專利名稱：制動(dòng)光子的光譜及空間分布的測(cè)定方法和相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制動(dòng)光子的光譜及空間分布的測(cè)定方法和相關(guān)的裝置。本發(fā)明可以應(yīng)用在，例如，X射線、醫(yī)學(xué)成像、斷層掃描、非法物品的非破壞性的特征描述、高強(qiáng)度中子流的產(chǎn)生等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通過(guò)一電子加速器來(lái)產(chǎn)生中子是一種可以獲得高中子流的已知技術(shù)。電子經(jīng)由一光子束產(chǎn)生中子來(lái)自加速器的電子朝一個(gè)會(huì)發(fā)射光子被稱為制動(dòng)靶的第一靶定向，而由此射出的光子接著朝一個(gè)會(huì)發(fā)射中子的被稱為轉(zhuǎn)換靶的第二靶定向。在利用這樣的電子加速器的測(cè)量技術(shù)的范圍內(nèi)，必須對(duì)所發(fā)射光子的光譜和空間分布，以及由檢測(cè)器和采集用電子器件形成的總成的特性有良好的認(rèn)識(shí)。本發(fā)明的方法滿足此需求。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)際上，本發(fā)明涉及一種沿至少一個(gè)軸，對(duì)于由電子脈沖在一制動(dòng)靶上實(shí)現(xiàn)交互作用而產(chǎn)生的，一制動(dòng)光子流的光譜及空間分布進(jìn)行測(cè)定的方法，特征在于所述方法包含-在所述軸的第一點(diǎn)處的一第一中子測(cè)量，這是由中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)的積分而產(chǎn)生，各中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)因制動(dòng)光子對(duì)以所述第一點(diǎn)為中心的第一轉(zhuǎn)換靶的沖擊而產(chǎn)生，第一轉(zhuǎn)換靶對(duì)能量明顯大于第一能量閾值的光子十分敏感，參與一檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)的形成的中子在兩個(gè)連續(xù)的電子脈沖之間的一時(shí)間范圍內(nèi)被檢測(cè)并計(jì)數(shù)，-第一轉(zhuǎn)換靶在所述軸上不同的點(diǎn)做連續(xù)位移，并在軸上這些不同的點(diǎn)的每一處， 執(zhí)行與在所述軸上的第一點(diǎn)處執(zhí)行的中子測(cè)量一樣的一中子測(cè)量，及-借助帶有互不相同且與第一能量閾值不同的能量閾值的一系列不同的轉(zhuǎn)換靶， 執(zhí)行與在所述第一點(diǎn)及所述不同的點(diǎn)處的測(cè)量一樣的一系列中子測(cè)量。本發(fā)明還涉及一種沿至少一個(gè)軸，對(duì)于由電子脈沖在一制動(dòng)靶上實(shí)現(xiàn)交互作用而產(chǎn)生的，一制動(dòng)光子流的光譜及空間分布進(jìn)行測(cè)定的裝置，特征在于所述裝置包含-一用于轉(zhuǎn)換及檢測(cè)中子的總成，由至少二轉(zhuǎn)換靶及一測(cè)量單元構(gòu)成；各轉(zhuǎn)換靶能夠產(chǎn)生在制動(dòng)光子的作用下所感生的中子，并且各轉(zhuǎn)換靶對(duì)能量明顯大于一能量閾值的光子十分敏感，而且所述轉(zhuǎn)換靶的能量閾值彼此不同；測(cè)量單元由一或多個(gè)氦3He檢測(cè)器組成，用于檢測(cè)并計(jì)數(shù)由各轉(zhuǎn)換靶所產(chǎn)生的感生中子，氦3He檢測(cè)器包含在一中子慢化劑內(nèi)， 此中子慢化劑被封包在一熱中子吸收器內(nèi)，各轉(zhuǎn)換靶被接連地置于熱中子吸收器面對(duì)制動(dòng)靶的一個(gè)面上，-一電子處理電路，處理由中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成所傳送的信號(hào)，所述電子處理電路包含用于在兩個(gè)連續(xù)的電子脈沖之間的時(shí)間范圍上控制中子的檢測(cè)及計(jì)數(shù)的裝置，及-沿所述軸移動(dòng)中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成的裝置。
本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供，在線知悉及檢查電子加速器的正確操作及無(wú)漂移，的可能性。中子測(cè)量有利地使認(rèn)知光子束的不可缺少的部分，換言之其強(qiáng)度及其能量 (即功率)，的穩(wěn)定性，成為可能。本發(fā)明方法還以一有利方式，借助一感生中子分量(增益對(duì)比)的測(cè)量來(lái)使取得光子分量的特征成為可能。用本發(fā)明方法所獲得的光子流的良好的空間特征也使得讓產(chǎn)生中子的轉(zhuǎn)換靶處于最佳狀態(tài)成為可能。此外，已知借助一制動(dòng)光子束來(lái)直接查詢要鑒別的材料是非常重要的。本發(fā)明方法所能夠?qū)崿F(xiàn)的制動(dòng)光子束的正確特征描述，有利地使獲得更好的材料鑒別結(jié)果成為可能。特別是使優(yōu)化工作特性及縮短測(cè)量持續(xù)時(shí)間，并進(jìn)而減少成本成為可能。


在參照附圖閱讀一優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰，其中圖1描繪一用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置；圖2描繪圖1中的本發(fā)明的裝置中所使用的一中子測(cè)量單元的立體圖；圖3描繪實(shí)施本發(fā)明方法所使用的移動(dòng)單元的一范例；圖4描繪通過(guò)本發(fā)明方法所獲得的制動(dòng)光子的光譜及空間分布的一范例；以及圖5描繪對(duì)于制動(dòng)光子的不同輻射能量，由通過(guò)本發(fā)明方法所測(cè)得的信號(hào)的不同的歸一化值所形成的比值R。在所有圖式中，相同的參考數(shù)字表示相同的組件。
具體實(shí)施例方式圖1描繪一用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置。此裝置包含用于產(chǎn)生制動(dòng)光子的裝置，及用于沿空間中的至少一個(gè)軸來(lái)測(cè)量由此產(chǎn)生的制動(dòng)光子的光譜及空間分布的裝置。產(chǎn)生制動(dòng)光子的裝置由一電子加速器1及置于一靶架3中的一制動(dòng)靶2構(gòu)成。加速器1以脈沖的形式發(fā)射電子e_。脈沖頻率介于，例如，IOHz與300Hz之間，而脈沖寬度等于，例如，4. 5 μ S。電子的能量等于，例如，6MeV、9MeV或llMeV。電子因受到制動(dòng)靶2，例如鎢靶，的干擾而產(chǎn)生制動(dòng)光子Ph。測(cè)量光子束的光譜及空間分布的裝置由一個(gè)轉(zhuǎn)換及檢測(cè)中子的一總成6及一電子處理電路9構(gòu)成。中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成6包含至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換靶5及一測(cè)量單元10，轉(zhuǎn)換靶相繼地被置于測(cè)量單元10上。各轉(zhuǎn)換靶均能夠產(chǎn)生在光子束ph的某一能量閾值以上所感生的中子，而與靶相關(guān)的能量閾值隨靶不同而各不相同。測(cè)量單元10測(cè)量由各轉(zhuǎn)換靶5 產(chǎn)生的感生中子。測(cè)量單元10由包含在一中子慢化劑7內(nèi)的一或多個(gè)氦3He檢測(cè)器8構(gòu)成，中子慢化劑7本身被封包在吸收熱中子(能量非常低的中子)的一吸收器4內(nèi)。如此設(shè)計(jì)的檢測(cè)器單元因而僅對(duì)快中子敏感并從而僅極輕微地受到環(huán)境及其對(duì)中子產(chǎn)生的慢化效應(yīng)的影響。轉(zhuǎn)換靶5被置于吸收器4面對(duì)制動(dòng)靶2的一個(gè)面上。如圖2中所示，轉(zhuǎn)換靶5以居中方式被置于吸收器4的那個(gè)面上以使光子ph的檢測(cè)處于最佳狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換靶5的中心點(diǎn)，垂直于面4表面的法線界定一軸χ。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，氦檢測(cè)器8成對(duì)組合在一起且形成三條測(cè)量通道，一條前通道和兩條后通道。電子處理電路9為一快速電子電路，針對(duì)每一條測(cè)量通道i(i = 1,2,3)包含一個(gè)ADSF型放大器Ai (i = 1,2,3) (ADSF是 "Amplificateur Discriminateur Seuil FenStre”(閾值窗鑒頻放大器)的縮寫)。中子測(cè)量是在可以擺脫電子脈沖期間所發(fā)射的制動(dòng)光子的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行。優(yōu)選地，所述時(shí)間間隔的選擇也要給中子檢測(cè)器及電子處理電路留出足夠的時(shí)間，以便于所述檢測(cè)器及所述電路恢復(fù)它們所有的檢測(cè)特性。實(shí)際上，制動(dòng)光子是在電子與制動(dòng)靶2交互作用期間準(zhǔn)瞬間產(chǎn)生的。因此，制動(dòng)光子以和電子相同的時(shí)間分布，即相同的脈沖寬度及相同的重復(fù)頻率，被發(fā)射出來(lái)。因此，這些制動(dòng)光子存在于整個(gè)電子脈沖寬度期間，典型地，在幾微秒到幾十微秒間變動(dòng)。在電子脈沖期間，中子檢測(cè)器完全被由它們引起的光子脈沖混淆，從而運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。中子檢測(cè)器在一光子脈沖停止后僅幾十微秒即恢復(fù)它們所有的特性。因此感生中子分量的測(cè)量?jī)H在光子脈沖之間，且優(yōu)先地，在適合的時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行，這樣不僅中子檢測(cè)器，處理電子器件也都已經(jīng)恢復(fù)它們的檢測(cè)特性。為此，電子處理電路9包含傳送一控制指令C的控制裝置M,控制指令C施加于電子檢測(cè)電路，禁止在所述時(shí)間范圍以外對(duì)中子進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)。在中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成6的一已知位置，一周期的測(cè)量是由在連續(xù)的電子脈沖之間測(cè)量到的一系列中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)的積分組成。作為非限制性范例，測(cè)量是針對(duì)電子脈沖頻率等于90Hz而執(zhí)行，要執(zhí)行MOO個(gè)測(cè)量周期，并且每條測(cè)量通道的采集時(shí)間等于 ο μ S。有一個(gè)能使中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成6沿著空間中的至少一個(gè)軸移動(dòng)的裝置。移動(dòng)沿著，例如，由三維直角坐標(biāo)系(X，y，ζ)所界定的空間中的三個(gè)垂直方向中的至少一個(gè)方向進(jìn)行，軸χ是之前所定義的軸。舉例而言，圖3描繪一遠(yuǎn)程控制的移動(dòng)單元B，其使中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成6沿軸y以50mm的節(jié)距，在相對(duì)于橫坐標(biāo)y = 0的中央位置位于_500mm的第一端位A，與相對(duì)于所述中央位置位于+500mm的第二端位U之間移動(dòng)。轉(zhuǎn)換靶5由一種能夠在光子束ph的某一能量閾值以上，相應(yīng)地，在電子e_的某一能量閾值以上產(chǎn)生所感生的中子的材料構(gòu)成。因此，適合于不同的電子能量閾值的不同的靶被依次地選出以實(shí)施本發(fā)明方法，從而達(dá)成在一大的能量范圍上測(cè)定光子流的分布的目標(biāo)。靶5可以是，例如，用于電子能量大于6Mev的一鈾23M靶及，用于電子能量大于1.67Mev 的一鈹Be靶。圖4描繪通過(guò)本發(fā)明方法所獲得的光譜及空間分布的一范例。裝備有一鈾238U轉(zhuǎn)換靶的一氦^fe檢測(cè)器沿軸y在制動(dòng)靶前方移動(dòng)，這距離制動(dòng)靶2大體上有Im遠(yuǎn)。靶以 50mm的節(jié)距在-500mm與+500mm的測(cè)量范圍之間移動(dòng)(參見圖幻。靶由直徑大體上等于 50mm且厚度大體上等于3mm的一圓形鈾錠構(gòu)成。電子的能量大體上等于9Mev。圖4描繪由氦檢測(cè)器檢測(cè)到的計(jì)數(shù)，它是光束張角θ (χ軸與由制動(dòng)靶2及靶5所界定的軸之間的角度)的函數(shù)。針對(duì)不同的電子能量，圖5描繪，由通過(guò)本發(fā)明方法測(cè)得的信號(hào)的不同的歸一化值所形成的比值R，它是測(cè)量靶的位移的函數(shù)。在測(cè)量裝置的一已知位置，比值R等于在所述已知位置測(cè)得的信號(hào)值除以在所有位置測(cè)得的最大信號(hào)值。測(cè)量靶的移動(dòng)沿軸y進(jìn)行，這距離制動(dòng)靶2大體上有1米遠(yuǎn)。靶以IOmm的節(jié)距在-SOmm到+80mm的測(cè)量范圍之間移動(dòng)。曲線C1、C2及C3分別對(duì)應(yīng)于一等于6Mev、9Mev及IlMev的電子能量。所獲得的輪廓在任何能量下均非常規(guī)則。圖4及5中所呈現(xiàn)的結(jié)果涉及測(cè)量靶5是一鈾靶的情況。如同上文已提到過(guò)的，這樣的一種靶優(yōu)先應(yīng)用于大于或等于6Mev的電子能量，這是23M同位素的閾值能量。對(duì)低于6Mev的能量值而言，使用的是其他的靶，例如，鈹Be靶。所測(cè)得的由光子與轉(zhuǎn)換靶的交互作用而產(chǎn)生的中子信號(hào)淹沒(méi)在加速器的運(yùn)轉(zhuǎn)中所固有的一中子信號(hào)中。因此，希望在靶不存在下執(zhí)行中子的計(jì)數(shù)，以便測(cè)量代表加速器運(yùn)轉(zhuǎn)中的中子信號(hào)的噪聲，所述噪聲接著要從可用信號(hào)中減掉。為此，與測(cè)量單元10連接的電子處理電路包含能夠存儲(chǔ)所完成的測(cè)量，并計(jì)算在轉(zhuǎn)換靶存在與不存在下分別測(cè)得的信號(hào)的差的電路。
權(quán)利要求
1.一種沿至少一個(gè)軸，對(duì)于由電子脈沖在一制動(dòng)靶(2)上實(shí)現(xiàn)交互作用而產(chǎn)生的，一制動(dòng)光子流的光譜及空間分布進(jìn)行測(cè)定的方法，特征在于所述方法包含-在所述軸的第一點(diǎn)處的一第一中子測(cè)量，這是由中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)的積分而產(chǎn)生， 各中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)因制動(dòng)光子(Ph)對(duì)以所述第一點(diǎn)為中心的第一轉(zhuǎn)換靶(5)的沖擊而產(chǎn)生，第一轉(zhuǎn)換靶對(duì)能量明顯大于一第一能量閾值的光子十分敏感，參與一檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)的形成的中子在兩個(gè)連續(xù)的電子脈沖之間的一時(shí)間范圍內(nèi)被檢測(cè)并計(jì)數(shù)，-第一轉(zhuǎn)換靶( 在所述軸上不同的點(diǎn)做連續(xù)位移，并在軸上這些不同的點(diǎn)的每一處， 執(zhí)行與在所述軸上的第一點(diǎn)處執(zhí)行的中子測(cè)量一樣的一中子測(cè)量，及-借助帶有互不相同且與第一能量閾值不同的能量閾值的一系列不同的轉(zhuǎn)換靶，執(zhí)行與在所述第一點(diǎn)及所述不同的點(diǎn)處的測(cè)量一樣的一系列中子測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一轉(zhuǎn)換靶是具有第一能量閾值的一鈹靶且第二轉(zhuǎn)換靶是具有大于所述第一閾值的第二能量閾值的一鈾靶。
3.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)所述電子與所述制動(dòng)靶O)的交互作用而產(chǎn)生制動(dòng)光子的一電子加速器(1)運(yùn)轉(zhuǎn)作中所固有的一中子信號(hào)在轉(zhuǎn)換靶不存在的情況下在所述時(shí)間范圍內(nèi)且在所述軸的每一點(diǎn)處被測(cè)量，且所述電子加速器的運(yùn)轉(zhuǎn)中所固有的中子信號(hào)的測(cè)量值從在存在轉(zhuǎn)換靶的情況下所測(cè)量的中子檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)中減掉。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述檢測(cè)與計(jì)數(shù)信號(hào)由一氦3He檢測(cè)器單元來(lái)測(cè)量。
5.一種沿至少一個(gè)軸，對(duì)于由電子脈沖在一制動(dòng)靶(2)上實(shí)現(xiàn)交互作用而產(chǎn)生的，一制動(dòng)光子流的光譜及空間分布進(jìn)行測(cè)定的裝置，特征在于所述裝置包含-一用于轉(zhuǎn)換及檢測(cè)中子的總成(6)，由至少二轉(zhuǎn)換靶(5)及一測(cè)量單元(10)構(gòu)成，各轉(zhuǎn)換靶( 能夠產(chǎn)生在制動(dòng)光子的作用下所感生的中子，并且各轉(zhuǎn)換靶( 對(duì)能量明顯大于一能量閾值的光子十分敏感，而且所述轉(zhuǎn)換靶的能量閾值彼此不同；測(cè)量單元由一或多個(gè)氦3He檢測(cè)器(8)組成，用于檢測(cè)并計(jì)數(shù)由各轉(zhuǎn)換靶所產(chǎn)生的感生中子，氦3He檢測(cè)器(8) 包含在一中子慢化劑(7)內(nèi)，所述中子慢化劑(7)被封包在一熱中子吸收器(4)內(nèi)，各轉(zhuǎn)換靶( 被接連地置于熱中子吸收器(4)面對(duì)制動(dòng)靶O)的一個(gè)面上，-一電子處理電路(9)，處理由中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成(6)所傳送的信號(hào)，所述電子處理電路(9)包含用于在兩個(gè)連續(xù)的電子脈沖之間的時(shí)間范圍上控制中子之檢測(cè)及計(jì)數(shù)的裝置，及-沿所述軸移動(dòng)中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成(6)的裝置(B)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中沿所述軸移動(dòng)中子轉(zhuǎn)換與檢測(cè)總成(6)的裝置 (B)由一遠(yuǎn)程控制的移動(dòng)單元(B)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中第一轉(zhuǎn)換靶是具有一第一能量閾值的一鈹靶且第二轉(zhuǎn)換靶是具有大于所述第一閾值的第二能量閾值的一鈾靶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在空間(x，y，z)中沿著至少一個(gè)方向?qū)σ恢苿?dòng)光子流的光譜及空間分布進(jìn)行測(cè)定的方法，特征在于所述方法包含，測(cè)量因制動(dòng)光子(ph)對(duì)在空間(x，y，z)中循所述方向被移動(dòng)的至少一轉(zhuǎn)換靶(5)的沖擊而產(chǎn)生的中子。本發(fā)明可應(yīng)用于X射線、醫(yī)學(xué)成像、斷層掃描等。
文檔編號(hào)G01T3/00GK102317812SQ200980156299
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者亞闌·馬里安尼, 艾曼紐·雷恩, 阿布達(dá)拉·里歐西 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)