Детектор излучения с фотодетекторами

Авторы патента:


Детектор излучения с фотодетекторами
Детектор излучения с фотодетекторами
Детектор излучения с фотодетекторами

Владельцы патента RU 2581721:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Изобретение относится к детектору излучения для детектирования фотонов высокой энергии. Детектор излучения для детектирования излучения высокой энергии содержит: сцинтилляторную группу с двумя сцинтилляторными элементами для преобразования первичных фотонов падающего излучения во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания, причем верхний из сцинтилляторных элементов расположен наверху, а нижний из сцинтилляторных элементов расположен внизу детектора излучения; два органических фотодетектора для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения без перекрытия и могут быть считаны по отдельности, при этом упомянутые фотодетекторы расположены под верхним сцинтилляторным элементом и над нижним сцинтилляторным элементом соответственно. Технический результат - повышение пространственного разрешения детектора излучения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к детектору излучения для детектирования фотонов высокой энергии, причем упомянутый детектор излучения содержит сцинтилляторы и фотодетекторы. Кроме того, оно относится к устройству для исследования с таким детектором излучения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Детекторы излучения для детектирования падающих γ- или рентгеновских лучей, среди прочего, используются в применениях медицинского формирования изображения, например, в рентгеновских компьютерных томографах. Из US 2008/142721 Al известен конкретный детектор излучения, который содержит материал сцинтиллятора, в котором падающие рентгеновские лучи преобразуются в свет (видимый), в котором упомянутый свет затем детектируется органическим фотодетектором. Органический фотодетектор используют в качестве рентабельной альтернативы стандартным неорганическим полупроводниковым фотодетекторам.

В US 2008/315106 A1 раскрыт детектор излучения с батареей, включающей первый сцинтиллятор, второй сцинтиллятор, первый фотодетектор и второй фотодетектор. После поглощения рентгеновских лучей первый сцинтиллятор испускает свет с первой, относительно более протяженной длиной волны, а второй сцинтиллятор испускает свет со второй, относительно более короткой длиной волны. Первый фотодиод имеет граничную величину длинной волны, лежащую между упомянутыми первой и второй длинами волн. Поэтому он поглощает по существу только вторую длину волны, позволяя первой длине волны проходить ко второму фотодетектору.

US 2002/017612 A1 раскрывает органические фотодетекторы с переключаемой фоточувствительностью, содержащие материалы, такие как P3HT, PCBM, PEDT и PSS.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ввиду данного уровня техники задачей настоящего изобретения являлось обеспечение альтернативного средства для детектирования излучения, причем является предпочтительным, чтобы упомянутое средство обладало повышенными характеристиками различения характеристик излучения.

Эта задача достигается посредством детектора излучения по пункту 1 и устройства по пункту 12. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение, согласно своему первому аспекту, относится к детектору излучения для детектирования падающего излучения высокой энергии, например фотонов (рентгеновских или γ-) с энергией, более высокой, чем примерно 100 эВ. Детектор содержит следующие компоненты:

a) сцинтилляторную группу, содержащую по меньшей мере один сциниилляторный элемент, причем упомянутая группа (а также элемент) служит для преобразования первичных фотонов падающего излучения во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания. Относительно используемой терминологии термин «сцинтилляторный элемент» должен означать пространственную и/или физическую единицу, неразъемный компонент, тогда как термин «сцинтилляторная группа» может содержать множество таких компонентов, которые могут быть расположены в различных местоположениях. Как известно специалистам в данной области техники, длина волны вторичных фотонов, генерируемых в сцинтилляторном элементе, зависит в первую очередь от материала сцинтиллятора, тогда как количество генерируемых вторичных фотонов (т.е. интенсивность) связано с энергией, привносимой падающим первичным фотоном. Для многих известных материалов сцинтилляторов вторичные фотоны принадлежат видимой области спектра или соседним УФ- или ИК-областям.

b) по меньшей мере два фотодетектора для преобразования вышеупомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения и могут быть считаны по отдельности. Термин «спектр поглощения» фотодетектора описывает вероятность того, что фотон (вторичный) будет поглощаться, в зависимости от длины волны этого фотона. Более того, считывание фотодетектора включает в себя обнаружение генерируемых в нем электрических сигналов, например, с помощью электродов, к которым приложено напряжение.

При использовании по меньшей мере двух фотодетекторов с различными спектрами поглощения описанный детектор излучения позволяет собирать больше информации о падающих первичных фотонах. Это будет более подробно разъяснено ниже применительно к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения полный спектр испускания сцинтилляторной группы содержит по меньшей мере два максимума. Относительная интенсивность вторичных фотонов при максимальных длинах волн может затем обеспечить дополнительную информацию о падающем излучении, например об энергии (длине волны) первичных фотонов.

В дальнейшем развитии вышеупомянутого варианта осуществления спектры поглощения различных фотодетекторов оптимизированы применительно к различным упомянутым максимумам спектра испускания. Эффективность преобразования и/или коэффициент поглощения одного фотодетектора может быть максимальным, например, для вторичных фотонов, имеющих длину волны максимума испускания первого сцинтиллятора, тогда как коэффициент преобразования другого фотодетектора максимален для вторичных фотонов со вторым максимумом испускания. Электрические сигналы, поступающие с таких фотодетекторов, будут затем позволять делать прогноз (вероятный) о длине волны соответствующего вторичного фотона, что, в свою очередь, обеспечивает информацию о соответствующем первичном фотоне.

Фотодетекторы реализованы в виде органических фотодетекторов. Как известно специалистам в данной области техники, органический фотодетектор содержит по меньшей мере одну область или слой с органическим материалом, который генерирует подвижные электрические заряды (обычно электронно-дырочные пары) за счет поглощения падающих фотонов. Генерированные заряды затем могут детектироваться электродами, к которым приложено подходящее напряжение. Преимущество органических фотодетекторов состоит в том, что их производство может быть рентабельным. Более того, их характеристики поглощения можно настраивать в широком диапазоне, например, путем использования подходящей смеси различных органических материалов. Это позволяет осуществлять, например, вышеупомянутую оптимизацию применительно к максимумам испускания сцинтилляторной группы.

Вышеупомянутые органические фотодетекторы могут, как правило, содержать любой органический материал, который подходит для поглощения падающих (вторичных) фотонов и преобразования их в электрический сигнал, и/или который может поддерживать этот процесс в качестве материала для переноса дырок или электронов, или в качестве легирующей примеси. В качестве примера, органический фотодетектор может содержать по меньшей мере один органический материал, выбранный из группы, состоящей из:

PEDOT (поли(3,4-этилендиокситиофена),

PSS (поли(стиролсульфоната)),

P3HT (поли 3-гексилтиофена),

PCBM (6,6-фенил-метилового эфира C61-масляной кислоты),

C60,

ZnPc (фталоцианина цинка),

MeO-TPD (н,н,н',н'-тетракис(4-метоксифенил)-бензидина),

p-NPB (н,н'-бис(1-нафтил)-н,н'-дифенил-l, r-бифенил-4,4'-диамина),

TTN,

F4TCNQ (2,3,5,6-тетрафторо-7,7,8,8-тетрацианохинодиметана),

DCV5T (бис(2,2-дициаоновинил)-квинкотиофена),

производных или модификаций вышеупомянутых веществ.

Другие подходящие органические материалы могут быть обнаружены в литературе (например, Ch. J. Brabec et al. «Plastic Solar Cells», Adv. Funct. Matter, 2001, 11, No. L, pages 15-26).

Сцинтилляторная группа и сцинтилляторный элемент (элементы) могут, как правило, содержать любой материал, который может с желаемой эффективностью преобразовывать падающие первичные фотоны в энергетическом диапазоне, представляющем интерес, во вторичные фотоны. Например, сцинтилляторная группа или элемент (элементы) содержат по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CsI, GOS (Gd2O2S), CWO (CdWO4)и SrI2.

Согласно другому варианту осуществления изобретения сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два материала с различными спектрами испускания. Такое сочетание двух или более сцинтилляторных материалов можно использовать, например, для обеспечения вышеупомянутых характеристик испускания по меньшей мере с двумя максимумами. При использовании подходящих относительных количеств сцинтилляторных материалов результирующий спектр испускания может быть отрегулирован в широком диапазоне.

В вышеупомянутом варианте осуществления два различных сцинтилляторных материала могут быть гомогенно распределены в одном сцинтилляторном элементе при условии, что это технически выполнимо (материалы, например, должны быть химически совместимы, для обеспечения смешивания). Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения различные сцинтилляторные материалы распределены не гомогенно в пределах сцинтилляторной группы и/или в пределах сцинтилляторного элемента. Различные области сцинтилляторной группы (или одиночного сцинтилляторного элемент) будут затем содержать различные относительные количества двух сцинтилляторных материалов и поэтому будут обладать различными спектрами испускания. Это можно использовать, чтобы сделать вывод о местоположении в детекторе, в котором был преобразован падающий первичный фотон, поскольку один и тот же первичный фотон будет давать в результате различные спектры испускания вторичных фотонов в упомянутых различных областях. Таким образом, например, становится возможным повысить пространственное разрешение детектора.

В вышеупомянутом варианте осуществления с не гомогенным распределением различных сцинтилляторных материалов может существовать (по меньшей мере) одно заданное направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала повышается монотонно. Поэтому локальный спектр испускания такого сцинтилляторного элемента будет изменяться вдоль этого направления. Повышение относительного количества сцинтилляторного материала будет, как правило, дискретным, в соответствии с переходом между двумя блоками различных сцинтилляторных материалов. Если два сцинтилляторных материала могут быть перемешаны, также может быть возможным непрерывное повышение концентрации одного сцинтилляторного материала (т.е. градиента).

В предпочтительном варианте осуществления вышеупомянутое направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала монотонно повышается, может быть по существу параллельным или перпендикулярным номинальному направлению падения первичных фотонов. Термин «номинальное направление падения» задается конструкцией детектора излучения (с его экранирующими элементами, кожухом и т.д.). Он обычно соответствует оси наибольшей чувствительности и/или оси симметрии детектора излучения. При использовании одно- или двухмерного массива сцинтилляторных групп с соответствующими фотодетекторами этот массив, как правило, располагается перпендикулярно «номинальному направлению падения».

Если направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала повышается монотонно, по существу параллельно номинальному направлению падения, становится возможным спрогнозировать глубину, на которой падающий первичный фотон будет преобразован во вторичные фотоны. Поскольку высокоэнергетические первичные фотоны обычно преобразуются на большей глубине в пределах детектора, чем низкоэнергетические первичные фотоны, глубина преобразования может обеспечить дополнительную информацию об энергии первичных фотонов. Если упомянутое направление по существу перпендикулярно номинальному направлению падения, результирующее испускание вторичных фотонов будет содержать информацию, которая может быть использована для повышения пространственного разрешения детектора излучения.

Является предпочтительным, чтобы сцинтилляторная группа могла содержать по меньшей мере два сцинтилляторных элемента с различными спектрами испускания. Как разъяснялось выше, такие сцинтилляторные элементы могут быть воплощены, например, путем их составления из различных сцинтилляторных материалов.

Является предпочтительным, чтобы вышеупомянутые сцинтилляторные элементы с различными спектрами испускания были расположены друг за другом в номинальном направлении падения первичных фотонов. Таким образом, формируется батарея сцинтилляторных элементов, причем первичные фотоны с высокой энергией, как правило, будут преобразовываться в батарее на более глубоком уровне, чем низкоэнергетические фотоны.

Согласно другому варианту осуществления фотодетекторы расположены друг за другом в номинальном направлении падения первичных фотонов. При таком послойном размещении каждый из фотодетекторов генерирует сигнал для того же пространственного местоположения результирующего изображения, т.е. для того же пикселя. Послойное размещение фотодетекторов, в частности, может сочетаться с вышеупомянутым послойным размещением сцинтилляторных элементов. Наиболее предпочтительным является, чтобы каждый фотодетектор был расположен ближе всего к «своему» сцинтилляторному элементу, т.е. к сцинтилляторному элементу с подходящим спектром испускания.

Детектор излучения может дополнительно содержать (необязательно)по меньшей мере один отражающий слой, который отражает вторичные фотоны. Наиболее предпочтительно, этот отражающий слой является прозрачным для падающих первичных фотонов. Отражающий слой помогает избежать потери вторичных фотонов и, таким образом, повысить чувствительность детектора излучения.

Согласно другому варианту осуществления детектор излучения содержит подложку с электропроводами для приведения в контакт фотодетекторов. Подложка может содержать, например, полупроводниковый материал и служить в качестве механического носителя других компонентов. Более того, подложка может содержать (необязательно) некоторые (простые) цепи для (предварительной) обработки сигналов.

Изобретение дополнительно относится к исследовательскому устройству для исследования объекта (например, пациента) с помощью излучения, причем упомянутое устройство содержит детектор излучения вида, описанного выше. Исследовательское устройство можно, в частности, применять в качестве устройства для исследования багажа, устройства для тестирования материала, устройства для научного анализа материала, или устройства для медицинского применения. Исследовательское устройство может быть выбрано в основном из группы, состоящей из рентгеновского устройства (например, флуороскопического устройства, спектрального рентгеновского устройства), системы формирования изображения для компьютерной томографии (КТ) (например, системы подсчета фотонов и/или системы формирования изображения спектральной КТ), системы формирования изображения компьютерной томографии с когерентным рассеянием (CSCT), системы формирования изображения позитронно-эмиссионной томографии (PET) и системы формирования изображения компьютерной томографии однофотонного испускания (SPECT). Следует отметить, что некоторые из этих применений требуют, чтобы фотодетекторы обладали определенными характеристиками (например, чтобы они были достаточно быстродействующими, в случае применений для подсчета фотонов).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения поясняются со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный(е) в дальнейшем. Эти варианты осуществления будут описаны в качестве примера с помощью прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг.1 схематично показывает вид сбоку детектора излучения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором слои расположены симметрично по отношению к подложке;

Фиг.2 схематично показывает вид сбоку детектора излучения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в котором слои уложены друг за другом выше подложки.

Одинаковые ссылочные позиции или ссылочные позиции, отличающиеся тем, что они кратны 100, обозначают на чертежах идентичные или сходные компоненты.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 показывает схематичное поперечное сечение детектора 100 излучения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Детектор 100 излучения служит для детектирования падающего рентгеновского излучения, которое отображено на чертеже в виде первичного фотона X с пониженной энергией и первичного фотона X' с повышенной энергией. Рентгеновское излучение по существу параллельно номинальному направлению падения, что соответствует наблюдению в направлении детектора излучения (z-направлению).

Детектор 100 излучения содержит сцинтилляторную группу, которая состоит из двух сцинтилляторных элементов 120a и 120b, которые расположены, соответственно, наверху и внизу детектора излучения. В сцинтилляторных элементах 120a, 120b падающие первичные фотоны X, X' взаимодействуют со сцинтилляторным материалом, с преобразованием, таким образом, их энергии в разряд из (нескольких) вторичных фотонов λ, λ'.

Направо от каждого сцинтилляторного элемента 120a, 120b схематично представлен соответствующий спектр испускания. Он отображает интенсивность Ia, Ib генерированных вторичных фотонов λ, λ', в зависимости от их длины волны λ. Спектр испускания каждого отдельного сцинтилляторного элемента 120a и 120b обычно имеет один более или менее острый максимум при характеристической длине волны, соответственно λa и λb. Высота этих максимумов обычно зависит от энергии, которая была выделена преобразованным первичным фотоном.

Два сцинтилляторных элемента 120a, 120b состоят из различных сцинтилляторных материалов. Соответствующие спектры испускания, которые, таким образом, отличны друг от друга, имеют максимумы испускания при различных длинах волн λa ≠ λb. Поэтому первичные фотоны X, которые преобразуются в верхнем сцинтилляторном элементе 120a, будут генерировать вторичные фотоны λ, распределенные вокруг первой длины волны λa, тогда как первичные фотоны X', преобразуемые в нижнем сцинтилляторном элементе 120b, будут генерировать вторичные фотоны λ', распределенные вокруг второй длины волны λb.

Ниже верхнего сцинтилляторного элемента 120a (если смотреть в номинальном направлении падения) и выше нижнего сцинтилляторного элемента 120b детектор 100 излучения содержит, соответственно, два органических фотодетектора 130a и 130b. Как известно специалистам в данной области техники, органический фотодетектор 130a (130b) содержит органический слой 131a (131b), в котором падающие вторичные фотоны λ (λ') преобразуются в электрические сигналы, а именно в подвижные электрические заряды. Органические материалы могут содержать, например, PEDOT:PSS, P3HT:PCBM, ZnPc и/или C60, и они могут быть нанесены путем нанесения покрытия центрифугированием, скребком-лопаткой, или путем нанесения покрытия распылением. Два электрода 132a и 133a (132b, 133b) расположены на противоположных сторонах органического слоя 131a (131b). При приложении к ним напряжений генерируемые заряды накапливаются и, таким образом, приводят к электрическому (зарядовому) сигналу в линиях, которые соединяют электроды со считывающим модулем 140. Этот электрический сигнал может быть оценен, например подсчитан и/или интегрирован, причем интегрирование обеспечивает информацию о полной энергии, привносимой падающим первичным фотоном X (Χ').

Направо от каждого фотодетектора 130a, 130b схематично показан спектр поглощения этого органического фотодетектора, представленный коэффициентом поглощения μa, μb, в зависимости от длины волны λ падающих вторичных фотонов (коэффициент поглощения μ обычно задается в виде константы, характеризующей экспоненциальное понижение интенсивности света I(z) после прохождения расстояния z сквозь рассматриваемый материал согласно формуле I(z) = Ι0exp(-μz). Спектры поглощения двух фотодетекторов 130a, 130b являются различными, проявляя максимум при различных длинах волн, соответственно λa и λb. Следовательно, спектр поглощения верхнего фотодетектора 130a совпадает со спектром испускания верхнего сцинтилляторного элемента 120a, тогда как спектр поглощения нижнего фотодетектора 130b совпадает со спектром испускания нижнего сцинтилляторного элемента 120b. Наряду с пространственным соседством сцинтилляторных элементов и фотодетекторов такое совпадение максимумов испускания и поглощения является причиной, по которой верхний фотодетектор 130a главным образом детектирует вторичные фотоны λ, возникающие в верхнем сцинтилляторном элементе 120a, тогда как нижний фотодетектор 130b главным образом детектирует вторичные фотоны λ', возникающие в нижнем сцинтилляторном элементе 120b. Эта связь является особо тесной, если два спектра поглощения фотодетекторов 120a, 120b имеют небольшое перекрывание или отсутствие такового, и/или спектры испускания сцинтилляторных элементов 120a, 120b имеют небольшое перекрывание или отсутствие такового.

Фотодетекторы 130a, 130b расположены на противоположных сторонах подложки 110, например, полупроводникового материала, такого как кремний. Подложка 110 служит в качестве механического носителя и обеспечивает электропровода, которые контактируют с электродами 132a, 133a, 132b, 133b фотодетекторов 130a, 130b. Предпочтительным образом электрические линии в батарее фотодетекторов и сцинтилляторных элементах являются прозрачными для предотвращения поглощения вторичных фотонов λ, λ'. Они могут быть изготовлены, например, из ITO (indium tin oxide, оксида индия и олова). Кроме того, подложка 110 должна быть прозрачной для первичных фотонов X, X'.

Более того, отражающие слои 121a и 121b могут быть предпочтительно расположены снаружи сцинтилляторных элементов, соответственно 130a и 130b, для отражения вторичных фотонов λ, λ' назад в детектор. По меньшей мере верхний отражающий слой 121a должен быть, безусловно, прозрачным, для первичных фотонов X, X'.

Фиг.2 схематично иллюстрирует детектор излучения 200 согласно второму варианту осуществления изобретения. Отличие от первого детектора 100 излучения состоит в том, что все компоненты расположены на одной стороне подложки 210. Точнее говоря, детектор излучения 200 содержит, сверху вниз:

- первый отражающий слой 221a;

- первый сцинтилляторный элемент 220a, обладающий первым спектром испускания;

- второй сцинтилляторный элемент 220b, обладающий вторым спектром испускания, отличным от первого спектра;

- первый фотодетектор 230a, обладающий первым спектром поглощения, который совпадает с первым спектром испускания;

- второй фотодетектор 230b, обладающий вторым спектром поглощения, который совпадает со вторым спектром испускания;

- подложку 210;

- второй отражающий слой 221b (необязательный).

Функциональные возможности упомянутых компонентов по существу являются теми же, что и для первого детектора излучения согласно Фиг.1, и поэтому их можно повторно не разъяснять.

Также в контексте настоящего изобретения может быть применена известная технология производства для органических солнечных батарей и/или для органических светоизлучающих диодов (OLED). Однако следует отметить, что на Фиг.1 и 2 показана только одна ячейка или пиксель из большого массива пикселей, простирающегося в x- и y-направлении. Такая структура массива может быть получена, например, с помощью технологий печатания, а также с помощью (лазерных) технологий структуризации, с использованием масок и соединительных линейных цепочек, на которые должны быть осаждены требуемые материалы, соответствующие материалу батареи. Особое внимание следует уделить стойкости к излучению для различных материалов.

Важным преимуществом используемых органических материалов в фотодетекторах является возможность использования различных конверсионных материалов в сцинтилляторной группе, которая обладает различными коэффициентами преобразованиями при определенной длине волны. Таким образом, является возможным оптимизировать спектр поглощения материала фотодетектора со спектром испускания сцинтилляторного материала в системе преобразователя частоты рентгеновского излучения. Чувствительность повышается при использовании различных органических конверсионных материалов в структуре двойного или даже тройного слоя, где могут быть использованы несколько максимумов испускания сцинтиллятора (например, энергия рентгеновского излучения). Измерения с использованием описанных конструкций детектора показывают для заданной длины волн более высокую эффективность, по сравнению с кремниевыми эталонными диодами.

Дополнительно, следует отметить, что описанные варианты осуществления можно модифицировать несколькими способами. Электроды 232a, 233a, 233b (или 132a, 133a, 132b, 133b) фотодетекторов могут быть расположены, например, на других сторонах органических слоев, в частности на их боковых сторонах. Более того, непрерывное распределение двух различных сцинтилляторных материалов в одном сцинтилляторном элементе может быть использовано вместо полного разделения сцинтилляторных материалов по двум сцинтилляторным элементам 220a, 220b (120a, 120b). Такое непрерывное распределение может быть, в частности, не гомогенным и, например, может иметь градиент концентраций одного материала в заданном направлении.

Кроме того, возможно любое другое количество сцинтилляторных элементов и/или фотодетекторов. Расположение двух или более различных сцинтилляторных элементов и/или фотодетекторов может быть дополнительно, или в качестве альтернативы, иметь место в направлении, перпендикулярном номинальному направлению падения (т.е. в x- или y-направлении). В этом случае различные характеристики испускания и/или поглощения могут обеспечить дополнительную информацию о пространственном положении падающих первичных фотонов X, X'.

В заключение, изобретение относится к детектору излучения, содержащему сцинтилляторную группу, например, с двумя сцинтилляторными элементами для преобразования падающих первичных фотонов во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания. Более того, детектор содержит по меньшей мере два фотодетектора для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения и могут быть считаны по отдельности. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения фотодетекторы представляют собой органические фотодетекторы. Сцинтилляторные элементы и фотодетекторы предпочтительно расположены в батарее друг за другом. Благодаря наличию по меньшей мере двух фотодетекторов можно собирать дополнительную информацию о падающем первичном излучении. Основным признаком изобретения является совпадение различных спектров и выбор правильного органического материала для формирования оптимизированной системы с высокой эффективностью и низкой стоимостью. Это позволяет создать многослойную конструкцию, предназначенную для обнаружения энергии кратных волн.

Наконец, следует указать, что в настоящей заявке термин «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает множественности, и что одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких устройств. Изобретению присущ каждый и всякий новый характеристический признак, а также каждое и всякое сочетание характеристических признаков. Более того, ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.

1. Детектор излучения (100) для детектирования излучения (X, X′) высокой энергии, содержащий:
сцинтилляторную группу с двумя сцинтилляторными элементами (120а, 120b) для преобразования первичных фотонов (X, X) падающего излучения во вторичные фотоны (λ, λ′) согласно характеристическому спектру испускания, причем верхний из сцинтилляторных элементов (120а) расположен наверху, а нижний из сцинтилляторных элементов (120b) расположен внизу детектора излучения;
два органических фотодетектора (130а, 130b) для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения без перекрытия и могут быть считаны по отдельности, при этом упомянутые фотодетекторы расположены под верхним сцинтилляторным элементом (120а) и над нижним сцинтилляторным элементом (120b) соответственно.

2. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что спектр испускания сцинтилляторной группы содержит по меньшей мере два максимума.

3. Детектор излучения (100) по п. 2, отличающийся тем, что спектры поглощения различных фотодетекторов (130а, 130b) являются оптимизированными по отношению к различным максимумам спектра испускания.

4. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из органических фотодетекторов (130а, 130b) содержит органический материал, выбранный из группы, состоящей из PEDOT, PSS, Р3НТ, РСВМ, С60, ZnPc, MeO-TPD, p-NPB, TTN, F4TCNQ, DCV5T и их производных или модификаций.

5. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CsI, GOS, CWO и SrI2.

6. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два материала с различными спектрами испускания.

7. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два сцинтилляторных элемента (120а, 120b) с различными спектрами испускания.

8. Детектор излучения (100) по п. 7, отличающийся тем, что сцинтилляторные элементы (120а, 120b) расположены друг за другом в номинальном направлении падения (z) первичных фотонов (X, X).

9. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что фотодетекторы (130а, 130b) расположены друг за другом в номинальном направлении падения (z) первичных фотонов (X, X).

10. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один отражающий слой (121а, 121b), который отражает вторичные фотоны (λ, λ).

11. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит подложку (110) с электрическими линиями для контактирования с фотодетекторами (130а, 130b).

12. Исследовательское устройство, в частности рентгеновский компьютерный томограф с разрешением по энергиям или рентгеновское устройство, содержащее детектор излучения (100) по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве носимого средства поиска источника гамма-излучения.

Изобретение может быть использовано в медицине и технике при изготовлении рентгеновских устройств с энергией излучения более 20 кэВ для диагностики и дефектоскопии.

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения. Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор представляет собой рабочий объем с зеркально или диффузно отражающими стенками, внутри которого плотно к стенкам размещен полистирольный сцинтиллятор в виде пластины с канавками на фронтальной поверхности или отверстиями в пластине, через которые проходят спектросмещающие волокна, один или оба торца которых пристыкованы к фоточувствительным поверхностям фотоприемников, расположенных внутри или вне рабочего объема, при этом сцинтиллятор и спектросмещающие волокна, размещенные в рабочем объеме детектора, содержат соответственно сцинтилляционные и спектросмещающие добавки, высвечивающие в области длин волн более 550 нм.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов, применяемых в геофизической аппаратуре нейтрон-гамма и гамма-гамма каротажа.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений. Спектрометрический позиционно-чувствительный детектор содержит сцинтиллятор, состоящий из трех вложенных друг в друга наборов сцинтиллирующих элементов, расположенных параллельно оси устройства, внешний и средний наборы образованы сцинтиллирующими волокнами из материала, обеспечивающего регистрацию тепловых нейтронов, а сцинтиллирующие элементы внутреннего набора образуют цилиндр и выполнены в форме одинаковых по размеру угловых секторов и обеспечивают регистрацию гамма-излучения, количество угловых секторов составляет два и более, каждый угловой сектор снабжен спектросмещающим волокном, проходящим через центр углового сектора параллельно оси устройства, сцинтиллирующие элементы среднего набора помещены внутрь нейтронного замедлителя трубчатой формы, заполняющего пространство между внешним и внутренним наборами, на внешней поверхности нейтронного замедлителя расположен экран, поглощающий тепловые нейтроны, сцинтиллирующие элементы всех наборов и спектросмещающие волокна внутреннего набора снабжены светоотражающими оболочками, на поверхность сцинтиллирующих элементов нанесено светонепроницаемое покрытие, противоположные торцы каждого сцинтиллирующего элемента внешнего и среднего наборов, а также противоположные торцы каждого спектросмещающего волокна внутреннего набора соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих элементов.

Изобретение относится к пикселированному детектору. Пикселированное детекторное устройство содержит матрицу детекторов, имеющую множество детекторных пикселей; и матрицу кристаллов, имеющую множество сцинтилляторных кристаллов и расположенную в геометрическом соответствии с матрицей детекторов; при этом упомянутые детекторные пиксели и упомянутые сцинтилляторные кристаллы сдвинуты в по меньшей мере одном измерении по отношению друг к другу на, по существу, половину размера сцинтилляторных кристаллов.

Способ по изобретению заключается в создании прочных тонких, механических поддерживающих структур для электромагнитного калориметра. Такими структурами являются ячеистые структуры из пропитанной эпоксидным связующим ткани из углеродного волокна. Техническим результатом, достигаемым при использовании способа по изобретению, является возможность изготовления механической структуры из углеродного волокна с высокой прочностью и точностью по толщине тонких стенок 20 мкм и плоскостности.

Изобретение относится к детектирующему устройству для фотонов или ионизирующих частиц. Детектирующее устройство для фотонов или ионизирующих частиц содержит детектирующую систему с несколькими детектирующими блоками, каждый из которых включает сцинтиллятор, соединенный со считывающей поверхностью считывателя электрического заряда, при этом сцинтиллятор выполнен с возможностью генерации ячейковых зарядов на считывающей поверхности при улавливании фотонов или ионизирующих частиц; коллиматор, присоединенный к сцинтиллятору напротив считывателя электрического заряда, выполненный с возможностью пропускания фотонов или ионизирующих частиц, имеющих направление движения, совпадающее с продольной осью коллиматора, и остановки фотонов или ионизирующих частиц (Р'), имеющих направление движения, отличающееся от направления продольной оси коллиматора; и несколько детектирующих систем, равномерно отстоящих друг от друга вокруг центральной оси детектирующей сборки, при этом детектирующее устройство сформировано в виде стопки из нескольких детектирующих сборок, каждая из которых повернута на угол вокруг центральной оси детектирующей сборки относительно соседней детектирующей сборки или соседних детектирующих сборок.

Изобретение может быть использовано в детекторах ионизирующего излучения в виде электромагнитных волн низких энергий, гамма-, рентгеновского излучения, космических лучей и частиц.

Изобретение относится к детекторам рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что детектор (1) рентгеновского излучения содержит: устройство (3) обнаружения света для обнаружения света (R), падающего на его поверхность (12) обнаружения; сцинтилляционный слой (5) для преобразования падающих рентгеновских лучей (Х) в свет; отражательный слой (9) для отражения света (В), формируемого в пределах сцинтилляционного слоя, по направлению к устройству обнаружения света; светоизлучающий слой (7), заключенный между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем, причем расстояние (d) между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем меньше 50 мкм, и при этом светоизлучающий слой содержит ОСИД (8).

Изобретение относится к области детекторов заряженных частиц на основе твердотельных органических сцинтилляторов. Детектор заряженных частиц с тонким сцинтиллятором в виде пластины содержит полупроводниковый фотосенсор в качестве преобразователя инициированных заряженными частицами световых вспышек в электрические импульсы, при этом сколь угодно тонкая полностью отполированная пластина сцинтиллятора выполнена в виде равностороннего многоугольника с числом углов не менее четырех оптически и механически соединена с прозрачной для сцинтилляций полностью отполированной подложкой, имеющей форму и коэффициент преломления света такие же, как у сцинтиллятора, а суммарная толщина сэндвича, образованного из сцинтиллятора и подложки, равна поперечнику чувствительной поверхности полупроводникового фотосенсора, оптически и механически присоединенного к сэндвичу в одном из его углов, который выполнен сточенным и отполированным для получения контактной площадки с размерами чувствительной области полупроводникового фотосенсора, при этом все поверхности сэндвича, кроме тыльной и с прикрепленным полупроводниковым фотосенсором, покрыты зеркальным отражателем, а тыльная поверхность покрыта диффузным отражателем. Технический результат - повышение эффективности сбора света на чувствительной поверхности фотосенсора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к формированию спектрального изображения. Способ изготовления устройства формирования изображений содержит этапы, на которых осуществляют получение подложки фотодатчиков, имеющей две противоположные основные поверхности, при этом одна из двух противоположных основных поверхностей, которая перпендикулярна поступающему излучению, включает в себя множество рядов фотодатчиков из множества фоточувствительных элементов, причем электронные схемы обработки данных смонтированы на подложку фотодатчиков и полученная подложка фотодатчиков имеет толщину, равную или большую чем сто микрон; оптическое соединение матрицы сцинтилляторов с подложкой фотодатчиков, причем матрица сцинтилляторов включает в себя множество дополнительных рядов сцинтилляторов из множества дополнительных сцинтилляционных элементов, и каждый дополнительный ряд сцинтилляторов оптически соединен с одним из рядов фотодатчиков, и, по меньшей мере, один дополнительный сцинтилляционный элемент оптически соединен с одним из фоточувствительных элементов, при этом матрица сцинтилляторов включает в себя первую поверхность с углублением и вторую поверхность в углублении для электронных схем обработки данных и уменьшение толщины подложки фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором, производя уменьшенную по толщине подложку фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором и которая имеет толщину порядка менее ста микрон. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства формирования изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к устройству для обнаружения рентгеновского излучения. Аппарат для обнаружения излучения содержит принимающий излучение блок, включающий в себя: первый сцинтиллятор для генерации первого света сцинтилляции в зависимости от излучения, где первый свет сцинтилляции имеет первый характер поведения во времени, второй сцинтиллятор для генерации второго света сцинтилляции в зависимости от излучения, где второй свет сцинтилляции имеет второй характер поведения во времени, который отличается от первого характера поведения во времени, блок обнаружения света сцинтилляции для обнаружения первого света сцинтилляции и второго света сцинтилляции и для генерации общего сигнала обнаружения света, который указывает первый свет сцинтилляции и второй свет сцинтилляции, блок определения обнаруживаемых значений для определения первого обнаруживаемого значения и второго обнаруживаемого значения, причем блок определения обнаруживаемых значений выполнен с возможностью: определения первого обнаруживаемого значения посредством применения первого процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем первый процесс определения включает в себя частотную фильтрацию общего сигнала обнаружения света посредством использования первого частотного фильтра, тем самым генерируя первый фильтрованный общий сигнал обнаружения света, и определения первого обнаруживаемого значения в зависимости от первого фильтрованного общего сигнала обнаружения света, определения второго обнаруживаемого значения посредством применения второго процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем второй процесс определения отличается от первого процесса определения. Технический результат - упрощение конструкции устройства. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген. Примером кристалла является кольквириит типа LiCaAlF6. Кристалл может содержать элемент из группы лантаноидов, такой как Ce или Eu. Описываются также радиационный детектор, содержащий указанный сцинтиллятор и фотодетектор, и способ обнаружения излучения с его использованием. Изобретение обеспечивает сцинтиллятор с хорошими фотоэмиссионными характеристиками в высокотемпературных условиях, позволяющими его использовать для обнаружения нейтронов и измерения излучения в высокотемпературных условиях. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 пр.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген. Примером кристалла является кольквириит типа LiCaAlF6. Кристалл может содержать элемент из группы лантаноидов, такой как Ce или Eu. Описываются также радиационный детектор, содержащий указанный сцинтиллятор и фотодетектор, и способ обнаружения излучения с его использованием. Изобретение обеспечивает сцинтиллятор с хорошими фотоэмиссионными характеристиками в высокотемпературных условиях, позволяющими его использовать для обнаружения нейтронов и измерения излучения в высокотемпературных условиях. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Тонкий сцинтилляционный счетчик для обнаружения бета загрязнений содержит протяженную сцинтилляционную пластину с пристыкованным к ее торцу фотоумножителем с протяженным фотокатодом, при этом фотоумножитель состоит из протяженной цилиндрической стеклянной колбы, фотокатода, сформированного на внутренней поверхности цилиндрической колбы, расположенных внутри колбы протяженной динодной системы, состоящей из ряда протяженных динодов, и анода, причем отношение длины фотокатода к ширине динодной системы превышает 10. Технический результат - повышение эффективности регистрации частиц. 2 з.п ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к детектору излучения, используемому в устройствах визуализации медицинской радиологии. Детектор излучения включает в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор, который включает в себя множество блоков сцинтиллятора, упорядоченных в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму, в которой вложенные слои, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены на граничных поверхностях между множеством блоков сцинтиллятора, причем эти граничные поверхности проходят в направлении, перпендикулярном направлению высоты призмы, и светоизолирующие слои, которые изолируют передачу света, излученного сцинтиллятором, расположены на, по меньшей мере, некоторых граничных поверхностях, проходящих в направлении, параллельном направлению высоты призмы, и блок определения позиции, который определяет позицию излучения света в направлении высоты призмы на основе отношения величин энергии света, падающего на упомянутые два элемента приема света, образующих пару. Технический результат - повышение позиционного разрешения детектора излучения в направлении глубины сцинтиллятора. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.

Изобретение относится к области компьютерной томографии (КТ). Система визуализации содержит источник излучения и матрицу чувствительных к излучению детекторов, включающую в себя матрицу сцинтилляторов и матрицу фотодатчиков, оптически связанную с матрицей сцинтилляторов, причем матрица сцинтилляторов включает в себя Gd2O2S:Pr,Tb,Се, причем количество Tb3+ равно или меньше, чем пятьдесят мольных частей на миллион. Технический результат - повышение световыхода сцинтиллятора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сцинтилляторному блоку, который может быть использован в рентгеновской детекторной матрице для компьютерной томографии (СТ). Сцинтилляторный блок содержит матрицу пикселей сцинтиллятора, причем каждый из пикселей сцинтиллятора имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и боковые поверхности и причем пиксели сцинтиллятора размещены так, что боковые поверхности соседних пикселей сцинтиллятора обращены друг к другу, и поглощающую рентгеновские лучи оболочку, содержащую электрически изолирующий, сильно поглощающий рентгеновские лучи материал, причем сильно поглощающий рентгеновские лучи материал имеет атомное число больше чем 50; причем поглощающая рентгеновские лучи оболочка размещена на нижней поверхности пикселей сцинтиллятора; поглощающая рентгеновские лучи оболочка содержит частицы сильно поглощающего рентгеновские лучи материала, причем частицы включены в связующий материал; 90% частиц имеют размер между 1 и 50 мкм; и поглощающая рентгеновские лучи оболочка покрывает по меньшей мере 80% нижней поверхности каждого из пикселей сцинтиллятора. Технический результат - повышение помехозащищенности электронной схемы сцинтилляторного блока. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для регистрации рассеянного рентгеновского излучения при контроле объекта посредством рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что не разбитый на пиксели объем сцинтилляционной среды преобразует энергию падающего проникающего излучения в сцинтилляционный свет, извлекаемый из области извлечения сцинтилляционного света посредством множества оптических волноводов, выровненных по существу параллельно друг другу в области извлечения сцинтилляционного света, примыкающей к не разбитому на пиксели объему сцинтилляционной среды, для направления света, извлеченного из сцинтилляционного света, и регистрации фотонов, направленных указанным множеством волноводов, с возможностью генерирования сигнала, характеризующего падающий поток рентгеновского излучения. Технический результат: обеспечение возможности эффективного извлечения, сбора и регистрации сцинтилляционного света. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 34 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-04-20 2016-04-20T09:32:32
Наверх