基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伽馬射線的能譜探測，特別是強(qiáng)場激光驅(qū)動的超快伽馬射線的能譜探測。
技術(shù)背景
[0002]伽馬射線的探測，一般是基于對伽馬射線與物質(zhì)相互作用過程(光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對產(chǎn)生等)中產(chǎn)生的次級電子的探測。
[0003]先技術(shù)[I](參見張健雄，張進(jìn)，姚洪略.一種便攜式天然伽馬能譜測量儀及其穩(wěn)譜原理[J].核技術(shù)，2005，28 (8):637-640)采用閃爍探測器測量伽馬能譜。它的工作原理如下:射線進(jìn)入到閃爍體中與閃爍體相互作用，使閃爍體的原子、分子電離和激發(fā)；被電離、激發(fā)的原子、分子退激時，一部分電離、激發(fā)能量以光輻射的形式釋放出來，形成閃爍；閃爍光的一部分被收集到光電倍增管的光陰極上；光子被光電陰極吸收后，發(fā)射出光電子；光電子在光電倍增管中倍增，倍增的電子束在陽極上被收集，產(chǎn)生輸出信號。不過，由于強(qiáng)場激光驅(qū)動產(chǎn)生的伽馬光脈沖飛秒量級。在這種輻射場中，由于死時間和堆積效應(yīng)，由閃爍探測器得到的光譜被嚴(yán)重?fù)p害。不同光子沉積在探測器上的能量必須被分開，而使用閃爍探測器，每個輻射脈沖至多只能記錄一個光子的能量。因此目前無法由探測器直接得到超快伽馬光能譜。
[0004]先技術(shù)[2](參見D.J.Corvan, G.Sarri, M.Zepf.Design of a compactspectrometer for high-flux MeV gamma-ray beams [J].Review of ScientificInstruments, 2014,85(6):065119)通過測量康普頓散射中電子的能譜分布來推出伽馬射線的能譜，這種譜儀主要組件有:磁偏轉(zhuǎn)儀、準(zhǔn)直儀、Li靶、IP板和屏蔽室。超快伽馬射線入射到Li靶，出射的伽馬射線和正負(fù)電子通過鉛準(zhǔn)直孔，濾掉散射角度較大的粒子；其后通過磁偏轉(zhuǎn)儀將三種粒子分開，同時用IP板記錄出射的正負(fù)電子信息。然后通過反演，可以得到超快伽馬光的能譜。這種方式可以測量3-20MeV的能譜，無法測量較低能量范圍的伽馬光，而且精度較低，為IMeV。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服在先技術(shù)的不足，提出一種基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，該儀器精度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用靈活。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特點(diǎn)在于，包括沿超快伽馬射線的入射方向依次放置的閃爍光纖陣列和探測器陣列，該探測器陣列的輸出端與分析器的輸入端相連。
[0008]所述的閃爍光纖陣列由多個閃爍光纖沿二維方向周期排布組成；所述的探測器陣列由同樣多的探測器沿二維空間周期排布組成。
[0009]所述的閃爍光纖陣列和所述的探測器陣列在二維空間的行數(shù)m和列數(shù)η均相同，mXn ^ 900。
[0010]所述的閃爍光纖由閃爍晶體和包裹在該閃爍晶體外的包層構(gòu)成，所述的閃爍晶體的折射率比所述的包層的折射率低。
[0011]所述的閃爍光纖的出射端中心與其對應(yīng)的探測器的中心的連線垂直于該探測器的表面，所述的超快伽馬射線的入射方向與該連線重合。
[0012]與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0013]1.每根閃爍光纖與其對應(yīng)的探測器構(gòu)成各自獨(dú)立的超快伽馬射線的探測通道，避免了光子在探測器中串?dāng)_的問題。
[0014]2.測量通道多，優(yōu)選不少于900個，探測精度高，小于lOOKeV。
[0015]3.結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用靈活。整臺儀器組件少，各個組件之間連接緊湊?？梢酝ㄟ^改變閃爍光纖長度來滿足不同的應(yīng)用需求，探測的靈活性高。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖2為閃爍光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為單通道探測示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，由圖可見，一種基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，包括閃爍光纖陣列1、探測器陣列2、分析器3。其位置關(guān)系是:沿超快伽馬射線的入射方向，經(jīng)過所述的閃爍光纖陣列1，入射至所述的探測器陣列2上，所述的探測器陣列2和所述的分析器3之間電氣連接。所述的閃爍光纖陣列I將伽馬射線轉(zhuǎn)換成可見光并引導(dǎo)光的傳輸，所述的探測器陣列2將可見光轉(zhuǎn)換成電信號，所述的分析器3對接收到的電信號進(jìn)行處理后輸出能譜信息。
[0021]所述的閃爍光纖陣列I由閃爍光纖11沿二維周期排布組成。閃爍光纖11有兩種作用:一是能將伽馬射線轉(zhuǎn)換成可見光；二是利用全反射引導(dǎo)光的傳輸。
[0022]所述的探測器陣列3由探測器31沿二維空間周期排布組成。
[0023]所述的閃爍光纖陣列I和所述的探測器陣列3在二維方向的行數(shù)m和列數(shù)η均相同，且mXn彡900。閃爍光纖11出射端Ell的中心與對應(yīng)的探測器21的中心的連線垂直于該探測器21的表面。
[0024]本發(fā)明超快伽馬射線譜儀可較精確測量lOOKeV-lOMeV能量范圍內(nèi)的超短伽馬射線。為不少于900個相互獨(dú)立的單通道組成，避免了光子在探測器中串?dāng)_的問題，測量精度高，小于10KeV0
[0025]圖2為閃爍光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。閃爍光纖由閃爍晶體111和包層112組成，其中，閃爍晶體111的折射率比包層112的折射率低。
[0026]圖3為單通道探測示意圖。超快伽馬射線SI經(jīng)過閃爍光纖11后轉(zhuǎn)換成可見光S2，可見光S2在光纖中經(jīng)過幾次全反射后出射至空氣中成為光線S3，光線S3入射至探測器21上轉(zhuǎn)換成電信號，至此完成伽馬射線到電信號的轉(zhuǎn)換。
【主權(quán)項】
1.一種基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特征在于，包括沿超快伽馬射線的入射方向依次放置的閃爍光纖陣列(I)和探測器陣列(2)，該探測器陣列(2)的輸出端與分析器(3)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特征在于，所述的閃爍光纖陣列由多個閃爍光纖(11)沿二維方向周期排布組成；所述的探測器陣列由同樣多的探測器(21)沿二維空間周期排布組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特征在于，所述的閃爍光纖陣列和所述的探測器陣列在二維空間的行數(shù)m和列數(shù)η均相同，mXn ^ 900。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特征在于，所述的閃爍光纖由閃爍晶體(111)和包裹在該閃爍晶體(111)外的包層(112)構(gòu)成，所述的閃爍晶體的折射率比所述的包層的折射率低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，其特征在于，所述的閃爍光纖的出射端的中心與其對應(yīng)的探測器的中心的連線垂直于該探測器的表面，所述的超快伽馬射線的入射方向與該連線重合。
【專利摘要】一種基于閃爍光纖陣列的超快伽馬射線能譜測量儀，包括沿超快伽馬射線的入射方向依次放置的閃爍光纖陣列和探測器陣列，該探測器陣列的輸出端與分析器的輸入端相連。本發(fā)明通過每根閃爍光纖與其對應(yīng)的探測器構(gòu)成各自獨(dú)立的超快伽馬射線的探測通道，避免了光子在探測器中串?dāng)_的問題，具有探測精度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用靈活的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01T1-36
【公開號】CN104730564
【申請?zhí)枴緾N201510102778
【發(fā)明人】曾愛軍, 陳立群, 沈百飛, 齊紅基, 黃惠杰
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月10日