交叉相關的伽瑪射線和中子探測器的制造方法
【專利摘要】提供了一種輻射探測器，具體提供了一種交叉相關的伽瑪射線和中子探測器。該輻射探測器包括：外殼；至少一個第一探測器，被設置在所述外殼內，該至少一個第一探測器被配置用來主要探測伽瑪射線輻射；至少一個第二探測器，被設置在該外殼內，該至少一個第二探測器被配置用來主要探測中子輻射；以及一個計算設備，被設置在外殼內，并且被通信地耦合至該至少一個第一探測器和該至少一個第二探測器。該計算設備被配置用來從該至少一個第一探測器接收第一數據，從該至少一個第二探測器接收第二數據，基于該第一和第二數據確定探測到的中子和伽瑪射線的數量，以及基于該第一和第二數據確定探測到的能量譜。
【專利說明】交叉相關的伽瑪射線和中子探測器
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求是非臨時申請，并且要求于2013年4月2日提交的、序號為 61/807, 367 的、"CROSS-CORRELATED GAMMA RAY AND NEUTRON DETECTOR" 的美國臨時專利 申請的優先權，由此其通過引用以其整體被合并。
【背景技術】
[0003] 在此描述的實施例一般性地涉及探測輻射，并且更具體地，涉及一種用于同時探 測伽瑪射線和中子輻射的輻射探測器。
[0004] 至少一些已知的乘客審查系統探測違禁品。如在此所使用的，術語"違禁品"指代 非法物質、爆炸物、毒品、武器、威脅物體、和/或在限制區域（諸如機場）內不允許個人擁 有的任何其他材料。違禁品探測可以包括傳感器以及控制乘客和/或貨物流量的結構的組 合。盡管在此涉及的是乘客，但可以使用在此描述的系統和方法針對違禁品掃描任何人和 /或物體（即，監視對象）。違禁品還可以包括在豁免或許可數量內可以攜帶的、意圖在安 全操作實踐之外使用的物體，諸如分散輻射設備的構造。
[0005] -種用于探測違禁品的裝置是輻射探測器。輻射探測器可以探測中子和/或伽瑪 射線輻射以識別輻射源內的一種或多種放射性核素。此外，至少一些已知的輻射探測器是 手持式的，允許便攜探測。一般來說，探測器的體積越大，可以越快地識別源放射性核素。但 是，對于至少一些已知的輻射探測器，可能難以在保持便攜性的同時增加探測器的體積。
【發明內容】
[0006] 在一方面中，提供了一種輻射探測器。該輻射探測器包括：外殼；至少一個第一 探測器，設置在所述外殼內，該至少一個第一探測器被配置用來主要探測伽瑪射線輻射；至 少一個第二探測器，設置在該外殼內，該至少一個第二探測器被配置用來主要探測中子輻 射；以及計算設備，設置在外殼內，并且被通信地耦合至該至少一個第一探測器和該至少一 個第二探測器。該計算設備被配置用來從該至少一個第一探測器接收第一數據，從該至少 一個第二探測器接收第二數據，基于該第一和第二數據確定探測到的中子和伽瑪射線的數 量，以及基于該第一和第二數據確定探測到的能量譜。
[0007] 在另一方面中，提供了一種用于探測輻射的方法。該方法包括在輻射探測器處接 收來自輻射源的輻射，其中該輻射探測器包括外殼，被配置用來主要探測伽瑪射線的至少 一個第一探測器，以及被配置用來主要探測中子的至少一個第二探測器。該方法還包括：使 用該至少一個第一探測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個；使用該至少一個第 二探測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個；在通信地耦合至該至少一個第一探 測器和該至少一個第二探測器的計算設備處接收來自該至少一個第一探測器和該至少一 個第二探測器的數據；以及基于所接收的數據使用該計算設備確定探測到的能量譜和所探 測到的中子和伽瑪射線的數量。
[0008] 在又另一方面，提供了一種用于使用包括計算設備的輻射探測器來探測輻射的方 法。該方法包括：在該計算設備處接收來自被配置用來主要探測伽瑪射線的至少一個第一 探測器的第一數據；在該計算設備處接收來自被配置用來主要探測中子的至少一個第二探 測器的第二數據；基于該第一和第二數據使用該計算設備確定探測到的中子和伽瑪射線的 數量；以及基于該第一和第二數據使用該計算設備確定探測到的能量譜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是示例性輻射探測器的示意圖。
[0010] 圖2是可以與圖1中示出的輻射探測器一起使用的示例性計算設備的方框圖。
[0011] 圖3是用于探測輻射的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 在此描述的系統和方法使用輻射探測器實現同時探測中子和伽瑪射線輻射。該輻 射探測器包括被配置用來主要探測伽瑪射線的第一探測器和被配置用來主要探測中子的 第二探測器。該輻射探測器的外殼被改變使得穿過該外殼的中子的至少部分被轉換成伽瑪 射線。耦合至該第一和第二探測器的計算設備使來自該第一和第二探測器的探測交叉相 關。
[0013] 圖1是包括輻射源102和輻射探測器104的示例性輻射探測系統100的示意圖。 輻射源102發出可被輻射探測器104探測的輻射106。在該示例性實施例中，輻射106包括 中子和伽瑪射線（即，光子）。可替代地，輻射106可以包括可由輻射探測器104探測的任 何粒子。在一些實施例中，輻射探測器104包括用于確定輻射源102位置的成像能力。輻 射探測器104促進識別輻射源102中的一個或多個源放射性核素。相應地，輻射探測器104 可以被用于各種安全應用（例如，機場安全、警察調查、邊境巡邏、威脅評估等等）。
[0014] 輻射探測器104包括殼110和放置在其中的多個組件，如在此詳細描述的。在示 例性實施例中，殼110被定形和定尺寸使得輻射探測器104可操作為便攜、手持式設備。例 如，在一個實施例中，輻射探測器104重量小于3磅（lb)并且具有大約為15英寸（in.)乘 4in.乘3in.的尺度。可替代地，殼110可以具有使得輻射探測器104能如在此描述的那樣 運轉的任何形狀和/或尺度。
[0015] 殼110由用混合入基礎材料中或應用為基礎材料內或外表面的覆蓋層的換能器 材料所改性的基礎材料組成。在該示例性實施例中，殼110是摻雜硼的塑料（例如，高密度 聚乙烯（HDPE))。可替代地，殼110可以具有使得輻射探測器104能如在此所描述的那樣運 轉的任何組成。隨著輻射106穿過殼110,該硼摻雜將輻射106中的一部分中子轉換為伽瑪 射線。更具體地，在一個實施例中，殼110將一部分中子轉換為具有477千電子伏（keV)能 量的伽瑪射線。輻射探測器104的其他組件（例如，電池（未示出））可以被類似地改變以 促進中子到伽瑪射線的轉換而不影響那些組件的主要功能。
[0016] 為了探測輻射106中的中子和伽瑪射線，輻射探測器104包括至少一個第一探測 器120和至少一個第二探測器122。如在此所使用的，探測中子或伽瑪射線涉及記錄粒子 的發生率（即，計數）和粒子的能量。第一探測器120主要探測伽瑪射線，以及第二探測器 122主要探測中子，如在此所描述的。盡管在圖1中示出兩個第一探測器120和一個第二探 測器122,但輻射探測器104可以包括能使得輻射探測器104如在此所描述的那樣運轉的任 何數量的第一探測器120和第二探測器122。例如在一些實施例中，輻射探測器104包括6 個、12個、或36個第一探測器120。在一些實施例中，輻射探測器104的配置可以允許對沒 有經歷康普頓（Compton)散射的低能量伽瑪射線的改進方向性探測。
[0017] 在該示例性實施例中，每個第一探測器120是締鋅鎘（Cadmium Zinc Telluride, CdZnTe)晶體，在此被稱為CZT探測器。可替代地，第一探測器120可以是主要探測伽瑪射 線的另一類型的探測器。例如，第一探測器120可以包括碘化鈉探測器、溴化鑭探測器、或 其他伽瑪探測器。第一探測器120位于殼110內以促進伽瑪射線（例如，通過用摻雜殼110 轉換中子來生成的477keV伽瑪射線）的優化吸收。
[0018] 第一探測器120具有針對輻射106中的伽瑪射線的相對高的分辨率（例如，小于 在662keV的半峰全寬（FWHM)的2% )。除了伽瑪射線，第一探測器120還可以從輻射106 處探測相對低數量的中子。在該示例性實施例中，每個第一探測器120具有大約15毫米 (mm)乘15mm乘10mm的尺度。可替代地，第一探測器120可以具有使得第一探測器120能 夠如在此所描述的那樣運轉的任何尺度。例如，如果每個CZT探測器的厚度減半，則殼110 內的第一探測器120的數量可以增加一倍。
[0019] 在該示例性實施例中，第二探測器122探測中子。更具體地，第二探測器122是 Cs2LiYCl6: Ce探測器，在此被稱為CLYC探測器。可替代地，第二探測器122可以是主要探 測中子的另一類型的探測器。例如，第二探測器120可以包括鉀冰晶石或塑料閃爍體。
[0020] 第二探測器122由中子減速劑126包圍，中子減速劑126將輻射106中的快速中 子減速為更容易探測的中子。在該示例性實施例中，中子減速劑126是塑料（例如，高密度 聚乙烯（HDPE))。類似于殼110,中子減速劑126可以被摻雜（例如，使用硼）以將中子轉 換為伽瑪射線。
[0021] 在該示例性實施例中，第二探測器122探測中子。第二探測器122還可以探測伽 瑪射線（例如，通過用中子減速劑126轉換中子而生成的477keV伽瑪射線）。在該示例性 實施例中，第二探測器122具有大約為在662keV的FWHM的4%的分辨率。第二探測器122 使用脈沖高度和/或脈沖形狀區別來區分中子和伽瑪射線。例如，在一個實施例中，脈沖高 度大于3兆電子伏（MeV)的粒子被分類為中子，并且脈沖高度小于3MeV的粒子被分類為伽 瑪射線。
[0022] 在該示例性實施例中，第一和第二探測器120和122被可通信地耦合至計算設備 130。計算設備130位于殼110內，并且使來自第一和第二探測器120和122的中子和伽瑪 射線探測交叉相關，如在此所描述的。
[0023] 圖2是可以與輻射探測系統（圖1中示出）一起使用的計算設備130的方框圖。 計算設備130包括至少一個存儲器設備210和被耦合至存儲器設備210用于執行指令的處 理器215。在一些實施例中，可執行指令被存儲在存儲器設備210內。在該示例性實施例 中，計算設備130通過編程處理器215執行在此描述的一個或多個操作。例如，處理器215 可以通過把操作編碼為一個或多個可執行指令以及通過在存儲器設備210內提供該可執 行指令而被編程。
[0024] 處理器215可以包括一個或多個處理單元（例如，在多核配置中）。此外，可以使 用一個或多個異構處理器系統來實施處理器215,在異構處理器系統中主處理器與輔助處 理器一起存在于單個芯片上。在另一個描述性示例中，處理器215可以是包含相同類型多 個處理器的對稱多處理器系統。此外，可以使用任何合適的可編程電路（包括一個或多個 系統和微控制器、微處理器、精簡指令集電路（RISC)、專用集成電路（ASIC)、可編程邏輯電 路、現場可編程門陣列（FPGA)、以及能夠執行在此描述的功能的任何其他電路）來實施處 理器215。在該示例性實施例中，處理器215使來自第一和第二探測器120和122 (兩者均 在圖1中示出）的數據交叉相關以確定由輻射探測器104探測的中子和伽瑪射線的數量和 能量。
[0025] 在該示例性實施例中，存儲器設備210是使得信息（諸如可執行指令和/或其他 數據）能夠被存儲和檢索的一個或多個設備。存儲器設備210可以包括一個或多個計算機 可讀介質，諸如但不限制于，動態隨機訪問存儲器（DRAM)、靜態隨機訪問存儲器（SRAM)、固 態盤、和/或硬盤。存儲器設備210可被配置用來存儲（不限制于）應用源代碼、應用對象 代碼、感興趣的源代碼部分、感興趣的對象代碼部分、配置數據、執行事件和/或任何其他 類型的數據。
[0026] 在該示例性實施例中，計算設備130包括耦合至處理器215的展示接口 220。展示 接口 220向用戶225展示信息。例如，展示接口 220可以包括顯示適配器（未示出），顯示 適配器可被耦合至顯示設備，例如陰極射線管（CRT)、液晶顯示器（LCD)、有機LED (0LED)顯 示器、和/或"電子墨水"顯示器。在一些實施例中，展示接口 220包括一個或多個顯示設 備。
[0027] 在該示例性實施例中，計算設備130包括用戶輸入接口 235。用戶輸入接口 235耦 合至處理器215并且從用戶225接收輸入。用戶輸入接口 235可以例如包括鍵盤、指向設 備、鼠標、唱針、觸摸敏感面板（例如，觸摸板或觸摸屏）、陀螺儀、加速度計、位置探測器、和 /或音頻用戶輸入接口。單個組件（諸如觸摸屏）可作為展示接口 220和用戶輸入接口 235 兩者的顯示設備。
[0028] 在該示例性實施例中，計算設備130包括耦合至處理器215的通信接口 240。通信 接口 240與一個或多個遠程設備通信。為了與遠端設備通信，通信接口 240可以例如包括 有線網絡適配器、無線網絡適配器、和/或移動電信適配器。
[0029] 在該示例性實施例中，處理器215使來自第一和第二探測器120和122的數據交 叉相關。更具體地，處理器215把由第一探測器120探測的中子和伽瑪射線的數量和能量以 及由第二探測器122探測的中子和伽瑪射線的數量和能量組合，以計算探測到的中子和伽 瑪射線的總數，以及探測到的總能量譜。探測到的中子的數量、探測到的伽瑪射線的數量、 和/或能量譜可以被顯示在例如展示接口 220上。
[0030] 為了識別輻射源102中的一個或多個源放射性核素，處理器215比較把所探測的 能量譜與包括多個參考光譜的參考庫相比較。該參考庫可以被存儲在例如存儲器設備210 中。在一些實施例中，如果使用輻射探測器104識別出特定的放射性核素，則處理器215生 成警報以警告用戶225。該警報可以包括促進警告用戶225的任何音頻和/或視覺指示。 識別的放射性核素和/或警報可以被顯示在例如展示接口 220上。
[0031] 由于計算設備130使第一和第二探測器120和122的探測交叉相關，所以為了促 進改進探測，不同探測器可以針對能量譜的不同部分被優化。也就是說，第二探測器122可 以被設計用于在第一探測器120效率低的能量譜部分中改進效率。例如，相對于第一探測 器120,第二探測器122可以是更大的探測器，使得第二探測器在探測高能量伽瑪射線時具 有更高的效率。相應地，第一和第二探測器120和122的尺寸和/或定向可以被修改以改進 輻射探測器104的探測能力。圖3是用于探測輻射的示例性方法300的流程圖。方法300 包括在輻射探測器（諸如輻射探測器104(在圖1中示出））處接收輻射（302)。該輻射探 測器包括一個外殼（諸如外殼110 (在圖1中示出））、至少一個第一探測器（諸如第一探 測器120 (在圖1中示出））、以及至少一個第二探測器（諸如第二探測器122 (在圖1中示 出））。該至少一個第一探測器被配置用來主要探測伽瑪射線，以及該至少一個第二探測器 被配置用來主要探測中子。
[0032] 該第一探測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個（304)，并且該第二探 測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個（306)。計算設備（諸如計算設備130(在 圖1和2中示出））從該第一和第二探測器接收數據（308)。根據所接收的數據，該計算設 備確定探測到的能量譜和所探測到的中子和伽瑪射線的數量（310)。
[0033] 使用在此描述的系統和方法，一種手持輻射探測器包括針對中子和伽瑪射線兩者 的探測設備，優化了輻射探測器的探測能力而不顯著增加質量和/或外形因數。輻射探測 器內的計算設備從該探測設備接收數據以確定所探測輻射的數量和能量。通過使來自探測 設備的數據交叉相關，與至少一些已知的輻射探測器相比較，在此描述的輻射探測器促進 探測額外的粒子，改進所探測能量譜的計數速率和準確率。此外，該輻射探測器的外殼被摻 雜以促進將中子轉換為容易探測的伽瑪射線。相應地，在此描述的系統和方法促進最大化 可探測的體積同時保持輻射探測器相對小的整體尺寸。
[0034] 在此描述的系統和方法可被用于探測違禁品。如在此所使用的，術語"違禁品"指 代非法物質、爆炸物、毒品、武器、特殊核物質、臟彈、核威脅材料、威脅物體、和/或在限制 區域（諸如機場）中不允許個人擁有的任何其他材料。違禁品可能被隱藏在監視對象內 (例如，在監視對象的體腔內）和/或在監視對象上（例如，監視對象的服裝下）。違禁品 還可以包括在豁免或許可數量內可以攜帶的、意圖在安全操作實踐之外使用的物體，諸如 分散輻射設備的構造。
[0035] 計算機（諸如在此描述的那些）包括至少一個處理器或處理單元和系統存儲器。 該計算機通常至少具有某種形式的計算機可讀介質。通過示例的方式但不限制，計算機可 讀介質包括計算機存儲介質和通信介質。計算機存儲介質包括以用于信息（諸如計算機可 讀指令、數據結構、程序模塊、或其他數據）存儲的任何方法或技術實施的易失和非易失、 可移除和非可移除介質。通信介質通常體現計算機可讀指令、數據結構、程序模塊、或在調 制數據信號（諸如載波）或其他傳輸機制中的其他數據，并且包括任何信息遞送介質。本 領域技術人員熟悉該調制數據信號，其具有他的特性集中的一個或多個或以這種方式改變 以編碼信號中的信息。任何上述的組合也被包括在計算機可讀介質的范圍內。
[0036] 在上面詳細地描述了用于探測輻射的方法和系統的示例性實施例。方法和系統并 不限制于在此描述的具體實施例，而是，可以獨立地或從在此描述的其他組件和/或步驟 分離地利用系統的組件和/或方法的步驟。相應地，該示例性實施例可以與在此未被具體 描述的許多其他應用結合地被實施和利用。
[0037] 在此描述的系統和方法的技術效果包括以下各項中的至少一個：a)從被配置用 來主要探測伽瑪射線的至少一個第一探測器接收第一數據；b)從被配置用來主要探測中 子的至少一個第二探測器接收第二數據； c)基于該第一和第二數據確定探測的中子和伽 瑪射線的數量；以及d)基于該第一和第二數據確定所探測的能量譜。
[0038] 盡管本發明各種實施例的具體特征可以在一些附圖中而不在其他中被示出，這僅 僅是為了方便。依照本發明的原則，可以與任何其他附圖的任何特征結合來參考和/或要 求附圖的任何特征。
[0039] 這個所寫的描述使用示例來公開本發明（包括最好模式），以及還使得本領域任 何技術人員能夠實踐該發明，包括制作和使用任何設備或系統并且執行任何合并的方法。 本發明的可專利范圍由權利要求定義，并且可以包括本領域技術人員想到的其他示例。如 果他們具有不與權利要求文字語言不同的結構元件，或如果他們包括與權利要求的文字語 言無實質性差別的等同的結構元素，這種其他示例意圖在權利要求的范圍內。
【權利要求】
1. 一種輻射探測器，包括： 外殼； 至少一個第一探測器，被設置在所述外殼內，所述至少一個第一探測器被配置用來主 要探測伽瑪射線輻射； 至少一個第二探測器，被設置在所述外殼內，所述至少一個第二探測器被配置用來主 要探測中子輻射；以及 計算設備，被設置在所述外殼內，并且被通信地耦合至所述至少一個第一探測器和所 述至少一個第二探測器，所述計算設備被配置用來： 從所述至少一個第一探測器接收第一數據； 從所述至少一個第二探測器接收第二數據； 基于該第一和第二數據確定探測到的中子和伽瑪射線的數量；以及 基于該第一和第二數據確定探測到的能量譜。
2. 如權利要求1所述的輻射探測器，其中所述至少一個第一探測器是CZT探測器。
3. 如權利要求1所述的輻射探測器，其中所述至少一個第二探測器是CLYC探測器。
4. 如權利要求1所述的輻射探測器，其中所述外殼被摻雜硼，使得通過所述外殼的中 子的至少部分被轉換為伽瑪射線。
5. 如權利要求1所述的輻射探測器，還包括圍繞所述至少一個第二探測器的中子減速 劑。
6. 如權利要求1所述的輻射探測器，其中所述至少一個第一探測器包括多個第一探測 器。
7. 如權利要求1所述的輻射探測器，其中所述輻射探測器是便攜、手持式設備。
8. -種用于探測輻射的方法，所述的方法包括： 在輻射探測器處接收來自輻射源的輻射，其中該輻射探測器包括外殼、被配置用來主 要探測伽瑪射線的至少一個第一探測器、以及被配置用來主要探測中子的至少一個第二探 測器； 使用該至少一個第一探測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個； 使用該至少一個第二探測器探測輻射中的中子和伽瑪射線中的至少一個； 在被通信地耦合至該至少一個第一探測器和該至少一個第二探測器的計算設備處接 收來自該至少一個第一探測器和該至少一個第二探測器的數據；以及 基于所接收的數據使用該計算設備來確定探測到的能量譜和所探測的中子和伽瑪射 線的數量。
9. 如權利要求8所述的方法，還包括使用外殼中的摻雜劑將輻射中的中子的至少部分 轉換為伽瑪射線。
10. 如權利要求8所述的方法，其中使用該至少一個第一探測器探測中子和伽瑪射線 中的至少一個包括使用CZT探測器探測。
11. 如權利要求8所述的方法，其中使用該至少一個第二探測器探測中子和伽瑪射線 中的至少一個包括使用CLYC探測器探測。
12. 如權利要求8所述的方法，其中接收輻射包括在一種便攜、手持式輻射探測器處接 收輻射。
13. 如權利要求8所述的方法，其中接收輻射包括在輻射探測器處接收輻射，輻射探測 器包括多個第一探測器。
14. 如權利要求8所述的方法，其中接收輻射包括在輻射探測器處接收輻射，輻射探測 器還包括圍繞該至少一個第二探測器的中子減速劑。
15. -種用于使用包括計算設備的輻射探測器探測輻射的方法，該方法包括： 在計算設備，從被配置用來主要探測伽瑪射線的至少一個第一探測器接收第一數據； 在計算設備，從被配置用來主要探測中子的至少一個第二探測器接收第二數據； 基于該第一和第二數據使用該計算設備確定探測到的中子和伽瑪射線的數量；以及 基于該第一和第二數據使用該計算設備確定所探測到的能量譜。
16. 如權利要求15所述的方法，其中接收第一數據包括從至少一個CZT探測器接收第 一數據。
17. 如權利要求15所述的方法，其中接收第二數據包括從至少一個CLYC探測器接收第 二數據。
18. 如權利要求15所述的方法，其中接收第一數據包括從多個第一探測器接收第一數 據。
19. 如權利要求15所述的方法，還包括基于所探測到的能量譜使用該計算設備識別至 少一個放射性核素。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括當識別到預定的放射性核素時生成警報。
【文檔編號】G01T1/24GK104101893SQ201410183961
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2013年4月2日
【發明者】B·L·布爾斯, S·K·巴蘇 申請人:莫福探測儀器有限責任公司