專利名稱：：碲鋅鎘和碲化鎘x和γ射線探測器的能量補償層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型一般來說涉及一種能量補償層，特別是用于X和Y射線探測器的能量補償層，進(jìn)一步說，本發(fā)明涉及一種用于碲鋅鎘和碲化鎘x和Y射線探測器的能量補償層。
背景技術(shù)：
：在與輻射相關(guān)的領(lǐng)域，人們必須佩戴個人劑量計來記錄人體在輻射場受到的輻照量。傳統(tǒng)的被動式個人劑量計，只能在使用一段時間后，通過專用讀出設(shè)備才能得到該時間段內(nèi)受到的輻照量，無法做到實時監(jiān)控，也沒有預(yù)警和報警功能。目前，傳統(tǒng)的G-MTube探測器和硅二極管被廣泛用作直讀式個人劑量計的探測器。由于這兩種探測器的探測效率低，靈敏度差，導(dǎo)致個人劑量計無法探測低劑量、低能量的輻射，并且這些劑量計的準(zhǔn)確性偏低，所以很多國家并不把直讀式個人劑量計作為法定劑量計。碲鋅鎘探測器具有高的探測效率，高的靈敏度，如果用在個人劑量領(lǐng)域，可以彌補G-MTube探測器和硅二極管的不足。浸沒于粒子通量場(即，y，P或a射線)中的給定材料吸收的劑量當(dāng)量的量不簡單地取決于粒子流量密度(單位為cm-2)，同樣也強烈地依賴于被吸收粒子的能量。例如，在給定粒子流量密度下，單高能60keV光子的全部吸收僅產(chǎn)生在相同粒子流量密度下150keV光子全部吸收產(chǎn)生的劑量當(dāng)量的大約一半。該事實給固態(tài)劑量計的構(gòu)造提出一個顯著的難題，即，在超過低能閾時，能簡單地計數(shù)發(fā)生的核轉(zhuǎn)變數(shù)。在這種情況下，盡管知道光量子的粒子流量密度，但是每一核轉(zhuǎn)變的能量是未知的，因此劑量當(dāng)量的轉(zhuǎn)換是不準(zhǔn)確的。目前，雖然碲鋅鎘和碲化鎘探測器非常適合用于x和7輻射探測，但尚無使用碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人用X和7輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀、劑量計等檢測設(shè)備。因為在應(yīng)用過程中存在的一個技術(shù)難點是如何實現(xiàn)在20kev到3Mev能量區(qū)間的x和7輻射能量響應(yīng)的歸一化，從而將探測到的各種能量輻射轉(zhuǎn)換成滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)規(guī)定誤差范圍的個人劑量當(dāng)量和個人劑量當(dāng)量率。
實用新型內(nèi)容因此，我們發(fā)明了CdTe-和CdZnTe-基檢測器的能量補償層。該能量補償層的目的是保證通過所述檢測器計數(shù)的入射光子的數(shù)量，每^Sv/hour的劑量當(dāng)量基本上與入射粒子的能量無關(guān)。因此，指示的計數(shù)能直接轉(zhuǎn)換為劑量當(dāng)量的度量，而不需要知道核轉(zhuǎn)變的能量。從物理上說，能量補償層是一系列不同厚度尺寸并具有不同穿孔(開孔)的吸收材料。同時，這些材料優(yōu)選過濾更多(或更少)特定能量的光子以產(chǎn)生所需恒定比例的每劑量當(dāng)量的測量計數(shù)。本發(fā)明的一個方面，提供一種用于碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人x和7輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀和劑量計等檢測設(shè)備中，對輻射能量響應(yīng)進(jìn)行歸一化的能量補償層，其特征在于所述的能量補償層由一種或多種金屬層構(gòu)成。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，特征在于所述的金屬選自不銹鋼、Pb、Sn、W、Cu和Al的一種或多種。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，其中還包括一個或多個有機玻璃層。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，其中在所述的金屬層上提供有至少一個開孔。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，其中所述的每一金屬層的形狀為圓形、長方形或正方形。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，所述的金屬層數(shù)量為2-5層。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，所述的金屬層由鉛片或鎢片或鉛片鎢片的組合構(gòu)成。如本發(fā)明第一方面所述的能量補償層，其特征在于所述金屬片上開孔的面積與金屬片總面積的比在2%到20%之間。本實用新型的能量補償層，能應(yīng)用于碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人x和7輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀、劑量計等檢測設(shè)備中，對輻射能量的響應(yīng)進(jìn)行歸一化的能量補償裝置中。從而通過利用本實用新型，可以將碲鋅鎘或碲化鎘探測器應(yīng)用于輻射防護(hù)相關(guān)的劑量計、監(jiān)測儀等產(chǎn)品中，充分發(fā)揮碲鋅鎘或碲化鎘探測器靈敏度高，探測能量下限低的優(yōu)勢。以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型進(jìn)一步說明。圖l是本實用新型的能量補償層一個實施方式的示意圖。圖2是本實用新型的能量補償層另一個實施方式的示意圖。圖3是本實用新型的能量補償層又一個實施方式的示意圖。圖4是CdZnTe檢測器的能量補償層的試驗結(jié)果。具體實施方式因為能量補償層的主要目的是改變檢測器基于能量的吸收性能，但其功能性與檢測器本身是不可分離的。現(xiàn)有技術(shù)中，能量補償層已用于G-M管和Si-二極管劑量計中，但這些技術(shù)不能以有用的方式應(yīng)用到CdTe或CdZnTe檢測器中?，F(xiàn)有技術(shù)中不存在用于CdTe或CdZnTe檢測器的能量補償層。本實用新型通過理論計算與實驗，得到可用于對x和7輻射進(jìn)行歸一化的能量補償層。對于在20kev到3Mev能量區(qū)間的x和7輻射，通過該層的過濾，也就是能量響應(yīng)的歸一化，可以將碲鋅鎘或碲化鎘探測器探測到信號按簡單的正比關(guān)系轉(zhuǎn)換成個人劑量當(dāng)量和個人劑量當(dāng)量率，得到的結(jié)果滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)的相關(guān)規(guī)定。能量補償技術(shù)就是在探測器表面貼金屬片過濾層，有關(guān)能量補償技術(shù)詳見如下公開的文獻(xiàn)DAIJun，PANHong-juan,HOUXue-li,LITao-sheng，DevelopmentofPhotonEnergyCompensationforThermoluminescencePersonalDosimeter;A.V.Rybka,L.N.Davydov,I.N.Shlyakhov,V.E.Kutny，I.M.Prokhoretz,D.V.Kutny,Gamma-RadiationDosimelrywithSemiconductorCdTeandCdZnTeDetectors;禾卩A.H.D.Rasolonjatovo,T.Shiomi，T.Nakamura,H.Nishizaw,DevelopmentofGammaRayMonitorUsingCdZnTeSemiconductorDetector),其全部在此引入本發(fā)明作為參考。能量補償層的結(jié)構(gòu)首先通過蒙特卡羅算法進(jìn)行模擬和優(yōu)化，然后制作實物進(jìn)行試驗，再用試驗結(jié)果修正理論計算。通過反復(fù)的模擬與實驗，最后得到滿足要求的能量補償層。為了滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)規(guī)定的誤差要求，能量補償層使用了不銹鋼、鋁、銅、鉛、錫和鎢等金屬過濾層，每個金屬層都有一定的孔隙率。同時可以采用不銹鋼、鋁、銅、鉛、錫和鴇等不同金屬片的組合。不同系列的材料需要不同的厚度和開孔(L眼)尺寸。金屬層的外形、尺寸與探測器的外形和尺寸相關(guān)。通常金屬層的面積要大于探測器的面積，但在某些應(yīng)用場合，金屬層的面積會等于或小于探測器的面積，因此每一金屬的開孔位置與探測器的位置相關(guān)。若干金屬層組合后可實現(xiàn)更優(yōu)選的效果，因此金屬層的開孔位置是聯(lián)動的，根據(jù)不同情況，不同金屬層之間的開孔需完全重合、部分重合或完全分開。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，為吸收輻射場中的射線與金屬阻擋層相互作用產(chǎn)生的軔致輻射等射線，在金屬層之間插入有機玻璃層。下面列出本實用新型的一個具體實施方案。使用美國eV公司生產(chǎn)的長7毫米、寬3毫米、厚度為3毫米的碲鋅鎘探測器，加40伏特的偏壓，成形時間1到2微秒。該探測器上結(jié)合如圖l所示的能量補償層，其中部分[1]為長25毫米、寬20毫米、厚度為l毫米鉛片，部分[2]為長25毫米、寬20毫米、厚度為1.2毫米的中心設(shè)有直徑為0.8毫米通孔的鴿片，這兩種金屬片構(gòu)成了能量補償層。盡管該特定的能量補償層由雙層Pb和W組成，但用于CdTe-和CdZnTe-基檢測器的能量補償層能由一組材料，包括但是不局限于，不銹鋼、Pb、Sn、W、Cu和Al制造。在實際應(yīng)用中，對于每一檢測器的幾何形狀并不存在獨特的能量補償層，使用的材料、尺寸和穿孔的選擇最后決定指示計數(shù)，但取決于入射粒子能量劑量當(dāng)量的比例水平。使用^Am、"Co、^Cs和^Co等放射源進(jìn)行測量，得到下面對137。歸一化的能量響應(yīng)數(shù)據(jù)。表l試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對于角響應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)中的相應(yīng)規(guī)定。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>該特定能量補償層的實驗性能顯示于圖4中，其中在所述能量補償層平面三個不同的距離處放置不同的能量源分別進(jìn)行測量。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)對于操作員工輻射監(jiān)測器性能的標(biāo)準(zhǔn)，與入射輻射能量為50keV-1.5兆電子伏的響應(yīng)不應(yīng)該與Cs-137(千電子伏)參考y輻射源的響應(yīng)相差超過30%。用于該試驗的源和它們的能量標(biāo)注在所述圖中，所述結(jié)果已經(jīng)歸一化為銫參考值。這些結(jié)果顯示出對于10keV-約1MeV的能量范圍，可以將檢測器計數(shù)與劑量當(dāng)量恒定的比例保持在±20%的范圍之內(nèi)，所述結(jié)果也滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)規(guī)定的誤差<±30%的要求。曲線表明測量計數(shù)與劑量當(dāng)量的比例在相當(dāng)大的能量范圍內(nèi)仍基本上保持恒定。因此，測量計數(shù)能直接轉(zhuǎn)換為劑量當(dāng)量而不需要提供另外的能量信息。另外的一個顯示于圖2中的實施方式，是由鉛、鎢、銅和有機玻璃構(gòu)成的四層能量補償層，其中1是鉛、2是鉤、3是銅和4是有機玻璃。在四層中有三個圓形重疊的開孔，分布于大孔左右的兩個小孔尺寸相同。另外的一個顯示于圖3中的實施方式，是由鉛、銅和鋁構(gòu)成的三層能量補償層，其中1是鉛、2是銅及3是鋁，在三層金屬層上有一個圓形重疊的開孔。本實用新型的能量補償層，能應(yīng)用于碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人x和7輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀、劑量計等檢測設(shè)備中，對輻射能量的響應(yīng)進(jìn)行歸一化的能量補償裝置中。從而通過利用本實用新型，可以將碲鋅鎘或碲化鎘探測器應(yīng)用于輻射防護(hù)相關(guān)的劑量計、監(jiān)測儀等產(chǎn)品中，充分發(fā)揮碲鋅鎘或碲化鎘探測器靈敏度高，探測能量下限低的優(yōu)勢。權(quán)利要求1.一種用于碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人x和γ輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀和劑量計等檢測設(shè)備中，對輻射能量響應(yīng)進(jìn)行歸一化的能量補償層，其特征在于所述的能量補償層由一種或多種金屬層構(gòu)成。2.如權(quán)利要求l所述的能量補償層，特征在于所述的金屬選自不銹鋼、Pb、Sn、W、Cu和Al的一種或多種。3.如權(quán)利要求l或2所述的能量補償層，其中還包括一個或多個有機玻璃層。4.如權(quán)利要求1或2所述的能量補償層，其中在所述的金屬層上提供有至少一個開孔。5.如權(quán)利要求l或2所述的能量補償層，其中所述的每一金屬層的形狀為圓形、長方形或正方形。6.如權(quán)利要求1或2所述的能量補償層，所述的金屬層數(shù)量為2-5層。7.如權(quán)利要求1或2所述的能量補償層，所述的金屬層由鉛片或鉤片或鉛片鎢片的組合構(gòu)成。8.如權(quán)利要求1或2所述的能量補償層，其特征在于所述金屬片上開孔的面積與金屬片總面積的比在2%到20。％之間。專利摘要一種碲鋅鎘或碲化鎘探測器的能量補償層，其由選自不銹鋼、Pb、Sn、W、Cu和Al的一種或多種金屬層構(gòu)成。在10keV-約1MeV的能量范圍可以將檢測器計數(shù)與劑量當(dāng)量恒定的比例保持在±20％的范圍之內(nèi)，結(jié)果滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13161-2003)規(guī)定的誤差＜±30％的要求。適用于使用碲鋅鎘或碲化鎘探測器的個人x和γ輻射劑量當(dāng)量和劑量當(dāng)量率監(jiān)測儀、劑量計等檢測設(shè)備。文檔編號G01T7/00GK201066389SQ200720002259公開日2008年5月28日申請日期2007年2月15日優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日發(fā)明者丁洪林,德里克·貝爾,越申申請人:北京貳陸科技有限公司