高性能X射線探測(cè)器及探測(cè)系統(tǒng)的研究.pdf

1、工業(yè)CT(Industrial Computed Tomography，簡(jiǎn)稱(chēng)ICT)是無(wú)損檢測(cè)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(cè)對(duì)象有普通工件、導(dǎo)彈、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、軍工品、軍用密封組件，西方發(fā)達(dá)國(guó)家均投入了大量的人力、物力對(duì)其深入研究。ICT主要由射線探測(cè)技術(shù)、機(jī)械與自動(dòng)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(cè)技術(shù)是工業(yè)CT無(wú)損檢測(cè)的核心，它將X射線所攜帶的光子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字系統(tǒng)處理的電信號(hào)，為整個(gè)CT

2、系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)、最重要的數(shù)據(jù)。該測(cè)量技術(shù)直接影響到整個(gè)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(cè)器，本課題詳細(xì)參考了國(guó)內(nèi)外工業(yè)CT探測(cè)器的特點(diǎn)，對(duì)影響探測(cè)系統(tǒng)性能的各項(xiàng)技術(shù)作了深入研究。針對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)CT的應(yīng)用情況，本文以CsI(Tl)、CdWO4等無(wú)機(jī)閃爍晶體作為X射線探測(cè)器，根據(jù)X射線與物質(zhì)相互作用的原理，構(gòu)建了探測(cè)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(cè)器的探

3、測(cè)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(shí)，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(shí)，綜合性能指標(biāo)能達(dá)到較滿(mǎn)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(duì)于高能X射線(＞1MeV)，這兩種閃爍體更能發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)。
　　 對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的X射線探測(cè)系統(tǒng)，探測(cè)器(

4、或探測(cè)晶體)優(yōu)越的性能指標(biāo)是一個(gè)重要的提前，但探測(cè)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(duì)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(guò)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(cè)、閃爍體三者之間的幾何位置關(guān)系對(duì)CT系統(tǒng)的空間分辨率有重要影響。
　　 使用Monte Carlo仿真與