高性能X射線探測器及探測系統(tǒng)的研究.pdf

1、工業(yè)CT(Industrial Computed Tomography，簡稱ICT)是無損檢測的一種重要手段，廣泛應(yīng)用于航天、航空、鑄造等領(lǐng)域，檢測對象有普通工件、導(dǎo)彈、火箭發(fā)動機(jī)、軍工品、軍用密封組件，西方發(fā)達(dá)國家均投入了大量的人力、物力對其深入研究。ICT主要由射線探測技術(shù)、機(jī)械與自動控制技術(shù)和圖像處理技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)組成，其中，X射線檢測技術(shù)是工業(yè)CT無損檢測的核心，它將X射線所攜帶的光子信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字系統(tǒng)處理的電信號，為整個CT

2、系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)、最重要的數(shù)據(jù)。該測量技術(shù)直接影響到整個工業(yè)CT系統(tǒng)的性能指標(biāo)和應(yīng)用效果。
　　 為設(shè)計(jì)高性能的X射線探測器，本課題詳細(xì)參考了國內(nèi)外工業(yè)CT探測器的特點(diǎn)，對影響探測系統(tǒng)性能的各項(xiàng)技術(shù)作了深入研究。針對國內(nèi)工業(yè)CT的應(yīng)用情況，本文以CsI(Tl)、CdWO4等無機(jī)閃爍晶體作為X射線探測器，根據(jù)X射線與物質(zhì)相互作用的原理，構(gòu)建了探測器性能仿真的物理數(shù)學(xué)模型。用Monte Carlo(蒙特卡羅)方法，仿真計(jì)算了探測器的探

3、測效率、串?dāng)_率等性能指標(biāo)，找出X射線能量從100KeV到450KeV、1MeV到3MeV變化時，最合理的閃爍體材料和最佳閃爍體尺寸設(shè)計(jì)。模擬結(jié)果表明：CsI(Tl)和NaI(Tl)晶體在能量100 KeV～450KeV時，綜合性能指標(biāo)能達(dá)到較滿意的結(jié)果； BGO和CdWO4等高密度的閃爍體，可應(yīng)用于不同的能量范圍，但對于高能X射線(＞1MeV)，這兩種閃爍體更能發(fā)揮它們的優(yōu)勢。
　　 對于設(shè)計(jì)一個高性能的X射線探測系統(tǒng)，探測器(

4、或探測晶體)優(yōu)越的性能指標(biāo)是一個重要的提前，但探測晶體之間的串?dāng)_、光傳輸與收集效率、幾何位置等因素也起著至關(guān)重要的作用，本文對此也作了詳細(xì)的論述與研究。減少串?dāng)_率的有效方法是在相鄰閃爍晶體間加入鉛或鎢等重金屬隔離層，通過在閃爍體表面包上漫反射材料、在出光面耦合與閃爍體折射率相同的粘合劑可以提高光的傳輸與收集效率。射線源、被檢測、閃爍體三者之間的幾何位置關(guān)系對CT系統(tǒng)的空間分辨率有重要影響。
　　 使用Monte Carlo仿真與