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专利名称：加速器x射线能量测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及加速器X射线源的能量、能谱特性测量领域。更具体地说，本发明涉及 一种用于测量加速器X射线的能量的系统。本发明采用透射法原理，用多层探测器组一次 性曝光法，获取加速器剂量在该组探测器中的吸收曲线，辅以标准能量加速器剂量吸收曲 线查寻和对比，快速正确地确定加速器能量。
背景技术：
加速器X射线源是由微波加速管或静电加速管等将电子加速到很高能量，当电子 轰击靶材料时，由于轫致辐射，在以电子运动方向为轴对称出现大量X射线，X射线的平均 能量、能谱、角分布、剂量等和电子能量、强度和靶材料性质厚度等相关。加速器X射线源广 泛应用于医学诊断和治疗，工业辐照加工，辐照成像探伤和检查及科学研究。由于加速器X 射线源的能量、能谱、角分布、剂量等特性是辐射防护、辐射物理效应、辐射成像指标计算和 设计的重要依据，因此正确测定加速器输出X射线能量(折合能量)、能谱非常重要。
加速器X射线源的输出光子密度很大，通过谱仪测量单光子能量确定加速器X射 线源能量和能谱不易实现，而通过测量相对简单的剂量衰减规律，推导加速器能量及能谱， 是目前常用的方法，主要有1、剂量半值程衰减测量法，与标准能量加速器剂量半值程衰减 表对照；2、测量透射剂量衰减规律，借用蒙卡程序模拟计算和数学叠代复原加速器射线能 谱；3、通过测量三维水箱中剂量衰减曲线和标准曲线查寻方法。上述方法中有的测量工作 量大而繁琐，有的需要借用大量数学工具进行推导，在现场和产品生产中使用较困难。
相应地，需要一种改进的加速器X射线能量测量系统，其能够快速、正确地测量加 速器X射线的能量和/或频谱特性。发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中确定加速器能量或能谱特性时存在的上述问 题和缺陷的至少一个方面，例如测量工作量大而繁琐、需要借用大量数学工具推导、不易快 速方便测量。
相应地，本发明的目的之一在于提供一种加速器X射线能量测量系统，其能够快 速、正确地测定速器X射线的能量。
根据本发明的一个方面，其提供一种用于测量加速器X射线的能量的系统，包括 X射线剂量探测装置，其包括多个相互平行且隔离设置的探测器，从待检测的加速器发出的 X射线被导向多个探测器上，以探测各个探测器中吸收的X射线的剂量；收集装置，用于收 集对应于各个探测器中吸收的X射线的剂量的数据，并获得X射线在所述X射线剂量探测 装置上吸收剂量的吸收曲线；以及比较装置，用于将所述吸收曲线与标准能量加速器在所 述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的加速器的能量。
优选地，所述用于测量加速器X射线的能量的系统还包括准直器，从待检测的加 速器发出的X射线经过准直器进行准直，然后将准直后的X射线导向X射线剂量探测装置上的多个探测器。
在一种具体实施方式
中，所述收集装置包括多个转换元件，每个转换元件与对应 的一个探测器耦合，用于将X射线在各个探测器中吸收剂量转换成电信号；以及多个放大 器，每一个放大器与对应的一个转换元件耦合，用于将电信号进行线性放大。
具体地，所述探测器可以为固体闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器和热释光 片之一。
优选地，该用于测量加速器X射线的能量的系统还包括校正装置，基于各个探测 器和放大器的参数特性的差异，对获得的X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的 原始吸收曲线进行校正，以获得X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的吸收曲线。
具体地，所述比较装置包括存储单元，用于存储标准能量加速器在所述X射线剂 量探测装置上的基准吸收曲线；计算单元，用于执行将所述吸收曲线与基准吸收曲线进行 比较，以确定所述待检测的加速器的能量。
优选地，该用于测量加速器X射线的能量的系统还包括准直器，用于对从待检测 的加速器发出的X射线进行准直；以及屏蔽体，用于对来自探测装置周围的散射低能X射线 进行屏蔽。
具体地，所述探测器可以为固体闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器或热释光 片；以及所述转换元件可以为光敏元件或电荷接收器。
具体地，所述存储单元可以为非易失性存储器、ROM、RAM或闪存；所述计算单元可 以为微型计算机或微处理器。
同现有技术相比，本发明具有集成度高、操作简单、设备规模�。灰淮涡云毓夂涂� 速确定加速器能量等特点，适用于加速器批量生产时性能一致性检验和校验以及现场加速 器能量标定。另外，本发明适应范围广，生产成本低，操作和使用可方便，可用于各种目的加 速器能量测量和验证。


图1是根据本发明的具体实施方式
的用于测量加速器X射线的能量的系统的示意 图。
图2是根据本发明的一种具体实施方式
中的X射线剂量探测装置的组成和安装结 构的示意图，其中图2A是采用固体闪烁探测器形式的X射线剂量探测装置的组成结构图， 图2B是显示图2A中的固体闪烁探测器与准直器和屏蔽体之间的安装结构图。
图3是根据本发明的一种具体实施方式
的加速器X射线能量测量方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明 书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的 说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
参见图1，其示出了根据本发明的一种具体实施方式
的用于测量加速器X射线的 能量的系统的示意图。参见，根据本发明的一种具体实施方式
的一种用于测量加速器10的 X射线的能量的系统100，包括X射线剂量探测装置20，其包括多个相互平行且隔离设置的探测器21，从待检测的加速器10发出的X射线被导向多个探测器21上，以探测各个探测器 21中吸收的X射线的剂量；收集装置30，用于收集对应于各个探测器21中吸收的X射线的 剂量的数据，并获得X射线在所述X射线剂量探测装置20上吸收的剂量的吸收曲线；以及 比较装置40，用于将所述吸收曲线与标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置20上的基 准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的加速器10的能量。
参见图2A，其示出了采用固体闪烁探测器形式的X射线剂量探测装置的组成结构 图。多个探测器21以并排且大体相互平行的叠加形式设置以组成探测器组，其中相邻的两 个探测器21设置成相互之间进行信号隔离，例如光隔离，以防止各个探测器21之间产生信 号的串扰。所述探测器可以采用各种形式，例如可以为固体闪烁探测器、气体探测器、半导 体探测器和热释光片之一。参见图1所示，当来自待检测的加速器10的X射线从图1中右 侧向左侧方向，即大体垂直于多个探测器21的叠加方向被导向到多个探测器21上时，X射 线依次穿过多个探测器21中的部分或全部，并被每个探测器21吸收相应的剂量。当来自 加速器10的X射线射入到例如固体闪烁探测器21时，X射线的能量转换成光能，为了防止 各个探测器21之间产生信号的串扰，需要对各个固体闪烁探测器21进行光隔离。类似地， 当采用其它类型的探测器，例如气体探测器时，当来自加速器10的X射线射入到例如气体 探测器21时，X射线的能量转换成电能，为了防止各个探测器21之间产生信号的串扰，需 要对各个探测器21进行电隔离。虽然，在上述实施方式中，来自待检测的加速器10的X射 线沿大体垂直于多个探测器21的叠加方向被导向到多个探测器21上，但是本发明并不仅 限于此，X射线可以沿任何适宜的角度入射到多个探测器21。
在上述实施方式中，标准能量加速器为现有的或预先提供的已经被标定的作为标 准使用的能量加速器。当上述X射线剂量探测装置20被提供之后，通过将一系列标准能量 加速器对上述X射线剂量探测装置20分别进行曝光，即可以获得一系列与标准能量加速器 的能量级别相对应的基准吸收曲线。参见图2A，收集装置30包括多个转换元件31，每个 转换元件31与对应的一个探测器21耦合，用于将X射线在各个探测器21中吸收的剂量转 换成电信号；以及多个放大器32，每一个放大器32与对应的一个转换元件31耦合，用于将 电信号进行线性放大。转换元件31的形式根据探测器的形式予以确定。例如，当所述探测 器为固体闪烁探测器或热释光片时，所述转换元件为光敏元件，例如硅光敏二极管或电荷 接收器。
当来自加速器10的X射线射入到例如固体闪烁探测器21时，X射线的能量转换成 光能。与对应的一个探测器21耦合的每个转换元件31，例如硅光敏二极管用于将X射线在 各个探测器21中吸收的剂量转换成电信号。在一种优选实施方式中，每一个放大器32与 对应的一个转换元件31耦合，用于将电信号进行线性放大，以获得放大的、便于处理的电信号。
参见图2B，其示出了图2A中的固体闪烁探测器与准直器11和屏蔽体12之间的 安装结构图。与图1中探测器装置沿图中的箭头方向装配到屏蔽体12中的空腔中相似，在 图2中，图2A中的探测器20按图2中向右旋转90度之后然后装入到屏蔽体12中的空腔 中，如图2B所示。为了消除散射X射线的干扰，在根据本发明的用于测量加速器X射线的 能量的系统前端配置一准直器11，从待检测的加速器10发出的X射线经过准直器11进行 准直，然后将准直后的X射线导向X射线剂量探测装置20上的多个探测器21。具体地，通过准直操作，可以使X射线剂量探测装置20的多个探测器21的中心位置与加速器10的束 流中心对准。
优选地，为进一步实现对外部环境的保护以及对来自探测装置周围的散射低能X 射线进行屏蔽，在X射线剂量探测装置20和准直器11的外部设置有屏蔽体12。在一种具 体实施方式中，屏蔽体12由具有防辐射功能的材料，例如重金属材料铅等构成，并其进一 步设置有腔体13，X射线剂量探测装置20设置到屏蔽体12的腔体13中。参见图2B，X射 线通过准直器11的准直，然后入射到X射线剂量探测装置20的各个探测器21上。与对应 的一个探测器21耦合的每个转换元件31，例如硅光敏二极管用于将X射线在各个探测器 21中吸收的剂量转换成电信号。与对应的一个转换元件31耦合的放大器32将电信号进行 线性放大，以获得对应于X射线在各个探测器21中吸收的剂量的电信号。
基于将上述各个探测器21对应于X射线在各个探测器21中吸收的剂量的电信号 的数据，可以获得X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的原始吸收曲线。上述原 始吸收曲线的获得通过将各个探测器21对应于X射线在各个探测器21中吸收剂量的电信 号的数据连接成曲线而获得。进一步地，在一种优选但不限制性实施例中，也可以通过数学 插值或蒙卡模拟计算来对原始吸收曲线进行完备。
参见图1，在一种优选实施方式中，由于各个探测器及其后的放大器参数的存在个 体差异，为了消除探测器21和放大器32参数的个体差异对测量结果的影响，需要对从探测 器装置20获得的数据，也即对原始吸收曲线进行校正。如图1所示，用于测量加速器X射 线的能量的系统还包括校正装置50，基于各个探测器和放大器的参数特性的差异，对获得 的X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收的剂量的原始吸收曲线进行校正，以获得X射 线在所述X射线剂量探测装置上吸收的剂量的吸收曲线。但是，本实施方式不具有限制意 义，各个探测器的个体差异也可以不进行校正，只要待检测的加速器和标准能量加速器对 同一 X射线剂量探测装置20进行曝光即可。
在一种优选实施方式中，参见图1，用于测量加速器X射线的能量的系统100还 包括比较装置40，其包括计算单元41，用于执行将所述吸收曲线与基准吸收曲线进行比 较，以确定所述待检测的加速器的能量。通过将测量的吸收曲线与基准吸收曲线的比较，可 以快速、正确地确定被测量加速器能量及能谱特性。优选地，比较装置40还包括存储单元 42，用于预先存储标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线。具体地 说，该系统配备一系列标准能量加速器对上述探测器装置20进行曝光获得的一系列的基 准吸收曲线。本领域的普通技术人员应当理解，通过提高上述系列标准能量加速器对上述 探测器装置20进行曝光获得的一系列的基准吸收曲线的精度，则可以提高确定被检测的 加速器的能量的精度。例如，采用的系列标准能量加速器的能量序列分别为0. 5Mev, IMev,1. 5Mev,2Mev......，其级差为0. 5Mev ；如果采用的系列标准能量加速器的能量序列分别为 0. IMev,0. 2Mev，0. 3Mev，0. 4Mev，0. 5Mev......,其级差为 0. IMev,则相应地，由于标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线的精度提高5倍，则相应的通过 将测量的吸收曲线与基准吸收曲线进行比较获得的加速器能量的精度也提高5倍。
优选地，还可以进一步通过数学插值或蒙卡模拟计算的方式，完备各能量段的标 准能量加速器关于上述探测器装置20的基准吸收曲线。
在图1所示的具体实施方式
中，所述存储单元42可以为非易失性存储器、R0M、RAM或闪存，所述计算单元41可以为微型计算机或微处理器。
下面结合图1-3对根据本发明的一种具体实施方式
的加速器X射线能量测量方法 进行说明。参见图3，根据本发明的具体实施方式
的加速器X射线能量测量方法，包括步骤 提供X射线剂量探测装置20，其包括多个相互平行且隔离设置的探测器21 (Si)；将从待检 测的加速器10发出的X射线导向到X射线剂量探测装置20的多个探测器21上(S2)；收 集各个探测器21中吸收的X射线的剂量，并获得X射线在所述X射线剂量探测装置20上 吸收剂量的吸收曲线(S3)；以及将所述吸收曲线与标准能量加速器在所述X射线剂量探测 装置20上的基准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的加速器10的能量(S5)。
如前所述，在步骤Sl中，探测器21可包括固体闪烁探测器、气体探测器、半导体探 测器和热释光片之一，每个探测器21独立地收集X射线在每个探测器中吸收的剂量。在步 骤S2中，来从待检测的加速器10发出的X射线被导向到X射线剂量探测装置20的多个探 测器21上，例如使X射线剂量探测装置20的多个探测器21的中心位置与加速器10的束 流中心对准。在一种优选实施方式中，可以将从待检测的加速器发出的X射线进行准直，然 后将准直后的X射线导向到X射线剂量探测装置的多个探测器上。
在收集步骤S3中，如前所述，与对应的一个探测器21耦合的每个转换元件31，例 如硅光敏二极管用于将X射线在各个探测器21中吸收的剂量转换成电信号。优选地，通过 对应的放大器32将电信号进行线性放大，从而获得放大的、便于处理的电信号。基于将上 述各个探测器21对应于X射线在各个探测器21中吸收的剂量的电信号的数据，可以获得 X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收的剂量的原始吸收曲线。
由于各个探测器及其后的放大器参数的存在个体差异，在一种实施例中，为了消 除探测器21和放大器32参数的个体差异对测量结果的影响，需要对从探测器装置20获得 的数据，也即对原始吸收曲线进行校正。在步骤S4中，在一种实施例中，在获得X射线在所 述X射线剂量探测装置上20吸收剂量的原始吸收曲线的接触上，基于各个探测器21的参 数特性的差异，对获得X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的原始吸收曲线进行 校正，以获得X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的吸收曲线。在另一实施例中， 在采用放大器32对转换元件31获得的电信号进行放大的情况下，基于各个放大器32的参 数特性的差异，对获得X射线在所述X射线剂量探测装置20上吸收的剂量的原始吸收曲线 进行校正，以获得X射线在所述X射线剂量探测装置20上吸收的剂量的吸收曲线。
需要说明的是，校正步骤主要是对各个探测器及其后的放大器参数的存在个体差 异造成的数据偏差进行修正，其并不是必须的。另外，虽然本发明中的前述实施例中校正步 骤通过校正装置50来执行，但是此不能解释为对本发明的一种限制，例如也可以由操作者 进行人工校正。
在比较步骤S5中，将所述吸收曲线与标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置 20上的基准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的加速器10的能量。在一种具体实施 方式中，预先提供标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置20上的基准吸收曲线，并将 其输送到计算单元41中；以及将获得的X射线在所述X射线剂量探测装置上吸收的剂量的 吸收曲线输入到所述计算单元41中，以执行所述吸收曲线与基准吸收曲线的比较。如前所 述，在具体实施方式
中，标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线可 以预先存储在存储单元42中，例如可以为非易失性存储器、R0M、RAM或闪存。计算单元41，例如微型计算机或微处理器用于执行将所述吸收曲线与基准吸收曲线进行比较，以确定所 述待检测的加速器的能量。通过将测量的吸收曲线与基准吸收曲线的比较，可以快速、正确 地确定被测量加速器能量及能谱特性。
另外，虽然本发明中的前述实施例中比较步骤通过比较装置40来执行，具体地 说，比较装置40包括计算单元41，用于执行将所述吸收曲线与基准吸收曲线进行比较，以 确定所述待检测的加速器的能量。优选地，比较装置40还包括存储单元42，用于预先存储 标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线。但是此不能解释为对本发 明的一种限制，例如上述存储单元42也可以由实物形式的基准吸收曲线取代，而上述比较 操作也可以操作者进行完成。
另外，按照上述的技术方案，所有用多个探测器集成，一次性或多次曝光测量加速 器剂量吸收曲线，并通过与一系列基准曲线比较的方法，确定加速器能量的方案，均属于本 发明的保护范围。
此外，按照上述的技术方案，用不同探测器种类组成探测器组，通过一次性或多次 曝光获得加速器剂量吸收曲线，并通过与一系列基准曲线比较的方法，确定加速器能量的 方案，均属于本发明的保护范围。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理 解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的 范围以权利要求和它们的等同物限定。
权利要求
1.一种用于测量加速器X射线的能量的系统，包括X射线剂量探测装置，其包括多个相互平行且隔离设置的探测器，从待检测的加速器发 出的X射线被导向多个探测器上，以探测各个探测器中吸收的X射线的剂量；收集装置，用于收集对应于各个探测器中吸收的X射线的剂量的数据，并获得X射线在 所述X射线剂量探测装置上吸收剂量的吸收曲线；以及比较装置，用于将所述吸收曲线与标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基 准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的加速器的能量。
2.根据权利要求1所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，还包括 准直器，用于对从待检测的加速器发出的X射线进行准直；以及屏蔽体，用于对来自探测装置周围的散射低能X射线进行屏蔽。
3.根据权利要求1或2所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，其中所述收集装 置包括多个转换元件，每个转换元件与对应的一个探测器耦合，用于将X射线在各个探测器 中吸收剂量转换成电信号；以及多个放大器，每一个放大器与对应的一个转换元件耦合，用于将电信号进行线性放大。
4.根据权利要求3所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，其中所述探测器为固体闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器和热释光片之一。
5.根据权利要求3或4所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，还包括校正装置，基于各个探测器和放大器的参数特性的差异，对获得的X射线在所述X射线 剂量探测装置上吸收剂量的原始吸收曲线进行校正，以获得X射线在所述X射线剂量探测 装置上吸收剂量的吸收曲线。
6.根据权利要求3或4所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，所述比较装置包括存储单元，用于存储标准能量加速器在所述X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线； 计算单元，用于执行将所述吸收曲线与基准吸收曲线进行比较，以确定所述待检测的 加速器的能量。
7.根据权利要求2所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，还包括准直器，用于对从待检测的加速器发出的X射线进行准直；以及屏蔽体，用于对来自探 测装置周围的散射低能X射线进行屏蔽。
8.根据权利要求3所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，其中所述探测器为固体闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器或热释光片；以及 所述转换元件为光敏元件或电荷接收器。
9.根据权利要求6所述的用于测量加速器X射线的能量的系统，其中 所述存储单元为非易失性存储器、ROM、RAM或闪存；所述计算单元为微型计算机或微处理器。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量加速器X射线的能量的系统，包括X射线剂量探测装置，其包括多个相互平行且隔离设置的探测器，从待检测的加速器发出的X射线被导向多个探测器上，以探测各个探测器中吸收的X射线的剂量；收集装置，用于收集对应于各个探测器中吸收的X射线的剂量的数据，并获得X射线在X射线剂量探测装置上吸收剂量的吸收曲线；以及比较装置，用于将吸收曲线与标准能量加速器在X射线剂量探测装置上的基准吸收曲线进行比较，以确定待检测的加速器的能量。同现有技术相比，本发明具有集成度高、操作简单、设备规模�。灰淮涡云毓夂涂焖偃范�加速器能量等特点，适用于加速器批量生产时性能一致性检验和校验以及现场加速器能量标定。
文档编号G01T1/02GK102033239SQ20101023318
公开日2011年4月27日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年9月28日
发明者明申金, 李君利, 赵崑, 阮明 申请人:同方威视技术股份有限公司, 清华大学