專利名稱：一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器的制作方法
技術領域：
本發明屬于輻射成像領域，特別涉及一種基于GEM (Gas Electron Multiplier,氣體電 子倍增器)膜的計數式線陣成像探測器。
背景技術：
線陣成像探測器在以DR、 CT等為代表的安檢、醫學、無損檢測等領域有著廣泛的應用， 目前普遍采取的探測器大都是閃爍晶體耦合光電二極管陣列或氣體電離室陣列，由于探測器 時間分辨能力、電子學噪聲等的限制， 一般采用積分模式，系統動態范圍較小且所需射線源 劑量大。
GEM等新型微單元結構氣體探測器的出現為研制新型氣體線陣探測器提供了可能。GEM的 單元尺度都在100pni左右，既有良好的位置分辨率，也有較高的計數率上限(可以達到106mnT 2.s '以上)。GEM膜本身可以設計加工成許多不同形狀和大小；探測器的高壓電極與讀出電極 相互獨立，結構堅固；讀出電極可以采用任意形狀和排列；通過多層疊加，可以降低單層的 工作電壓，使探測器既安全又具有較高增益。
本發明選用GEM膜作為電子倍增器件，利用其高增益，將射線初始電離產生的極少量的 電子放大幾個量級，由讀出電極條收集讀出。電路工作在計數方式，大大增加了動態范圍， 在保證圖象質量的前提下，可以大大降低射線源劑量，同時可以實現雙能或多能成像。
發明內容
本發明提供一種基于微單元結構氣體探測器GEM膜的線陣成像探測器。探測器結構簡單， 空間分辨率高，工作在計數模式，動態范圍大，同時可以實現雙能或多能成像。
一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，該成像探測器包括密閉氣室(1)、 漂移電極(2)、 2 3層GEM膜(3)、讀出PCB板(4)、讀出電極(5)、高壓輸入(6)及高 壓分壓電阻串(7)、數據獲取系統(DAQ) (8)、數據處理及顯示計算機(PC) (9)。其中，漂移電極(2)、 2 3層GEM膜(3)、讀出PCB板(4)、讀出電極(5)、高壓分壓電阻串(7) 都置于密閉氣室(1)中。密閉氣室(1)中最上方一層是漂移電極(2),加有高壓輸入(6)， 以下是2 3層GEM膜(3)，以一定的間距層疊在讀出PCB板(4)上。漂移電極(2)、 2 3 層GEM膜(3)的上下表面通過高壓分壓電阻串(7)依此施加上不同的負高壓，單層GEM膜 上下表面電位差根據不同的工作氣體和增益可以為300 400伏。密閉氣室(1)中充滿工作 氣體，并在密閉氣室(1)的一側開有射線入射窗(10)，射線沿入射方向(11)入射到探測 器中由漂移電極(2)和第一層GEM組成的漂移區，并在此電離產生電子，電子在電場的作用 下，經過GEM的雪崩放大，收集到讀出電極(5)上，由數據獲取系統(DAQ) (8)進行放大、 甄別、并輸入到數據處理及顯示計算機(PC) (9)中進行顯示、處理。
數據獲取系統(DAQ) (8)的框圖參見附圖二。該電路包括放大器l、...放大器N;甄 別器l、…甄別器N;計數器l、...計數器N;多能量閾甄別電路等。從N個讀出電極(5)輸 出的信號分別經放大器1至放大器N放大成形、然后經甄別器l、...甄別器N進行噪聲甄別， 隨后送入N個計數器計數。為了實現能量甄別，將最下一層的GEM膜下表面輸出信號送到多 能量甄別電路進行多能量閾甄別，然后編碼產生能量閾標志信號，并送入各通道的計數器， 計數器根據這些標志信號，控制相應的計數器完成累積計數，隨后輸入到計算機產生計算機 圖像。
本發明結構簡單，空間分辨率高，工作在計數模式，動態范圍大，在保證圖象質量的前 提下，可以大大降低所需的射線源劑量，降低了整體成本，能實現雙能或多能成像。
圖l是本發明的結構示意圖。 圖2是讀出電路的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明。
參見附圖l，圖l是本發明的結構示意圖。其中，l一密閉氣室、2—漂移電極、3—GEM 膜、4一讀出PCB板、5—讀出電極、6—高壓輸入、7 —高壓分壓電阻串、8—數據獲取系統(DAQ)、 9一數據處理及顯示計算機(PC)、 IO—射線入射窗、ll一射線沿入射方向。 一種基于GEM的線陣成像探測器，包括密閉氣室(1)、漂移電極(2)、 2 3層GEM膜(3)、讀出PCB板(4)、 讀出電極(5)、高壓輸入(6)及高壓分壓電阻串(7)、數據獲取系統DAQ (8)、數據處理及 顯示計算機PC (9)。其中，密閉氣室(1)充有工作氣體。工作氣體可以以氖、氬、氙等惰 性氣體為主，并加入二氧化碳、甲垸等淬滅性氣體。漂移電極(2)、 2 3層GEM膜(3)、讀 出PCB板(4)、讀出電極(5)、高壓分壓電阻串(7)都置于密閉氣室(1)中。最上方一層 是漂移電極(2)， 一般為鍍鋁麥勒(Mylar)膜，加有高壓輸入(6)。以下是2 3層加框的 GEM膜(3)，框可以采用G10板加工，通過調整框的厚度并輔以墊塊，將幾層GEM膜以一定 的間距層疊在(4)上，間距一般為幾個毫米。漂移電極(2)、 2 3層GEM膜(3)的上下表 面通過高壓分壓電阻串(7)依此施加上不同的負高壓，電勢的高低按漂移電極(2)、第一層 GEM膜的上、下表面、第二層GEM膜的上、下表面、第三層GEM膜的上、下表面(如采用三 層GEM的話)、讀出電極(5)的順序逐漸升高，相成一個方向為由讀出電極(5)到漂移電極 (2)的電場。讀出電極(5)的電壓一般為虛地，通過外界電阻或前放內接大電阻接地。單 層GEM膜上下表面電位差根據不同的工作氣體和增益可以為300 400伏。密閉氣室(1)的 一側開有射線入射窗(10)。
工作時射線沿入射方向(11)由射線入射窗(10)入射到探測器中由漂移電極(2)和第 一層GEM組成的漂移區，并在此電離產生電子，電子在電場的作用下，經過GEM的雪崩放大， 收集到讀出電極(5)上，由數據獲取系統(DAQ) (8)進行放大、甄別、計數，并輸入到數 據處理及顯示計算機(PC) (9)中進行顯示、處理。
圖2是讀出電路的結構示意圖。如圖2所示，電路包括放大器l、...放大器N;甄別器 1、...甄別器N;計數器l、...計數器N;多能量閾甄別電路等。從N個讀出電極條(5)輸出 的信號分別經放大器1至放大器N放大成形、然后經甄別器l、...甄別器N進行噪聲甄別， 隨后送入N個計數器計數。放大器和甄別電路可以采用通用集成電路，也可以采用用戶專用 集成電路(ASIC)實現。為了實現能量甄別，將最下一層的GEM膜下表面輸出信號送到多能 量甄別電路進行多能量閾甄別，然后編碼產生能量閾標志信號，并送入各通道的計數器，計 數器根據這些標志信號，控制相應的計數器完成累積計數，隨后輸入到計算機產生計算機圖 像。
以上探測器可以設計成合適大小的模塊，然后通過拼接排成各種形狀，如圓弧形、L形 等，來滿足不同成像系統的探測要求。
權利要求
1、一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，其特征在于，該成像探測器包括密閉氣室(1)、漂移電極(2)、2～3層GEM膜(3)、讀出PCB板(4)、讀出電極(5)、高壓輸入(6)、高壓分壓電阻串(7)、數據獲取系統(8)、數據處理及顯示計算機(9)；漂移電極(2)、2～3層GEM膜(3)、讀出PCB板(4)、讀出電極(5)、高壓分壓電阻串(7)都置于密閉氣室(1)中；密閉氣室(1)中最上方一層是漂移電極(2)，加有高壓輸入(6)，以下是2～3層GEM膜(3)，層疊在讀出PCB板(4)上；漂移電極(2)、2～3層GEM膜(3)的上下表面通過高壓分壓電阻串(7)依此施加上不同的負高壓；密閉氣室(1)中充滿工作氣體，并在密閉氣室(1)的一側開有射線入射窗(10)，射線沿入射方向(11)入射到探測器中由漂移電極(2)和第一層GEM組成的漂移區，并在此電離產生電子，電子經過GEM的雪崩放大，收集到讀出電極(5)上，由數據獲取系統(8)進行放大、甄別、并輸入到數據處理及顯示計算機(9)中進行顯示、處理。
2、 根據權利要求1所述的一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，其特征在 于，所述工作氣體以氖、氬、氙惰性氣體為主，并加入二氧化碳、甲烷淬滅性氣體。
3、 根據權利要求1所述的一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，其特征在 于，所述漂移電極(2)為鍍鋁麥勒膜。
4、 根據權利要求l所述的一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，其特征在 于，所述2 3層GEM膜(3)單層GEM膜上下表面電位差為300 400伏。
5、 根據權利要求1所述的一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，其特征在 于，所述數據獲取系統(8)包括放大器l、...放大器N;甄別器l、...甄別器N;計數器l、 ...計數器N和多能量閾甄別電路；從N個讀出電極輸出的信號分別經放大器1至放大器N放大成形，然后經甄別器l、... 甄別器N進行噪聲甄別，送入N個計數器計數；將最下一層的GEM膜下表面輸出信號送到多能量甄別電路進行多能量閾甄別，然后編碼 產生能量閾標志信號，并送入各通道的計數器，計數器根據這些標志信號，控制相應的計數 器完成累積計數，隨后輸入到數據處理及顯示計算機(9)中。
全文摘要
一種基于氣體電子倍增器的計數式線陣成像探測器，屬于輻射成像領域。該成像探測器包括密閉氣室(1)、漂移電極(2)、2～3層GEM膜(3)等。漂移電極(2)、2～3層GEM膜(3)等都置于密閉氣室(1)中；GEM膜上下表面電位差為300～400伏；射線入射到漂移區電離，產生電子經過GEM的雪崩放大收集到讀出電極(5)上，由數據獲取系統(8)進行放大、甄別、并輸入到數據處理及顯示計算機(9)中進行處理。所述數據獲取系統(8)包括多能量閾甄別電路等。本發明選用GEM膜作為電子倍增器件，增加了動態范圍，在保證圖象質量的前提下，可以大大降低射線源劑量，降低了成本，同時可以實現雙能或多能成像。
文檔編號G01T1/16GK101290352SQ200810114919
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者李元景, 李玉蘭, 程建平 申請人:清華大學