CN106908831A - 基于微结构阵列的粒子径迹探测装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，该装置包括：闪烁体，用于基于粒子在所述闪烁体中运动产生闪烁光；微结构阵列，用于调制所述闪烁光，并将调制后的所述闪烁光导向一光探测元件；所述光探测元件，用于接收调制后的所述闪烁光；粒子径迹探测单元，用于基于所述光探测元件接收到的所述闪烁光计算出产生所述闪烁光的位置，并根据产生所述闪烁光的位置计算出粒子径迹。本公开实现了粒子径迹的识别，降低了加工难度，进而也降低了加工成本。

Description

基于微结构阵列的粒子径迹探测装置

技术领域

本公开涉及粒子径迹探测及光学领域，尤其涉及一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置。

背景技术

探测粒子并提取其基本性质是人类深入微观世界的一种主要途径与手段，通过对粒子径迹的识别可以获得粒子的强度、能量、位置、方向等信息。

目前，传统的线阵列、面阵列探测器无法实现深度分辨，因此无法实现粒子径迹的识别。采用体阵列型探测器，例如层间走向彼此交错的闪烁体阵列，能够在一定程度上实现粒子径迹的识别，但是由于层间走向不一致，使体阵列的结构比较复杂。

由上可知，传统的线阵列、面阵列探测器无法实现粒子径迹的识别。虽然采用体阵列型探测器能够在一定程度上实现粒子径迹的识别，但是由于体阵列的结构比较复杂，以致加工难度大，加工成本高。

需要说明的是，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。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，包括：

闪烁体，用于基于粒子在所述闪烁体中运动产生闪烁光；

微结构阵列，用于调制所述闪烁光，并将调制后的所述闪烁光导向一光探测元件；

所述光探测元件，用于接收调制后的所述闪烁光；

粒子径迹探测单元，用于基于所述光探测元件接收到的所述闪烁光计算出产生所述闪烁光的位置，并根据产生所述闪烁光的位置计算出粒子径迹。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列由多个微结构组成，其中，所述多个微结构形成线阵列或面阵列。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列覆盖在所述闪烁体的全部或部分表面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列通过闪烁体表面加工、闪烁体表面镀膜或将所述微结构制作为独立的器件并通过耦合介质进行耦合中的任何一种方式制成。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列采用透镜阵列、棱镜阵列或光学调制微结构中的任意一种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列与所述光探测元件以紧密结合或留有间隙的方式耦合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列与所述光探测元件之间还包括一耦合介质。

在本公开的一种示例性实施例中，所述耦合介质的种类至少为一种，其中，所述耦合介质能被所述闪烁光或者一部分所述闪烁光穿透。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列与所述闪烁体以紧密结合或留有间隙的方式耦合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述微结构阵列与所述闪烁体通过一种或多种介质耦合。

本公开一种示例性实施例提供的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，利用微结构阵列将闪烁体中粒子运动产生的闪烁光调制后导向光探测元件，并基于光探测元件接收到的闪烁光计算出产生闪烁光的位置，进而计算出粒子径迹。一方面，通过上述装置实现了粒子径迹的识别。另一方面，采用微结构阵列，降低了加工难度，进一步的，也降低了加工成本。

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

通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。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。在附图中：

图1为本公开一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置的框图。

图2为本公开一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例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例中。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例的充分理解。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没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、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模糊本公开的各方面。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按照比例绘制。图中相同的附图标记标识相同或相似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

本示例实施例中，提供了一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置。参照图1、图2所示，该基于微结构阵列的粒子径迹探测装置100可以包括：闪烁体101、微结构阵列102、所述光探测元件103、粒子径迹探测单元104。其中：

闪烁体101可以用于基于粒子在所述闪烁体101中运动产生闪烁光106。

微结构阵列102可以用于调制所述闪烁光106，并将调制后的所述闪烁光106导向一光探测元件103。

所述光探测元件103可以用于接收调制后的所述闪烁光106。

粒子径迹探测单元104可以用于基于所述光探测元件103接收到的所述闪烁光106计算出产生所述闪烁光106的位置，并根据产生所述闪烁光106的位置计算出粒子径迹107。

本示例实施例提供的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，一方面，通过上述装置实现了粒子径迹的识别。另一方面，采用微结构阵列，降低了加工难度，进一步的，也降低了加工成本。

下面，将参照图1、图2对本示例实施例中的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置的各部分进行更详细的说明。

闪烁体101可以用于基于粒子在所述闪烁体101中运动产生闪烁光106。

在本示例性实施例中，所述闪烁体101为一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。所述闪烁体101可以为连续的闪烁体，也可以由多个闪烁体堆叠而成，本示例性实施例对此不做特殊限定。所述闪烁体101的材料可以为晶体(如BGO、LSO、LYSO、CsI等)，也可以为有机材料(如塑料)。所述闪烁体101的形态可以为液态，也可以为者其它形态。所述闪烁体101的形状可以是立方体，也可以是其他形状，可以根据具体的应用场景确定闪烁体的形状。所述粒子为能在闪烁体101中运动产生闪烁光106的带电粒子或中性粒子，例如，电子、质子、离子、光子、中子等。

微结构阵列102可以用于调制所述闪烁光106，并将调制后的所述闪烁光106导向光探测元件103。

在本示例性实施例中，上述调制所述闪烁光106是指将闪烁光106进行聚焦。具体而言，微结构阵列102将粒子在闪烁体101中运动产生的闪烁光106进行聚焦，并将聚焦后的闪烁光106导向一光探测元件103。通过采用微结构阵列102，降低了加工难度，进一步的，也降低了加工成本。

进一步的，所述微结构阵列102可以由多个微结构阵列组成，其中，所述多个微结构阵列形成线阵列或面阵列。进一步的，所述微结构阵列102覆盖在所述闪烁体101的全部或部分表面。

进一步的，所述微结构阵列102可以通过以下方式制成：一、可以在闪烁体101的表面进行加工得到微结构阵列102。二、可以通过在闪烁体101表面镀膜形成微结构阵列102。三、可以先将微结构制作成独立的器件，然后将多个独立的器件通过耦合介质(例如光学胶)进行耦合得到微结构阵列102。

进一步的，所述微结构阵列102可以采用透镜阵列、棱镜阵列或光学调制微结构中的任意一种。例如，所述微结构阵列102可以采用透镜阵列，在闪烁光106通过透镜阵列时，透镜阵列对闪烁光106进行聚焦，并将聚焦后的闪烁光106导向光探测元件103。

进一步的，所述微结构阵列102与所述闪烁体101可以通过以下方式进行耦合：一、所述微结构阵列102与所述闪烁体101可以以紧密结合或留有间隙的方式耦合，具体而言，所述微结构阵列102与所述闪烁体101可以紧密的结合在一起，也可以在所述微结构阵列102与所述闪烁体101之间留有一定的间隙。二、所述微结构阵列102与所述闪烁体101可以通过一种或多种介质耦合。具体而言，所述微结构阵列102与所述闪烁体101可以通过一种介质进行耦合，也可以通过多种不同的介质进行耦合。

所述光探测元件103可以用于接收调制后的所述闪烁光106。

在本示例性实施例中，所述光探测元件103可以是光电转换器(例如光电倍增管、硅光电倍增管、CCD、EMCCD等)，也可以是其它具有位置分辨能力的光探测元件，也可以是包括光探测元件的探测系统，本示例性实施例对此不做特殊限定。

进一步的，所述微结构阵列102与所述光探测元件103可以通过以下方式进行耦合：一、所述微结构阵列102与所述光探测元件103可以以紧密结合或留有间隙的方式耦合。具体而言，所述微结构阵列102与所述光探测元件103可以紧密的结合在一起，也可以在所述微结构阵列102与所述光探测元件103之间留有一定的间隙。二、所述微结构阵列102与所述光探测元件103之间还可以包括一耦合介质105。所述耦合介质105的种类至少为一种，其中，所述耦合介质105能被所述闪烁光106或者一部分所述闪烁光106穿透。具体而言，所述微结构阵列102与所述光探测元件103之间可以通过一耦合介质105进行耦合。进一步的，所述耦合介质105的种类可以为一种，也可以为两种以上。需要说明的是，不管使用几种耦合介质105进行耦合，都必须能让闪烁光106全部穿透耦合介质105或者让一部分闪烁光106穿透耦合介质105。参照图2所示，光探测元件103与微结构阵列102通过耦合介质105进行耦合。

在另一示例性实施例中，闪烁体101、微结构阵列102、耦合介质105以及光探测元件103的尺寸和位置关系可以根据粒子径迹深度、微结构阵列以及光探测元件成最佳的物象关系进行设计。由于深度效应，所以严格的物象关系难以完全成立，因此也可以根据实际探测位置参考物象关系进行设计。进一步的，闪烁体101、微结构阵列102、耦合介质105以及光探测元件103的覆盖面积可以按照闪烁光106的收集方式进行设计。

粒子径迹探测单元104可以用于基于所述光探测元件103接收到的所述闪烁光106计算出产生所述闪烁光106的位置，并根据产生所述闪烁光106的位置计算出粒子径迹107。

在本示例性实施例中，首先，粒子径迹探测单元基于光探测元件接收到的闪烁光的位置，并通过闪烁光的折射关系计算出产生闪烁光的位置。然后，根据产生所述闪烁光的位置得到产生闪烁光的位置的分布，并基于产生闪烁光的位置的分布计算出粒子的径迹。本示例性实施例通过微结构阵列对闪烁光进行调制，并根据调制后的闪烁光计算出产生闪烁光的位置，进而计算出粒子的径迹，实现了对粒子径迹的识别。

下面，对本示例实施例中的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置的运行过程进行详细的说明。

首先，在一粒子入射到所述闪烁体101中时，基于粒子在闪烁体101中的运动激发闪烁体101产生闪烁光106。然后，微结构阵列102对闪烁光106进行调制，并将调制后的闪烁光106导向光探测元件103。再然后，光探测元件103接收调制后的闪烁光106。最后，粒子径迹探测单元104基于所述光探测元件103接收到的所述闪烁光106计算出产生所述闪烁光106的位置，并根据产生所述闪烁光的位置计算出粒子径迹107。

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它实施例。本申请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。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，包括：

闪烁体，用于基于粒子在所述闪烁体中运动产生闪烁光；

微结构阵列，用于调制所述闪烁光，并将调制后的所述闪烁光导向一光探测元件；

所述光探测元件，用于接收调制后的所述闪烁光；

粒子径迹探测单元，用于基于所述光探测元件接收到的所述闪烁光计算出产生所述闪烁光的位置，并根据产生所述闪烁光的位置计算出粒子径迹。

2.根据权利要求1所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列由多个微结构组成，其中，所述多个微结构形成线阵列或面阵列。

3.根据权利要求2所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列覆盖在所述闪烁体的全部或部分表面。

4.根据权利要求3所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列通过闪烁体表面加工、闪烁体表面镀膜或将所述微结构制作为独立的器件并通过耦合介质进行耦合中的任何一种方式制成。

5.根据权利要求4所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列采用透镜阵列、棱镜阵列或光学调制微结构中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列与所述光探测元件以紧密结合或留有间隙的方式耦合。

7.根据权利要求1所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列与所述光探测元件之间还包括一耦合介质。

8.根据权利要求7所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述耦合介质的种类至少为一种，其中，所述耦合介质能被所述闪烁光或者一部分所述闪烁光穿透。

9.根据权利要求1所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列与所述闪烁体以紧密结合或留有间隙的方式耦合。

10.根据权利要求1所述的基于微结构阵列的粒子径迹探测装置，其特征在于，所述微结构阵列与所述闪烁体通过一种或多种介质耦合。