什么是间接x射线和中子探测及其工作原理

对于更高的x射线能量>15 keV或“硬”x射线，标准的直接探测方法，如带电耦合器件(ccd)不能有效地探测x射线。此外，在中子的情况下，中子辐射的破坏效应会迅速不可逆地损坏相机和它的电子器件。解决方案是在系统中引入换能器或闪烁材料，将入射的光子/中子转换为光子，然后探测器就可以看到光子。

图1:简化的间接x射线和中子探测装置的说明

间接检测是如何工作的?

间接探测包括两个步骤:第一步使用一种材料，通常是闪烁体，将入射的x射线光子转换为可见波长的光子。在第二步中，光子被CCD直接检测到。这些“转换器”材料包括荧光粉和闪烁体的广泛选择，选择取决于检测的具体要求，例如能量范围，空间分辨率等。

如传感器范围图(图1)所示，当x射线光子的能量大于>20 keV时，间接检测是唯一的选择，因为CCD不再能够吸收损耗区内的光子。转换入射光子的要求有一些关键的缺点，主要是实际的转换过程是非常低效的。此外，由于入射光子不再被直接探测到，也就不再有能力将电子的数量与入射能量联系起来。在设计和器件上有了一系列的改进，提高了信号的检测能力。

图2:间接x射线探测Andor网络研讨会

间接检测与直接检测相比有什么优势?

• 间接探测可用于能量为>15 keV和中子的“硬”x射线，这是使用传统CCD和sCMOS相机直接探测不可能的。
• 随着时间的推移，间接探测器在暴露于x射线和中子通量时，传感器退化程度降低。
• 间接探测器优化检测多种能量范围，帧率和不同的设置配置
• sCMOS兼容检测方法，使高帧率可以实现。

间接检测方法

磷传感器涂料

传感器表面涂有荧光粉，例如氧化硫化钆(Gd₂O₂S:Tb)通常被称为GADOX，也被称为P43。该荧光粉层吸收x射线光子，并主要在545 nm (2.28 eV)处发射可见光子，转换效率约为15%，即吸收的x射线光子能量的15%转化为可见光子。然而，当产生的光子向各个方向发射时，只有一小部分会到达探测器。这说明了信号和空间分辨率转换过程的低效率，因为二次发射将有效地从产生点扩散。增加闪烁体的深度，与它能够吸收和转换的能量范围有关，然而，它变得越厚，空间分辨率就会相应降低，因此必须再次找到一个平衡。

光纤耦合系统

光纤耦合间接检测系统将闪烁体直接耦合到光纤光学板上，光纤光学板再耦合回传感器上。这有效地保持了空间分辨率，因为它将光通过单个光纤传输到传感器，减少了光从产生点的传播。光纤的引入还有其他重要的优点，光纤可以被挤压形成一个锥度，这增加了可以成像的面积，尽管有图像的缩小。它还可以保护传感器免受较强x射线的伤害，x射线本身就会破坏CCD的硅结构。此外，光纤耦合系统比透镜耦合系统提供了更高的光吞吐量。安铎科技提供了几种光纤耦合相机解决方案根据需要配备闪烁器和铍过滤器。

图3:光纤耦合闪烁体到传感器设置的一个例子

镜头耦合系统

人们对使用基于镜头的相机系统来成像闪烁体屏幕越来越感兴趣。这种方法很受欢迎，因为闪烁体的活性区域可以非常大，50厘米²和大。此外，相机是保护从直接路径的破坏性硬x射线，甚至中子和伽玛源可以使用这种方法。从相机的位置来说，这也是一个更简单、更容易的方法，因为不需要修改或改变标准相机，这允许快速和容易的更换或升级。参见下面的镜头耦合相机设置示例，第一个描述了一个简单的线性设置，第二个是一个常见的中子/ x射线成像设置，其中相机的位置垂直于入射光束。

图4:一个简单的镜头耦合闪烁体到传感器设置的例子

图5:一个镜头耦合闪烁体到传感器设置的例子，其中相机垂直于x射线/中子束，以保护其免受损坏。

总结

所讨论的每一种传感器版本都有其相关的优缺点，但是可以应用一些简单的规则:

• 光路中的元件越多，传输越小
• 更高的空间分辨率要求光被引导或聚焦
• 如果成像大于5倍传感器面积，则需要一个透镜系统
• 如果距离闪烁体>10厘米，则需要透镜

间接检测的这些基本类型还有进一步的变化。在安铎，我们的相机非常适合x射线和中子的直接和间接探测我们有专门的团队来设计和建造这些定制系统。设计过程着眼于需求并匹配各种组件选项，如纤维和闪烁体，以生产最终高质量的安多尔产品。有关更多信息，请与您当地的销售代表联系。