工业X-CT探测器的闪烁体仿真研究与测试

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工业X射线计算机断层扫描(X-CT)技术自诞生以来,一直被认为是最佳的无损检测手段。探测器是CT系统的核心部分,它是一种将射线信号转换为电信号的传感器。工业X-CT系统最常用的是由“闪烁体+光电转换器件”组成的闪烁体探测器,其中闪烁体将射线转换为可见光信号,光电转换器件再进行光电转换。作为探测器的一部分,闪烁体的选择及其发光效率、尺寸等性能必然会影响探测器的性能,乃至整个工业CT系统的检测结果。  目前常用的掺铊碘化铯(CsI(Tl))闪烁体探测器仅在低能X射线范围(<160KeV)性能良好,钨酸镉(CdWO4)探测器在高能X射线范围(>450 KeV)性能更优且其价格昂贵,因此研究探测器的闪烁体,在(160-450)KeV X射线能量范围内寻找性价比更高的闪烁体,具有重要的理论意义与实用价值。本课题围绕这一问题对探测器的闪烁体展开了如下研究:  首先,总结了现有工业X-CT探测器的闪烁体使用现状,发现性价比更优的闪烁体硅酸钇镥(LYSO),在(160-450)KeV X射线范围有取代目前常用CdWO4探测器的可能性。  其次,对闪烁体探测器及闪烁体相关理论进行研究,着重对闪烁体吸收 X射线的过程进行研究,总结了闪烁体 LYSO优秀的发光性能;对已有的闪烁体荧光透过效率模型进行分析与计算,并基于射线在闪烁体内的沉积,对模型进行改进与计算分析;为提高光收集效率,研究了对闪烁体表面进行处理、选用封装材料与耦合剂等措施。  再次,为给探测器的尺寸设计提供依据,利用蒙特卡罗方法完成在不同闪烁体尺寸、不同 X射线能量范围(50~450)KeV时,闪烁体探测效率和能量沉积率的仿真与分析。给出了不同 X射线能量范围下,闪烁体的尺寸参考;对本文所选用的新型闪烁体LYSO的仿真结果进行分析,仿真研究了LYSO探测器的可用性。  最后,为证实LYSO探测器的可用性,利用CdWO4和LYSO两种探测器模块在工业X-CT系统上进行试验。通过对试验数据分析得出,在小于350KeV的 X射线能量范围,LYSO闪烁体探测器可用,且性能好于CdWO4探测器。  本课题基本完成工业 X-CT探测器的闪烁体仿真研究与测试,能够为工业X-CT探测器的设计及性能改善提供较好的理论参考和实验数据。
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