一种提高x射线光子计数探测器计数特性的系统及方法
技术领域
本发明属于X射线辐射探测与成像领域,涉及一种提高X射线光子计数探测器计数特性的系统及方法。具体来说是对在大剂量X射线下产生电场畸变,导致极化的X射线探测器进行偏压调节,温度控制和亚禁带光选择,使得探测器对X射线的响应以及光子计数能力被提高,改善X射线光子计数探测器的极化效应,提高X射线探测器的计数率,属于X射线辐射探测与成像领域。
背景技术
随着科技的发展,人们对于X射线成像领域的要求也在逐渐提高,人们正将光子计数技术方向转移到大剂量、高计数探测上。X射线光子计数型探测器因其优异的性能在安检和医疗等X射线成像领域具有重大应用价值。
X射线光子计数探测器的应用往往受限于其在大剂量X射线下由于大量空穴在阴极附近区域的累积,建立了反向电场使得净电场强度减小,减小了载流子漂移速度,同时大量的载流子发生复合作用,从而发生极化效应,造成计数率的降低。为实现光子计数探测器在医学成像等领域的应用,减小极化效应,提升探测器在高剂量下的计数率是至关重要的。
人们一直在探究如何通过控制外界条件来消除或减小极化效应的影响。通过偏压,温度和亚禁带光等外加条件的激励是切实可行的方法,但是将其中两者或者两者以上进行结合改善X射线光子计数探测器极化效应,提高计数率的实际应用鲜有报道。计数特性是实现器件功能和限制探测器探测效率的主要因素,探测器的计数特性的提高是发展X射线光子计数探测器大趋势。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种提高X射线光子计数探测器计数特性的系统及方法,具有良好的X射线的探测和成像能力,同时具有相比于未用此方法的探测器更高的探测效率,至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
技术方案
一种提高X射线光子计数探测器计数特性的系统,其特征在于包括恒温恒压器1、亚禁带光灯2、偏压控制器4、温度测试保温板6、温度控制器8和PC机;探测器位于恒温恒压器1内腔,探测器两端电极一端连接偏压控制器4,一端接地;恒温恒压器1额一侧设有观测窗口3,亚禁带光灯2位于观测窗口3上方且与探测器相对应;温度测试保温板6位于探测器下方,与温度控制器8电连接;温度控制器8和偏压控制器4与PC机电信号连接。
一种利用权利要求1所述系统提高X射线光子计数探测器计数特性的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:对需要测试的X射线光子计数探测器进行计数率测试,
步骤2:探测器两端电极一端连接偏压控制器,一端连地;探测下面放置温度测试保温板,温度测试保温板与温度控制器相连,温度控制器8和偏压控制器4与PC机电信号连接;
步骤3:亚禁带光灯置于观测窗口上方,对探测器能够进行亚禁带光照射;
步骤4:以偏压控制器在-300~-600V负高压对探测器施加偏压,找出使探测器计数率提高最好的偏压;
步骤5:在步骤4选择偏压的条件下,对探测器在25~35℃的温度范围内进行计数测试,找出提高计数率最显著的工作温度;
步骤6:保持偏压和温度不变,在亚禁带光波长为1050nm~1550nm范围内对探测器进行亚禁带光照射,找出提高计数率最显著的亚禁带光波长和强度。
有益效果
本发明提出的一种提高X射线光子计数探测器计数特性的系统及方法,包括偏压调节,温度控制和亚禁带光选择三大部分,通过对上述三大部分的结合达到提高提高骨密度仪用X射线探测器计数特性的目的。其中偏压调节为在探测器在极化条件下,通过调节偏压的大小对不同的探测器找到最合适的极化校正偏压,减弱甚至消除其反向内建电场,显著提高载流子收集效率,使探测器光机谱向高能量阈值方向偏移。其中温度控制为在探测器在极化条件下,通过对探测器工作温度的控制,在X射线剂量较高时,随温度升高探测器电场畸畸变减弱,载流子收集效率提高,光机谱右移。其中亚禁带光选择为在探测器在极化条件下,选择最合适的亚禁带光波长与强度,激发价带电子与缺陷能级上俘获的空穴复合,减小空穴的积累,削弱内建电场,探测器能谱右移,收集效率提高。本发明提出的偏压调节,温度控制和亚禁带光选择的方法,可以显著提高极化条件下的探测器对X射线的响应以及光子计数能力,整个方法探测效率高,计数性能优异。可满足对X射线骨密度仪探测器的高精度,高成像质量的应用要求。
本发明的有益效果在于:
第一、利用偏压,温度以及亚禁带光的外加激励,使探测器的内建电场减弱,收集效率增大,计数率提高。
第二、(灵活可控)可实现对不同的计数特性的探测器都有不同的参数设置方案。针对不同探测器特有的计数特性,采用不同的偏压,温度以及亚禁带光波长和强度。
第三、整个方法易于实施与控制,不局限于某种特定的探测器,对大剂量下发生计数性能变差的X射线探测器都可以实现,计数性能的提升,计数率的精确检测。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图;
图2是未对探测器外加激励的计数率随X射线剂量的变化曲线;
图3是不同工作偏压下计数率随X射线剂量的变化曲线;
图4是-600V偏压的不同工作温度下计数率随X射线剂量的变化曲线;
图5是-600V偏压,33.3℃的不同波长亚禁带光照下探测器计数率变化曲线;
图6本发明的方法测试流程图。
主要符号说明:1-恒温恒压器,2-亚禁带光灯,3-观察窗,4-偏压控制器,5-电极,6-温度测试保温板,7-PC,8-温度控制器,9-探测器。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
对于发生极化效应导致探测性能较差的X射线光子计数探测器,极化效应的本质是晶体内的电场畸变和空间电荷区的形成,由于载流子陷获引起的电场畸变,对晶体内的电场分布和空间电荷进行了计算。估算发现:计数性能较差的探测器其电场线性变化系数高、空间电荷密度较高、电场畸变较大。通过偏压控制器,温度控制器,亚禁带光照射的外加激励有利于内建电场的减弱,前放上升沿时间减小,载流子收集效率提高,计数率增加。而对于不同的晶体其内部缺陷不同,通过对探测器进行计数率测试选出最合适的偏压,温度,亚禁带光。
探测器两端电极一端连接偏压控制器,一端连地。
探测下面放置温度测试保温板,温度测试保温板与温度控制器相连。
探测器正上方用亚禁带光照射,二者之间存在可观测窗口。
探测器放置在恒温恒压器之中。
温度控制器,偏压控制器直接与PC进行数据传输。
探测器在对X射线进行探测过程中,首先通过探测器所连接的偏压控制器对探测器施加一定的偏压,工作偏压的主要作用为减弱甚至消除电场畸变区反向内建电场的作用。且在一定的范围内随偏压增大前放上升沿时间显著减小,载流子收集效率提高,光机谱右移,阈值以上计数率增加。
其次,同时对探测器的工作温度进行控制,影响杂质和缺陷的热激发,增大去俘获。在温度较低时探测器晶体容易积累形成内建电场。温度升高有利于内建电场的减弱,前放上升沿时间减小,载流子收集效率提高,计数率增加。
最后,再对探测器用亚禁带光照射探测器,因其激发价带电子与缺陷能级上俘获的空穴复合,减小空穴的积累,使探测器电场畸变减弱,收集效率增大,计数率提高,且在一定的范围内光强的越大,性能提高越明显。
优选地,所述的偏压控制器偏压为负高压,偏压为-300~-600V。
优选地,所述的温度控制器控制温度为25~35℃。
优选地,所述的亚禁带光波长为1050nm~1550nm。
优选地,X射线管距离探测器的距离为40~50cm。
面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的组分或具有相同或类似功能的组分。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含所指的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或多个该特征。
本发明是一种提高X射线光子计数探测器计数特性的方法,因此偏压,温度与亚禁带光的选择都要与实际应用的X射线光子计数探测器性能对应。本发明的设计思路是:
首先对未用此方法的X射线光子计数探测器进行计数率测试,再对探测器施加-300~-600V在其中找出使探测器计数率提高最好的偏压,其次,选用上述偏压,对探测器在25~35℃的温度范围内进行计数测试,找出在上述偏压下提高计数率最显著的工作温度,保持偏压和温度不变,对探测器施加亚禁带光照射,找出在上述偏压与温度下提高计数率最显著的亚禁带光波长和强度。最后通过将三者通过各自控制器控制达到提高X射线光子计数探测器计数率的目的。
下面通过附图和实施例对本发明基于进一步说明:
实例1:对CdZnTeX射线光子计数探测器选择不同的偏压、温度、亚禁带光进行计数率测试。
方法结构示意图如图1所示,方法测试流程图如图6所示。本文中所采用的CdZnTe光子计数型探测器为16像素线阵探测器,探测器晶体尺寸为16.7×4.4×2mm3,像素电极尺寸为1.8×0.9mm2。将封装好的线阵光子计数型CdZnTe探测器与读出电路系统相连接,然后将计数率测试系统放入屏蔽铅室内,调整位置使其处于X射线源的正下方,探测器与X射线源的距离约为45cm,加负高压,使X射线从探测器阴极入射。设定光机管电压为80KV,管电流范围为0.01-0.6mA。测试结果如图2所示。
其他条件不变,测试不同工作偏压下两块CdZnTe探测器计数率随X射线剂量的变化,工作偏压范围为-300V~-600V,测试结果如图3所示。从图中得出-600V偏压时探测器计数率特性最好。保持在此偏压下,其他条件不变,测试不同工作温度下两块CdZnTe探测器计数率随X射线剂量的变化,工作温度范围为25~35℃,测试结果如图4所示。从图中得出33.3℃时探测器计数率特性最好。保持-600V偏压,33.3℃下其他条件不变,测试不同工作波长亚禁带光与强度下两块CdZnTe探测器计数率随X射线剂量的变化,测试结果如图5所示.对于1550nm以上和1050nm以下亚禁带光无明显影响,选用1200nm和1300nm亚禁带光以及按实际情况取不同的光强大小,光强越大改善越明显。
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