本公開涉及粒子徑跡探測(cè)及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

探測(cè)粒子并提取其基本性質(zhì)是人類深入微觀世界的一種主要途徑與手段，通過對(duì)粒子徑跡的識(shí)別可以獲得粒子的強(qiáng)度、能量、位置、方向等信息。

目前，傳統(tǒng)的線陣列、面陣列探測(cè)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度分辨，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)粒子徑跡的識(shí)別。采用體陣列型探測(cè)器，例如層間走向彼此交錯(cuò)的閃爍體陣列，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)粒子徑跡的識(shí)別，但是由于層間走向不一致，使體陣列的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

由上可知，傳統(tǒng)的線陣列、面陣列探測(cè)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)粒子徑跡的識(shí)別。雖然采用體陣列型探測(cè)器能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)粒子徑跡的識(shí)別，但是由于體陣列的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，以致加工難度大，加工成本高。

需要說明的是，上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的目的在于提供一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置，進(jìn)而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個(gè)或者多個(gè)問題。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置，包括：

閃爍體，用于基于粒子在所述閃爍體中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生閃爍光；

微結(jié)構(gòu)陣列，用于調(diào)制所述閃爍光，并將調(diào)制后的所述閃爍光導(dǎo)向一光探測(cè)元件；

所述光探測(cè)元件，用于接收調(diào)制后的所述閃爍光；

粒子徑跡探測(cè)單元，用于基于所述光探測(cè)元件接收到的所述閃爍光計(jì)算出產(chǎn)生所述閃爍光的位置，并根據(jù)產(chǎn)生所述閃爍光的位置計(jì)算出粒子徑跡。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列由多個(gè)微結(jié)構(gòu)組成，其中，所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)形成線陣列或面陣列。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列覆蓋在所述閃爍體的全部或部分表面。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列通過閃爍體表面加工、閃爍體表面鍍膜或?qū)⑺鑫⒔Y(jié)構(gòu)制作為獨(dú)立的器件并通過耦合介質(zhì)進(jìn)行耦合中的任何一種方式制成。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列采用透鏡陣列、棱鏡陣列或光學(xué)調(diào)制微結(jié)構(gòu)中的任意一種。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列與所述光探測(cè)元件以緊密結(jié)合或留有間隙的方式耦合。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列與所述光探測(cè)元件之間還包括一耦合介質(zhì)。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述耦合介質(zhì)的種類至少為一種，其中，所述耦合介質(zhì)能被所述閃爍光或者一部分所述閃爍光穿透。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列與所述閃爍體以緊密結(jié)合或留有間隙的方式耦合。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)陣列與所述閃爍體通過一種或多種介質(zhì)耦合。

本公開一種示例性實(shí)施例提供的基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置，利用微結(jié)構(gòu)陣列將閃爍體中粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的閃爍光調(diào)制后導(dǎo)向光探測(cè)元件，并基于光探測(cè)元件接收到的閃爍光計(jì)算出產(chǎn)生閃爍光的位置，進(jìn)而計(jì)算出粒子徑跡。一方面，通過上述裝置實(shí)現(xiàn)了粒子徑跡的識(shí)別。另一方面，采用微結(jié)構(gòu)陣列，降低了加工難度，進(jìn)一步的，也降低了加工成本。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

通過參照附圖來詳細(xì)描述其示例實(shí)施例，本公開的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本公開一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置的框圖。

圖2為本公開一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施例。然而，示例實(shí)施例能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將全面和完整，并將示例實(shí)施例的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施例中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本公開的實(shí)施例的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以實(shí)踐本公開的技術(shù)方案而沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者可以采用其它的方法、組元、材料、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知技術(shù)方案以避免模糊本公開的各方面。

此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按照比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同或相似的部分，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。

本示例實(shí)施例中，提供了一種基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置。參照?qǐng)D1、圖2所示，該基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置100可以包括：閃爍體101、微結(jié)構(gòu)陣列102、所述光探測(cè)元件103、粒子徑跡探測(cè)單元104。其中：

閃爍體101可以用于基于粒子在所述閃爍體101中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生閃爍光106。

微結(jié)構(gòu)陣列102可以用于調(diào)制所述閃爍光106，并將調(diào)制后的所述閃爍光106導(dǎo)向一光探測(cè)元件103。

所述光探測(cè)元件103可以用于接收調(diào)制后的所述閃爍光106。

粒子徑跡探測(cè)單元104可以用于基于所述光探測(cè)元件103接收到的所述閃爍光106計(jì)算出產(chǎn)生所述閃爍光106的位置，并根據(jù)產(chǎn)生所述閃爍光106的位置計(jì)算出粒子徑跡107。

本示例實(shí)施例提供的基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置，一方面，通過上述裝置實(shí)現(xiàn)了粒子徑跡的識(shí)別。另一方面，采用微結(jié)構(gòu)陣列，降低了加工難度，進(jìn)一步的，也降低了加工成本。

下面，將參照?qǐng)D1、圖2對(duì)本示例實(shí)施例中的基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置的各部分進(jìn)行更詳細(xì)的說明。

閃爍體101可以用于基于粒子在所述閃爍體101中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生閃爍光106。

在本示例性實(shí)施例中，所述閃爍體101為一類吸收高能粒子或射線后能夠發(fā)光的材料。所述閃爍體101可以為連續(xù)的閃爍體，也可以由多個(gè)閃爍體堆疊而成，本示例性實(shí)施例對(duì)此不做特殊限定。所述閃爍體101的材料可以為晶體(如BGO、LSO、LYSO、CsI等)，也可以為有機(jī)材料(如塑料)。所述閃爍體101的形態(tài)可以為液態(tài)，也可以為者其它形態(tài)。所述閃爍體101的形狀可以是立方體，也可以是其他形狀，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景確定閃爍體的形狀。所述粒子為能在閃爍體101中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生閃爍光106的帶電粒子或中性粒子，例如，電子、質(zhì)子、離子、光子、中子等。

微結(jié)構(gòu)陣列102可以用于調(diào)制所述閃爍光106，并將調(diào)制后的所述閃爍光106導(dǎo)向光探測(cè)元件103。

在本示例性實(shí)施例中，上述調(diào)制所述閃爍光106是指將閃爍光106進(jìn)行聚焦。具體而言，微結(jié)構(gòu)陣列102將粒子在閃爍體101中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的閃爍光106進(jìn)行聚焦，并將聚焦后的閃爍光106導(dǎo)向一光探測(cè)元件103。通過采用微結(jié)構(gòu)陣列102，降低了加工難度，進(jìn)一步的，也降低了加工成本。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102可以由多個(gè)微結(jié)構(gòu)陣列組成，其中，所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)陣列形成線陣列或面陣列。進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102覆蓋在所述閃爍體101的全部或部分表面。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102可以通過以下方式制成：一、可以在閃爍體101的表面進(jìn)行加工得到微結(jié)構(gòu)陣列102。二、可以通過在閃爍體101表面鍍膜形成微結(jié)構(gòu)陣列102。三、可以先將微結(jié)構(gòu)制作成獨(dú)立的器件，然后將多個(gè)獨(dú)立的器件通過耦合介質(zhì)(例如光學(xué)膠)進(jìn)行耦合得到微結(jié)構(gòu)陣列102。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102可以采用透鏡陣列、棱鏡陣列或光學(xué)調(diào)制微結(jié)構(gòu)中的任意一種。例如，所述微結(jié)構(gòu)陣列102可以采用透鏡陣列，在閃爍光106通過透鏡陣列時(shí)，透鏡陣列對(duì)閃爍光106進(jìn)行聚焦，并將聚焦后的閃爍光106導(dǎo)向光探測(cè)元件103。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101可以通過以下方式進(jìn)行耦合：一、所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101可以以緊密結(jié)合或留有間隙的方式耦合，具體而言，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101可以緊密的結(jié)合在一起，也可以在所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101之間留有一定的間隙。二、所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101可以通過一種或多種介質(zhì)耦合。具體而言，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述閃爍體101可以通過一種介質(zhì)進(jìn)行耦合，也可以通過多種不同的介質(zhì)進(jìn)行耦合。

所述光探測(cè)元件103可以用于接收調(diào)制后的所述閃爍光106。

在本示例性實(shí)施例中，所述光探測(cè)元件103可以是光電轉(zhuǎn)換器(例如光電倍增管、硅光電倍增管、CCD、EMCCD等)，也可以是其它具有位置分辨能力的光探測(cè)元件，也可以是包括光探測(cè)元件的探測(cè)系統(tǒng)，本示例性實(shí)施例對(duì)此不做特殊限定。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103可以通過以下方式進(jìn)行耦合：一、所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103可以以緊密結(jié)合或留有間隙的方式耦合。具體而言，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103可以緊密的結(jié)合在一起，也可以在所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103之間留有一定的間隙。二、所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103之間還可以包括一耦合介質(zhì)105。所述耦合介質(zhì)105的種類至少為一種，其中，所述耦合介質(zhì)105能被所述閃爍光106或者一部分所述閃爍光106穿透。具體而言，所述微結(jié)構(gòu)陣列102與所述光探測(cè)元件103之間可以通過一耦合介質(zhì)105進(jìn)行耦合。進(jìn)一步的，所述耦合介質(zhì)105的種類可以為一種，也可以為兩種以上。需要說明的是，不管使用幾種耦合介質(zhì)105進(jìn)行耦合，都必須能讓閃爍光106全部穿透耦合介質(zhì)105或者讓一部分閃爍光106穿透耦合介質(zhì)105。參照?qǐng)D2所示，光探測(cè)元件103與微結(jié)構(gòu)陣列102通過耦合介質(zhì)105進(jìn)行耦合。

在另一示例性實(shí)施例中，閃爍體101、微結(jié)構(gòu)陣列102、耦合介質(zhì)105以及光探測(cè)元件103的尺寸和位置關(guān)系可以根據(jù)粒子徑跡深度、微結(jié)構(gòu)陣列以及光探測(cè)元件成最佳的物象關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于深度效應(yīng)，所以嚴(yán)格的物象關(guān)系難以完全成立，因此也可以根據(jù)實(shí)際探測(cè)位置參考物象關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。進(jìn)一步的，閃爍體101、微結(jié)構(gòu)陣列102、耦合介質(zhì)105以及光探測(cè)元件103的覆蓋面積可以按照閃爍光106的收集方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

粒子徑跡探測(cè)單元104可以用于基于所述光探測(cè)元件103接收到的所述閃爍光106計(jì)算出產(chǎn)生所述閃爍光106的位置，并根據(jù)產(chǎn)生所述閃爍光106的位置計(jì)算出粒子徑跡107。

在本示例性實(shí)施例中，首先，粒子徑跡探測(cè)單元基于光探測(cè)元件接收到的閃爍光的位置，并通過閃爍光的折射關(guān)系計(jì)算出產(chǎn)生閃爍光的位置。然后，根據(jù)產(chǎn)生所述閃爍光的位置得到產(chǎn)生閃爍光的位置的分布，并基于產(chǎn)生閃爍光的位置的分布計(jì)算出粒子的徑跡。本示例性實(shí)施例通過微結(jié)構(gòu)陣列對(duì)閃爍光進(jìn)行調(diào)制，并根據(jù)調(diào)制后的閃爍光計(jì)算出產(chǎn)生閃爍光的位置，進(jìn)而計(jì)算出粒子的徑跡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)粒子徑跡的識(shí)別。

下面，對(duì)本示例實(shí)施例中的基于微結(jié)構(gòu)陣列的粒子徑跡探測(cè)裝置的運(yùn)行過程進(jìn)行詳細(xì)的說明。

首先，在一粒子入射到所述閃爍體101中時(shí)，基于粒子在閃爍體101中的運(yùn)動(dòng)激發(fā)閃爍體101產(chǎn)生閃爍光106。然后，微結(jié)構(gòu)陣列102對(duì)閃爍光106進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的閃爍光106導(dǎo)向光探測(cè)元件103。再然后，光探測(cè)元件103接收調(diào)制后的閃爍光106。最后，粒子徑跡探測(cè)單元104基于所述光探測(cè)元件103接收到的所述閃爍光106計(jì)算出產(chǎn)生所述閃爍光106的位置，并根據(jù)產(chǎn)生所述閃爍光的位置計(jì)算出粒子徑跡107。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本公開的其它實(shí)施例。本申請(qǐng)旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本公開的一般性原理并包括本公開未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本公開的真正范圍和精神由權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本公開的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限。