的頂點(diǎn)。V形截面的底邊為所述近似梯 形截面的下底邊。而且，所述閃爍體用鍍鋁薄膜、鋁箔或MgO等高反射材料包裹起來(lái)，以輔助光線反射。利用Geant4軟件建立閃爍體模型，如圖5所示，改變HI、JK的長(zhǎng)度為lcm、2cm、 4cm、5cm，分別進(jìn)行了模擬，所得結(jié)果如圖6所示，從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，隨著HI、JK長(zhǎng)度的增加，信 號(hào)的半高寬逐漸增大，在長(zhǎng)度為3cm的時(shí)候峰值最大，綜合考慮效率和時(shí)間分辨，取HI，JK 為3cm。然后分別模擬梯形截面閃爍體和本發(fā)明閃爍體的閃爍發(fā)光的過(guò)程，所得結(jié)果如圖7 所示，由所得譜圖可發(fā)現(xiàn)半高寬由2. 44ns縮減到了 2. 41ns，十分之一高寬由5. 98ns縮減到 T 4. 82ns，而且有效信號(hào)比例提高了 14. 3%0通過(guò)大量模擬試驗(yàn)得出的模擬結(jié)果，本發(fā)明閃爍體的近似梯形截面的邊角切邊的 長(zhǎng)度優(yōu)選為2到4厘米。如圖8所示，可以利用四個(gè)該實(shí)施例閃爍體，以邊角切面依次抵接形成一緊密銜接的閃爍體圈。如圖9所示，為具有該實(shí)施例閃爍體的閃爍體探測(cè)器，該閃爍體探測(cè)器安裝于射 線屏蔽體4上，包括閃爍體1，用于接收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光導(dǎo)2，其一端連接至 該閃爍體的小端面，用于接收并傳輸從該閃爍體發(fā)出的閃爍光；光電倍增管3，其連接至該 光導(dǎo)的另一端，用于收集從該光導(dǎo)傳輸來(lái)的閃爍光。閃爍體1的小端面的形狀和尺寸與光 導(dǎo)2連接小端面的一端的形狀和尺寸相同。光導(dǎo)2出光面的形狀和尺寸與光電倍增管3連 接該出光面的端面的形狀和尺寸相同。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，非局限本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō) 明書及附圖內(nèi)容所做的等同結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種閃爍體，用于閃爍體探測(cè)器，該閃爍體的截面呈近似梯形，其特征在于，在該閃爍體上設(shè)有一反射凹槽，該反射凹槽的開(kāi)口端位于該閃爍體的大端面，其寬度自該閃爍體的的大端面朝向其小端面逐漸變小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體，其特征在于，所述反射凹槽的截面呈V形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閃爍體，其特征在于，所述V形截面的頂點(diǎn)通過(guò)如下方法確 定選取該閃爍體的近似梯形截面的下底邊的垂直平分線上的任意一點(diǎn)作為放射源，該放 射源的射線入射至該閃爍體的所述近似梯形截面的一腰邊產(chǎn)生向另一腰邊全反射的反射 線，選定反射到所述近似梯形截面的另一腰邊與其上底邊相交點(diǎn)的反射線，以該選定的反 射線與該垂直平分線的交點(diǎn)作為V形截面的頂點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閃爍體，其特征在于，所述V形截面的底邊可為所述近似梯形 截面的下底邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閃爍體，其特征在于，所述近似梯形截面由對(duì)稱切除梯形截 面的下底邊的兩邊角而形成，所述邊角切邊的長(zhǎng)度為2到4厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閃爍體，其特征在于，所述的切邊的長(zhǎng)度相等且切邊延線呈直角相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的閃爍體，其特征在于，所述閃爍體用高反射材 料包裹，以輔助光線反射；其中，所述高反射材料包括鍍鋁薄膜、鋁箔、MgO。
8.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1-7所述閃爍體的閃爍體探測(cè)器，其特征在于，包括 權(quán)利要求1-7所述閃爍體，用于接收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光導(dǎo)，其一端連接至該閃爍體的小端面，用于接收并傳輸從該閃爍體發(fā)出的閃爍光；以及光電倍增管，其連接至該光導(dǎo)的另一端，用于收集從該光導(dǎo)傳輸來(lái)的閃爍光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于，所述閃爍體的小端面的形狀和 尺寸與光導(dǎo)的入光面的形狀和尺寸相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于，所述光導(dǎo)出光面的形狀和尺寸 與光電倍增管連接該出光面的端面的形狀和尺寸相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種閃爍體及具有該閃爍體的閃爍體探測(cè)器，該閃爍體的截面呈近似梯形，在該閃爍體上設(shè)有一反射凹槽，該反射凹槽的開(kāi)口端位于該閃爍體的大端面，其寬度自該閃爍體的大端面朝向其小端面逐漸變小。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置反射凹槽而增加了反射面，減小了光線的平均光程，有效信號(hào)的比例提高，從而提高了探測(cè)器的探測(cè)效率；減小了光線的光程差異，縮減了其信號(hào)的半高全寬(FWHM)和十分之一高寬，從而提高了探測(cè)器的時(shí)間分辨；并且本發(fā)明還節(jié)省了材料，降低了造價(jià)。
文檔編號(hào)G01T1/20GK101893716SQ201010224830
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者于潤(rùn)升, 姜小盼, 曹興忠, 李卓昕, 王寶義, 秦秀波, 魏龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所