专利名称：一种测量物质有效原子序数的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，特别是涉及 一种测量物质有效原子序 数的方法和装置。
背景技术：
目前，在辐射成像领域普遍使用气体探测器、闪烁探测器和半导 体探测器，上述探测器产生的信号的大小与射线在其灵敏体积内的能 量成正比。现在一般釆用两个高低能探测器进行物质有效原子序数的测量，其实现的途径釆用两个能量沉积类性质的探测器，测量低能x射线的探测器放置在靠近x射线源的一边以及被检物质的一面，测 量高能X射线的放置在其后面，即X射线必先穿过低能探测器然后达到高能探测器。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题由于X射线必须穿过前面的低能探测器才能到达高能探测器， 前面的低能探测器除了吸收相对低能的X射线的同时，也吸收了一 定数量的高能X射线；确定的条件下，两个探测器的灵敏度受到制 约，同时这两个探测器的输出信号信号的相对标准方差较大；从而获 取的物质有效原子序数的分辨效果较差。发明内容本发明实施例要解决的问题是提供一种测量物质有效原子序数 的方法和装置，以克服现有技术中由于采用两个能量沉积类性质的探 测器而造成获取的物质有效原子序数的分辨效果较差的缺陷。为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种测量物质有 效原子序数的装置，所述装置包括X射线源，向被测物体发射不同 能量的X射线；切伦科夫探测器，接收通过所述被测物体的X射线，5并生成第一电信号；能量沉积类探测器，接收通过所述被测物体的X射线，并生成第二电信号；处理器，用于根据所述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的有效原子序数。其中，所述切伦科夫探测器和能量沉积类探测器并排放置，或所 述切伦科夫探测器放置在所述能量沉积类探测器的后方。其中，所述切伦科夫探测器包括切伦科夫辐射体，用于接收入 射的X射线，产生切伦科夫光；光电二极管，在所述切伦科夫光的 光照下生成第一电信号；反射膜，位于所述切伦科夫辐射体外围，为 镜面反射；避光材料，将所述切伦科夫辐射体、光电二极管和反射膜 与外界隔开。其中，所述切伦科夫辐射体的折射率根据X射线源进行选择， 透光性能为可见光衰减长度大于1米。其中，所述切伦科夫探测器在所述X射线入射方向上的长度范 围根据使用环境确定。其中，所述处理器包括第一电信号接收单元，用于接收所述切 伦科夫探测器生成的第一电信号；第二电信号接收单元，用于接收所 述能量沉积类探测器生成的第二电信号；参数存储单元，用于存储所 述X射线源的强度、能谱结构、所述切伦科夫探测器的物理性质和 所述能量沉积类探测器的物理性质；有效原子序数获取单元，用于根 据所述参数存储单元存储的参数，解析所述第一电信号和第二电信 号，获取所述被测物体的有效原子序数。其中，所述切伦科夫探测器的介质为气体探测器或透光固体或液 体器。本发明实施例的技术方案还提供了一种测量物质有效原子序数 的方法，所述方法包括以下步骤x射线源向被测物体发射不同能量 的X射线；切伦科夫探测器接收通过所述被测物体的X射线，并生 成第一电信号；能量沉积类探测器接收通过所述被测物体的X射线，并生成第二电信号；处理器根据所述第一电信号和第二电信号，获取 所述被测物体的有效原子序数。其中，在所述获取被测物体的有效原子序数的步骤中，包括根 据切伦科夫探测器相对能量较高的X射线较灵敏，该能区有较大的 电子对效应，而电子对效应与被测物体原子序数的平方成正比的关 系，解析所述第一电信号；根据能量沉积类探测器相对能量较低的能 区较敏感，该能区电子对效应较弱，且康普顿效应占主导，而康普顿 效应的截面与被检物质物质的原子序数成正比的关系，解析所述第二 电信号；根据所述第一电信号和第二电信号的解析结果，获取被测物 体的有效原子序数。上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点 本发明实施例通过将切伦科夫探测器和能量沉积类探测器相结合测 量物质有效原子序数的方法，相对于能量较低的X的光子，能量较 高的X射线光子在切伦科夫探测器探测时更容易形成较大的信号， 从而增强了获取的物质有效原子序数的分辨效果。
图l是本发明实施例的一种测量物质有效原子序数的装置的结构图；图2是图1中B-B方向的剖视图； 图3是图2中A-A方向的剖视图；图4是本发明实施例的一种测量物质有效原子序数的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例的一种测量物质有效原子序数的装置包括X射线 源、切伦科夫探测器、能量沉积类探测器和处理器。其中，X射线源向被测物体发射不同能量的X射线；切伦科夫探测器接收通过所述 被测物体的X射线，并生成第一电信号；能量沉积类探测器接收通 过所述被测物体的X射线，并生成第二电信号；处理器用于根据所 述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的有效原子序数。切 伦科夫探测器和能量沉积类探测器并排放置，或切伦科夫探测器放置 在能量沉积类探测器的后方，所述切伦科夫探测器的介质为气体探测 器或透光固体或液体器。切伦科夫探测器包括切伦科夫辐射体、光电二极管、反射膜和避 光材料，其中切伦科夫辐射体用于接收入射的X射线，产生切伦科 夫光，切伦科夫辐射体的折射率根据X射线源进行选择，透光性能 为可见光衰减长度大于1米；光电二极管在所述切伦科夫光的光照下 生成第一电信号；反射膜位于所述切伦科夫辐射体外围，为镜面反射； 避光材料将所述切伦科夫辐射体、光电二极管和反射膜与外界隔开。 切伦科夫探测器在所述X射线入射方向上的长度范围根据使用环境 确定，大致上来讲，越长越好。处理器第一电信号接收单元、第二电信号接收单元、参数存储单 元和有效原子序数获取单元。其中第一电信号接收单元用于接收所述 切伦科夫探测器生成的第一电信号；第二电信号接收单元用于接收所 述能量沉积类探测器生成的第二电信号；参数存储单元用于存储所述 X射线源的强度、能谱结构、所述切伦科夫探测器的物理性质和所述 能量沉积类探测器的物理性质；有效原子序数获取单元，用于根据所 述参数存储单元存储的参数，解析所述第一电信号和第二电信号，获 取所述被测物体的有效原子序数。切伦科夫探测器输出幅度对入射的带电粒子速度相关性，并且有 阈值，即射线的速度低于某个值，则不会产生信号。若切伦科夫探测 器灵敏体积的折射率为n，若带电粒子的速度小于光在介质中的速度 时(即小于c/n时)不产生切伦科夫光，即不能产生信号，总的来讲，X射线能量越高，X射线在切伦科夫探测器灵敏体积内产生的次级电 子能量越高，在灵敏体积穿行的距离越大，越容易产生大的信号。X射线的光子能量高于1.02MeV后，X射线与物质发生相互作用的类 型主要是康普顿散射和电子对效应，康普顿散射的截面随光子的能量 增加而减小，与穿过物质的原子序数的大小成正比，而电子对效应的 截面随当光子能量的增加，与物质的原子序数的平方成正比，因此一 个具有一定能谱结构的X射线，例如，加速器X射线源，穿过由质 量厚度相同的物质时，相对低能的X射线光子(例如2MeV)数目， 与组成该物质的原子序数关系不大，相对高能X射线光子(比如 5MeV),被检物质由较轻原子序数组成的物质透射过的X射线光子 数目，和被检物质由较重原子序数组成的物质透射过的X射线光子 数目相比较，数目多一些。类似的，当X射线能量低于1.02MeV时，X射线与物质的相互 作用方式是光电效应和康普顿效应，相对于康普顿效应，光电效应的 截面大小对物质的原子序数很敏感、随其增大而增大，同时在能量较 低时，主要是光电效应，当能量较高时，主要是康普顿效应。被检物 质由较轻原子序数组成的物质透射过的X射线光子数目，和被检物 质由较重原子序数组成的物质透射过的X射线光子数目相比较，数 目多一些。本发明实施例的一种测量物质有效原子序数的装置的结构如图 1、图2和图3所示，在实际使用中切伦科夫辐射体4，和能量沉积 类探测器3，并排放置，排成探测器阵列5，具有多种X射线能量的 X射线源1发射出的X射线光，经过被检物体3，达到探测器3和4; 探测器3和4通过相应的读出电路，把信号转化为电信号，最后通过 已知的X射线源的强度、能谱结构和探测器3和探测器4的物理性 质，解析探测器3和探测器4的信号，得到被检物体3的灰度图像， 以及被检物体的有效原子序数的信息。方法的流程如图4所示，包括以下步骤步骤s401, X射线源向被测物体发射不同能量的X射线。步骤s402，切伦科夫探测器接收通过所述被测物体的X射线， 并生成第一电信号。步骤s403,能量沉积类探测器接收通过所述被测物体的X射线， 并生成第二电信号。步骤s404，处理器根据所述第一电信号和第二电信号，获取所述 被测物体的有效原子序数。本实施例根据切伦科夫探测器相对能量较 高的X射线较灵敏，该能区有较大的电子对效应，而电子对效应与 被测物体原子序数的平方成正比的关系，解析所述第一电信号；根据 能量沉积类探测器相对能量较低的能区较敏感，该能区电子对效应较 弱，且康普顿效应占主导，而康普顿效应的截面与被检物质物质的原子序数成正比的关系，解析所述第二电信号；因此，对于特定厚度、和特定原子序数的被检物体，这两种探测器输出的信号关系是确定 的，通过查数据库(或计算)，即可确定被检物体的原子序数。 本发明实施例通过将切伦科夫探测器和能量沉积类探测器相结合测量物质有效原子序数的方法，相对于能量较低的x的光子，能量较高的x射线光子在切伦科夫探测器探测时更容易形成较大的信号，从而增强了获取的物质有效原子序数的分辨效果。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种测量物质有效原子序数的装置，其特征在于，所述装置包括X射线源，向被测物体发射不同能量的X射线；切伦科夫探测器，接收通过所述被测物体的X射线，并生成第一电信号；能量沉积类探测器，接收通过所述被测物体的X射线，并生成第二电信号；处理器，用于根据所述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的有效原子序数。
2、 如权利要求l所述测量物质有效原子序数的装置，其特征在 于，所述切伦科夫探测器和能量沉积类探测器并排放置，或所述切伦 科夫探测器放置在所述能量沉积类探测器的后方。
3、 如权利要求1所述测量物质有效原子序数的装置，其特征在 于，所述切伦科夫探测器包括切伦科夫辐射体，用于接收入射的X射线，产生切伦科夫光； 光电二极管，在所述切伦科夫光的光照下生成第一电信号； 反射膜，位于所述切伦科夫辐射体外围，为镜面反射； 避光材料，将所述切伦科夫辐射体、光电二极管和反射膜与外界 隔开。
4、 如权利要求3所述测量物质有效原子序数的装置，其特征在 于，所述切伦科夫辐射体的折射率根据x射线源进行选择，透光性能为可见光衰减长度大于l米。
5、 如权利要求1所述测量物质有效原子序数的装置，其特征在 于，所述切伦科夫探测器在所述x射线入射方向上的长度范围根据使用环境确定。
6、 如权利要求1所述测量物质有效原子序数的装置，其特征在于，所述处理器包括第一电信号接收单元，用于接收所述切伦科夫探测器生成的第一 电信号；第二电信号接收单元，用于接收所述能量沉积类探测器生成的第二电信号；参数存储单元，用于存储所述X射线源的强度、能谱结构、所 述切伦科夫探测器的物理性质和所述能量沉积类探测器的物理性质；有效原子序数获取单元，用于根据所述参数存储单元存储的参 数，解析所述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的有效原 子序数。
7、 如权利要求l至6任一项所述测量物质有效原子序数的装置， 其特征在于，所述切伦科夫探测器的介质为气体探测器或透光固体或
8、 一种测量物质有效原子序数的方法，其特征在于，所述方法 包括以下步骤X射线源向被测物体发射不同能量的X射线； 切伦科夫探测器接收通过所述被测物体的X射线，并生成第一电信号；能量沉积类探测器接收通过所述被测物体的x射线，并生成第 二电信号；处理器根据所述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的 有效原子序数。
9、 如权利要求8所述测量物质有效原子序数的方法，其特征在 于，在所述获取被测物体的有效原子序数的步骤中，包括根据切伦科夫探测器相对能量较高的X射线较灵敏，该能区有 较大的电子对效应，而电子对效应与被测物体原子序数的平方成正比的关系，解析所述第一电信号；根据能量沉积类探测器相对能量较低的能区较敏感，该能区电子 对效应较弱，且康普顿效应占主导，而康普顿效应的截面与被检物质 物质的原子序数成正比的关系，解析所述第二电信号；根据所述第一电信号和第二电信号的解析结果，获取被测物体的 有效原子序数。
全文摘要
本发明公开了一种测量物质有效原子序数的装置，所述装置包括X射线源，向被测物体发射不同能量的X射线；切伦科夫探测器，接收通过所述被测物体的X射线，并生成第一电信号；能量沉积类探测器，接收通过所述被测物体的X射线，并生成第二电信号；处理器，用于根据所述第一电信号和第二电信号，获取所述被测物体的有效原子序数。本发明还公开了一种测量物质有效原子序数的方法。本发明通过将切伦科夫探测器和能量沉积类探测器相结合测量物质有效原子序数的方法，相对于能量较低的X的光子，能量较高的X射线光子在切伦科夫探测器探测时更容易形成较大的信号，从而增强了获取的物质有效原子序数的分辨效果。
文档编号G01N23/02GK101629917SQ200810116760
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者孔祥众, 骞 岳, 康克军, 张清军, 朱维彬, 金 李, 李元景, 李树伟, 李玉兰, 杨祎罡, 义 王, 赵书清 申请人:清华大学;同方威视技术股份有限公司