专利名称：闪烁体及闪烁体探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种闪烁体及闪烁体探测器，尤其涉及一种具有反射凹槽的闪烁体及 闪烁体探测器。
背景技术：
正电子湮没技术能够无损地探测材料近表面的微观缺陷信息，是分析材料性质的 有效手段。在正电子素飞行时间谱(Ps-TOF)测量方法中，材料的相关信息主要通过飞出材 料表面的o-Ps获取，o-Ps脱离样品后，在真空管道中飞行一段距离，然后发生双γ或三γ 湮没，所产生的Y以立体角发射，对于Ps-TOF来讲，所要收集的主要是发射方向垂直 于正电子素飞行轴线的Y，所以，只需要对平面内以角发射的Y进行收集即可。为了 尽可能的获取信息，对平面内以角发射的Y的收集效率显得尤为重要。由于光电倍增管尺寸和数量的限制，必须将平面内2 π角发射的Y收敛到狭小区 域进行探测，目前主要的方法是利用光锥的原理，把闪烁体截面加工成梯形，将闪烁荧光从 大端面反射到小端面，在小端面连上光导和光电倍增管进行收集。对于现有的梯形截面的闪烁体来讲，主要利用的是光锥的原理，将光线从大端收 敛到小端进行探测。如图1所示，光锥锥顶角为2 β，光线进入光锥前与光锥轴的夹角为i， 即入射角为i。经折射后折射角为ο，光线从光锥大端入射以后，在光锥壁上进行反射，每反 射一次，在光锥壁上的入射角就减小2 β，光线在光锥内第η次反射时对应的入射角in = 90° -
，(η = 1，2，3...)。光线在光锥壁上每反射一次，光线与锥轴夹角就增 大2β，光线第η次反射后对应的反射光线与锥轴交角On = ο+2ηβ，(η = 1，2，3...)。由 此可以发现，锥顶角越小越有利于光线从大端向小端的反射，但要收敛到合适的面积，需要 的光锥尺寸较大，造成较大的平均光程及光程差异，导致信号的时间展宽变宽，同时由于光 线在闪烁体内部的多次反射以及闪烁体的自吸收，会造成光损失，对信号的采集与分析造 成干扰，影响实验结果的准确性。而且，在反射的过程中，由于入射角的不断减小，可能出现 光线反向大端面的情况，对信号的影响更为突出。

发明内容
本发明的目的在于提出一种能够提高探测效率及时间分辨的闪烁体及闪烁体探 测器。为了达到上述目的，本发明提出了一种闪烁体，用于闪烁体探测器，该闪烁体的截 面呈近似梯形，在该闪烁体上设有一反射凹槽，该反射凹槽的开口端位于该闪烁体的大端 面，其宽度自该闪烁体的的大端面朝向其小端面逐渐变小。本发明所述的闪烁体，其中，所述反射凹槽的截面呈V形。本发明所述的闪烁体，其中，所述V形截面的顶点通过如下方法确定选取该闪烁 体的近似梯形截面的下底边的垂直平分线上的任意一点作为放射源，该放射源的射线入射 至该闪烁体的所述近似梯形截面的一腰边产生向另一腰边全反射的反射线，选定反射到所述近似梯形截面的另一腰边与其上底边相交点的反射线，以该选定的反射线与该垂直平分 线的交点作为V形截面的顶点。本发明所述的闪烁体，其中，所述V形截面的底边可为所述近似梯形截面的下底边。本发明所述的闪烁体，其中，所述近似梯形截面由对称切除梯形截面的下底边的 两边角而形成，所述边角切边的长度为2到4厘米。本发明所述的闪烁体，其中，所述的切边的长度相等且切边延线呈直角相交。本发明所述的闪烁体，其中，所述闪烁体用高反射材料包裹，以辅助光线反射；其 中，所述高反射材料包括镀铝薄膜、铝箔、MgO。本发明还提供了一种具有上述闪烁体的闪烁体探测器，包括上述闪烁体，用于接 收放射性射线并发出闪烁光；光导，其一端连接至该闪烁体的小端面，用于接收并传输从该 闪烁体发出的闪烁光；以及光电倍增管，其连接至该光导的另一端，用于收集从该光导传输 来的闪烁光。本发明所述的闪烁体探测器，其中，所述闪烁体的小端面的形状和尺寸与光导的 入光面的形状和尺寸相同。本发明所述的闪烁体探测器，其中，所述光导出光面的形状和尺寸与光电倍增管 连接该出光面的端面的形状和尺寸相同。根据上述技术方案，本发明的有益效果为1.通过增加反射面，减小了光线的平均光程，有效信号的比例提高，从而提高了探 测器的探测效率；减小了光线的光程差异，缩减了其信号的半高全宽(FWHM)和十分之一高 宽，从而提高了探测器的时间分辨。2.节省了材料，降低了造价。


图1为梯形截面闪烁体的光锥原理示意图；图2为近似梯形截面闪烁体的截面示意图；图3为本发明一实施例确定V形截面的顶点的光路示意图；图4为该实施例具有反射凹槽的闪烁体的截面示意图；图5A为近似梯形截面闪烁体模拟闪烁发光过程的光路示意图；图5B为该实施例闪烁体模拟闪烁发光过程的光路示意图；图6为该实施例闪烁体的边角切边的长度分别取lcm、2cm、3cm、4cm、5cm的模拟结 果曲线图；图7为该实施例闪烁体的边角切边的长度取3cm和原近似梯形截面闪烁体的模拟 结果曲线图；图8为该实施例闪烁体以四个组合成一闪烁体圈的立体示意图；图9为具有该实施例闪烁体的闪烁体探测器的立体示意图。
具体实施例方式下面参照附图结合具体实施例详细说明本发明，但不应解释为对本发明的限制。
如图4所示，为本发明一实施例闪烁体的截面示意图。该闪烁体的截面呈近似梯 形，并且在该闪烁体上设有一反射凹槽，该反射凹槽的开口端位于该闪烁体的大端面，其宽 度自该闪烁体的的大端面朝向其小端面逐渐变小，呈V形。O-Ps湮没所产生的Y能量在 0-511keV之间，为了使所有低能不发生闪烁发光过程的γ能够传播到上端面，同时使高 能Y通过闪烁发光过程所发荧光能够尽量传播到上端面，而且光程尽可能短，通过在闪烁 体内设一 V形凹槽，使得所有光线被限制在狭小区域内的反射面上反射传播，缩短了光程。 而且，经过这种处理，原梯形截面闪烁体被分为两个近似倒梯形截面闪烁体，由于光锥的原 理，其锥顶角变为负值，故在光线的反射过程中，入射角会逐渐增大，始终以朝向小端面的 趋势传播，以尽可能短的光程到达小端面，不会像普通梯形截面闪烁体出现光线反向大端 面的情况，很大程度上减小了光传播中的光损失，改善了光程的差异，同时也减小了平均光 程。将闪烁体除去一部分后，原本可能在靠近大端面区域闪烁发光的Y被转移到了靠近小 端面区域发光，显著提高了光传播效率，减小了光程。如图5A所示，为近似梯形截面闪烁体 内的闪烁发光示意图，光线OC的方向垂直于它所朝向的腰边，不能直接反射到小端面；图 5B为本实施例模拟闪烁发光过程的光路示意图，在同样的发射方向下，光线OC会被V形截 面反射凹槽直接反射到小端面，说明本发明可以有效改善近似梯形截面闪烁体的光线收集 效率。接下来说明该具有V形截面反射凹槽的闪烁体的制作过程，如图2所示，为一近似 梯形截面闪烁体的截面示意图，该近似梯形截面由对称切除梯形截面的下底边的两边角而 形成，两切边的长度相等且切边延线呈直角相交。该近似梯形截面的上底边两端点坐标分 别为(110mm，200mm)、(200mm, 110mm)；切除边角后的下底边两端点坐标分别为(0，100mm)、 (100mm, 0)；两边角切边另一端点的坐标分别为(0，130mm)、(130mm，0)。该近似梯形截面闪 烁体的厚度为13mm。如图3所示，所述V形截面的顶点通过如下方法确定选取该闪烁体的近似梯形截 面的下底边的垂直平分线上的任意一点作为放射源(0，0)，该放射源的射线入射至该闪烁 体的所述近似梯形截面的一腰边产生向另一腰边全反射的反射线，选定反射到所述近似梯 形截面的另一腰边与其上底边相交点(200mm，IlOmm)的反射线，以该选定的反射线与该垂 直平分线的交点(127. 2mm，127. 2mm)作为V形截面的顶点。V形截面的底边为所述近似梯 形截面的下底边。而且，所述闪烁体用镀铝薄膜、铝箔或MgO等高反射材料包裹起来，以辅助光线反射。利用Geant4软件建立闪烁体模型，如图5所示，改变HI、JK的长度为lcm、2cm、 4cm、5cm，分别进行了模拟，所得结果如图6所示，从结果中发现，随着HI、JK长度的增加，信 号的半高宽逐渐增大，在长度为3cm的时候峰值最大，综合考虑效率和时间分辨，取HI，JK 为3cm。然后分别模拟梯形截面闪烁体和本发明闪烁体的闪烁发光的过程，所得结果如图7 所示，由所得谱图可发现半高宽由2. 44ns缩减到了 2. 41ns，十分之一高宽由5. 98ns缩减到 T 4. 82ns，而且有效信号比例提高了 14. 3%0通过大量模拟试验得出的模拟结果，本发明闪烁体的近似梯形截面的边角切边的 长度优选为2到4厘米。如图8所示，可以利用四个该实施例闪烁体，以边角切面依次抵接形成一紧密衔接的闪烁体圈。如图9所示，为具有该实施例闪烁体的闪烁体探测器，该闪烁体探测器安装于射 线屏蔽体4上，包括闪烁体1，用于接收放射性射线并发出闪烁光；光导2，其一端连接至 该闪烁体的小端面，用于接收并传输从该闪烁体发出的闪烁光；光电倍增管3，其连接至该 光导的另一端，用于收集从该光导传输来的闪烁光。闪烁体1的小端面的形状和尺寸与光 导2连接小端面的一端的形状和尺寸相同。光导2出光面的形状和尺寸与光电倍增管3连 接该出光面的端面的形状和尺寸相同。以上所述仅为本发明的较佳实施例，非局限本发明的保护范围，凡运用本发明说 明书及附图内容所做的等同结构变化，均包含于本发明的保护范围内。
权利要求
一种闪烁体，用于闪烁体探测器，该闪烁体的截面呈近似梯形，其特征在于，在该闪烁体上设有一反射凹槽，该反射凹槽的开口端位于该闪烁体的大端面，其宽度自该闪烁体的的大端面朝向其小端面逐渐变小。
2.根据权利要求1所述的闪烁体，其特征在于，所述反射凹槽的截面呈V形。
3.根据权利要求2所述的闪烁体，其特征在于，所述V形截面的顶点通过如下方法确 定选取该闪烁体的近似梯形截面的下底边的垂直平分线上的任意一点作为放射源，该放 射源的射线入射至该闪烁体的所述近似梯形截面的一腰边产生向另一腰边全反射的反射 线，选定反射到所述近似梯形截面的另一腰边与其上底边相交点的反射线，以该选定的反 射线与该垂直平分线的交点作为V形截面的顶点。
4.根据权利要求3所述的闪烁体，其特征在于，所述V形截面的底边可为所述近似梯形 截面的下底边。
5.根据权利要求3所述的闪烁体，其特征在于，所述近似梯形截面由对称切除梯形截 面的下底边的两边角而形成，所述边角切边的长度为2到4厘米。
6.根据权利要求5所述的闪烁体，其特征在于，所述的切边的长度相等且切边延线呈直角相交。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的闪烁体，其特征在于，所述闪烁体用高反射材 料包裹，以辅助光线反射；其中，所述高反射材料包括镀铝薄膜、铝箔、MgO。
8.一种具有根据权利要求1-7所述闪烁体的闪烁体探测器，其特征在于，包括 权利要求1-7所述闪烁体，用于接收放射性射线并发出闪烁光；光导，其一端连接至该闪烁体的小端面，用于接收并传输从该闪烁体发出的闪烁光；以及光电倍增管，其连接至该光导的另一端，用于收集从该光导传输来的闪烁光。
9.根据权利要求8所述的闪烁体探测器，其特征在于，所述闪烁体的小端面的形状和 尺寸与光导的入光面的形状和尺寸相同。
10.根据权利要求8所述的闪烁体探测器，其特征在于，所述光导出光面的形状和尺寸 与光电倍增管连接该出光面的端面的形状和尺寸相同。
全文摘要
本发明公开了一种闪烁体及具有该闪烁体的闪烁体探测器，该闪烁体的截面呈近似梯形，在该闪烁体上设有一反射凹槽，该反射凹槽的开口端位于该闪烁体的大端面，其宽度自该闪烁体的大端面朝向其小端面逐渐变小。本发明通过设置反射凹槽而增加了反射面，减小了光线的平均光程，有效信号的比例提高，从而提高了探测器的探测效率；减小了光线的光程差异，缩减了其信号的半高全宽(FWHM)和十分之一高宽，从而提高了探测器的时间分辨；并且本发明还节省了材料，降低了造价。
文档编号G01T1/20GK101893716SQ201010224830
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者于润升, 姜小盼, 曹兴忠, 李卓昕, 王宝义, 秦秀波, 魏龙 申请人:中国科学院高能物理研究所