高能X射線工業(yè)CT氣固混合型電子倍增輻射探測器探索研究.pdf

1、工業(yè)計算機層析成像技術(Industrial Computed Tomography，簡稱工業(yè)CT)能直觀、清晰、準確地檢測被測物體斷面內部的結構組成、密度變化以及缺陷的性質、位置及大小，被人們喻為最佳、最具發(fā)展前景的無損檢測技術之一。高能工業(yè)CT采用電子直線加速器為X射線源，具有穿透力更強、檢測精度更高、掃描速度更快等特點，滿足了航空航天、國防軍工以及交通運輸(如高速鐵路等)、鋼鐵冶金、地質、石油等行業(yè)的大型構件和大型裝備的特殊的無損

2、檢測需求，是保障這些特殊產品的質量與安全必不可少的重要手段，因而具有巨大的社會價值和應用價值。
　　 探測器是高能工業(yè)CT系統(tǒng)的關鍵部件，對保證高能工業(yè)CT的檢測效率、空間分辨率與密度分辨率等關鍵性能至關重要。然而，由于目前常用的閃爍體探測器存在抗輻射能力差、探測器竄擾大、環(huán)境條件要求高、制備復雜價格昂貴、電子學噪聲大動態(tài)范圍受限制等缺點，在很大程度上還不能完全滿足高能工業(yè)CT的使用要求。氣體電離室探測器具有抗輻射能力強、性能穩(wěn)

3、定可靠、成本低廉、暗電流小動態(tài)范圍大等優(yōu)點，但也存在探測效率低和體積大這兩大致命缺陷，嚴重影響高能工業(yè)CT的檢測效率及分辨率等關鍵指標。到目前為此，探測器仍是制約高能工業(yè)CT技術進一步發(fā)展的主要技術瓶頸之一，也是限制這一先進無損檢測技術普及和推廣的重要原因之一。
　　 由于閃爍體探測器受工作原理及材料性能等限制，其性能很難有大幅度的提高。氣體電離室探測器除了探測效率低和體積大兩大缺點外，具有許多閃爍探測器難已比擬的優(yōu)點，有很大的

4、發(fā)展空間和潛能。為攻克氣體電離室探測效率低、體積大這兩大難題，由國家自然科學基金項目和重慶市科技攻關項目資助，深入研究和探討了高能X射線輻射探測理論、氣體電子倍增(GEM)機理等相關理論，提出了高能工業(yè)CT新型氣固混合型電子倍增輻射探測器方案，并搭建了實驗測試平臺，為新型氣體電離室探測器的實際應用奠定了理論和實驗基礎。主要工作如下：
　　 (1)通過分析高能X射線工業(yè)CT目前發(fā)展遇到的問題和技術瓶頸，結合我國高能工業(yè)CT目前的發(fā)

5、展狀況，全面地比較、分析和總結了高能工業(yè)CT目前常用探測器的優(yōu)點和不足，提出本論文總體研究思路和研究工作要點。
　　 (2)通過對電子直線加速器高能脈沖X射線輻射探測理論和氣體電子倍增(GEM)機理等相關理論的深入研究和探討，結合高能工業(yè)CT的特殊結構，創(chuàng)新性地提出了新型氣固混合型電子倍增輻射探測器方案。通過創(chuàng)新性地采用薄高密度金屬片作為光電轉換體來提高氣體電離室探測器效率，用GEM(電子倍增器)來減小氣室體積的全新的氣固混和型

6、探測器結構方式，解決了傳統(tǒng)氣體電離室探測器探測效率低、體積大這兩大難題，為高能X射線工業(yè)CT提供性能優(yōu)良、價格低廉的探測器開拓了新的途徑。
　　 (3)建立基于GEM電子倍增原理的高能工業(yè)CT氣固混合型電子倍增輻射探測器物理模型，用理論分析和計算機仿真相結合的方法，對探測器方案的可行性進行了理論分析和論證。
　　 (4)根據(jù)理論計算和仿真結果，試制了探測器樣品，并設計了相關的觀察和測試實驗。在現(xiàn)有高能工業(yè)CT實驗研究平臺

7、的基礎上，搭建了探測器實驗平臺，并完成了相關的實驗測試。實驗中用示波器直觀地觀測到了探測器單元輸出模擬信號的波形、幅值大小，測量了探測器輸出信號強度與輸入的X射線強度變化，表明探測器不僅具備把X射線粒子轉換為電信號的基本功能，而且其輸出信號強度與X射線強度存在良好的線性關系，證明了探測器方案的可行性。通過實驗，也發(fā)現(xiàn)了探測器存在諸多問題和不足，為進一步提高探測器性能和最終實現(xiàn)產品化、實用化奠定了基礎。
　　 最后，總結了全文研究