择要：扼要引见了数字射线探测技巧行使的辐射探测器的根底典型。从射线探测技巧运用角度引见了非晶硅、非晶硒、CCD、CMOS、IP板、图象增加器等辐射探测器的根底组织与射线探测历程，并浅显敷陈了模/数（A/D）更改器的根底学问。

1辐射探测器概括

在数字射线探测技巧中，采取辐射探测器完竣射线的探测和更改。它是取得射线探测图象的器件，是影响取得的图象原料的根底要素。用于产业数字射线探测技巧的辐射探测器按道理可分为三类：气体辐射探测器、闪动辐射探测器以及半导体辐射探测器。

1.1气体辐射探测器

气体辐射探测器哄骗的是辐射也许负气体电离来完竣辐射探测。气体探测器的根底组织是，在容器中安设两个同轴电极（由绝缘体隔开），充上肯定气压的气体，电极之间加之肯定的高压。气体是辐射探测器的探测介质，辐射与气体效用，损失的能量负气体电离，电离产生的离子对在电场效用下产生电离电流，丈量电离电流完竣对辐射的探测。电离产生的离子对数与气体典范、辐射典型和能量相干。

图1气体探测器道理示企图

图１是其探测道理示企图。气体辐射探测器的重要典型是电离室、正比计数器和Ｇ-Ｍ计数器等。

1.2闪动辐射探测器

闪动辐射探测器哄骗的是闪动局势完竣对辐射的探测。闪动局势是指高能粒子映照物资时引发刹时闪动的局势，闪动的不断时候寻常不大于10-6s。也许产生闪动局势的物资称为闪动体。闪动体将射线更改为荧光辐射的历程是一种光致发光历程。

从能带理论对闪动局势可给出浅显阐述。在晶体内掺入杂质（即激活剂），改动了纯晶体的能级组织，产生了一些杂质能级。入射到晶体的射线所损失的能量使电子跃迁，可致使激活剂处于激起态。激活剂从激起态跃迁到基态释放能量，产生荧光辐射或磷光辐射。荧光辐射是辐射映照后在很短时候产生的辐射，磷光辐射是摄取和发射之间推迟相比长的辐射。将光记号更改为电记号则可完竣对辐射的探测。

罕用的闪动晶体是碘化钠、碘化铯、锗酸铋、钨酸钙和钨酸镉等。

1.3半导体辐射探测器

半导体辐射探测器的根底组织是PN结。半导体辐射探测器哄骗的是内光电效应。即，半导体材料摄取辐射能量后，产生电子-空穴对，由此可引发半导体材料的电导率改动，或引发电流、电压局势，过程外电路丈量电流，完竣对辐射的探测。图２是半导体探测器的探测道理示企图。

图2半导体探测器道理示企图

1.4辐射探测器的重要功能

对于辐射探测器，从建立角度招琢磨的功能重要囊括：量子检出效率、锐敏度、动态领域（线性领域）、信噪比、时候分辩力（率）、能量分辩力（率）、空间分辩力（率）等。

（1）量子检出效率（DQE）是探测器将输入辐射记号更改为输出记号的效率。输入记号强度与输出记号强度罕用粒子数或光子数提示。量子效率与探测器品种、入射射线典型与能量等相干。它直接影响取得的图象原料。

（２）锐敏度指探测器输出可探测记号时所需求的起码输入记号强度。好的探测器锐敏度可到达一个光子。

（３）动态领域即探测器输出记号与输入记号成正比的领域，也称为线性领域。

（４）噪声指由非输入记号产生的输出记号。

（５）时候分辩力是探测器可分辩的两个相邻入射粒子的最小时候隔绝。

（６）能量分辩力是探测器分辩不同能量粒子的技能，时常以某一能量的输出脉冲的半高宽度除以脉冲高度。

（７）空间分辩力是探测器分辩最小几多细节的技能，罕用（调制传达函数降为0.2的）空间频次或不明确度提示。应注意，空间分辩力与采取的详细技巧相干。

ASTME-《数字探测器阵列建立功能》准则划定，评估数字探测器阵列建立功能应囊括根底空间分辩力、效率、相比度锐敏度、特定材料厚度领域及相干图象的一些要素。

从行使角度最体贴的探测器功能目标常为：像素（元）尺寸、空间分辩力、动态领域、实用能量、行使寿命等。一些辐射探测器功能现在的根底处境见表１。对于空间分辩力应注意的是，表中给出的空间分辩力是探测器可到达的最高空间分辩力。

表1部份辐射探测器的重要功能

辐射探测器

非晶硅平板

CMOS线阵

IP板

行使能量

可达15MeV

20～kV

10～32MeV

像素尺寸/μm

80

50～

空间分辩力（Lp/mm）

～4

～6

6～10

动态领域

:1

:1

:1以上

行使寿命

10年

10年

约0次

2直接数字化射线探测技巧罕用的辐射探测器

在直接数字化射线探测技巧中，实践行使的辐射探测器重要有非晶硅辐射探测器、非晶硒辐射探测器、CCD或CMOS辐射探测器等。

2.1非晶硅辐射探测器

非晶硅辐射探测器由闪动体、非晶硅层（光电二极管阵列）、TFT阵列（大面积薄膜晶体管阵列）构成。图３长短晶硅辐射探测器组织示企图。闪动体将辐射更改为光，非晶硅层将光更改为电记号，TFT阵列做为开关完竣记号的读出，供应后续丈量电路。看来，非晶硅辐射探测器对射线探测需求过程两个历程，它是一种直接更改的探测器。图４长短晶硅辐射探测器的内部组织示企图。图5是平板非晶硅辐射探测器的形状图。

光电二极管是一类光探测器件。光电二极管的根底组织是PN结，其基于光伏效应探测光记号。在半导体界面存在空间电荷区，它设立了很强的自建电场。光照时产生的电子-空穴对在自建电场的效用下行动，产生光生电流。光生电流巨细仅决取决于光照度。在很宽的光照领域内，光电二极管也许产生与入射光强度成正比的光生电流。即也许把光记号更改为电记号，完竣对光记号的探测。

TFT即大面积薄膜晶体管。其根底组织是在玻璃基板上制做半导体膜层，而后对膜层加工制成大范围半导体集成电路。TFT的单位实践是一个由源极、漏极、栅极构成的三端器件，哄骗栅极电压操纵源极与漏极间的电流。在非晶硅辐射探测器中，TFT单位与一个电容器构成探测单位，蕴藏电荷与入射辐射对应。读出时，做为开关操纵电记号传递。

2.2非晶硒辐射探测器

非晶硒辐射探测器是一种直接更改的探测器，其根底构成部份长短晶硒（做为光电材料）和薄膜晶体管阵列（TFT）。图６长短晶硒辐射探测器的组织示企图。

图６非晶硒辐射探测器的组织示企图

当射线映照到非晶硒时，将产生电子-空穴对，在外加偏压效用下，产生的电子-空穴对向相悖方位挪移，产生电流。电流在TFT电容上聚积，产生蕴藏电荷。每个TFT上的蕴藏电荷正比于射线的映照量。TFT实践起到像开关的效用。读出时，施加电压记号，开关翻开，从辐射更改出的蕴藏电荷沿数据线流出，经强调、数字化，完竣数字图象消息蕴藏与处置。即每个TFT单位成为搜聚消息的最小单位，也即像素。

2.3CCD或CMOS辐射探测器

CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）辐射探测器的根底组织为三部份。第一部份为闪动体，用于将辐射更改为光记号；第二部份为CCD或CMOS感光成像器件，将光记号更改为电记号；第三部份为后续电路，丈量电记号，完竣对辐射的探测。看来，完竣辐射探测更改的是闪动体，CCD或CMOS完竣的是对光记号的更改和探测。

CCD是将看来光更改为数字记号的器件。CCD的根底组织是密排的MOS（金属氧化物半导体）二极管阵列，即金属-氧化物-半导体构成的电容，MOS电容的根底组织见图７。在光照前提下，MOS电容衬底产生电子跃迁，产生电子-空穴对。在外电场效用下，电子和空穴别离向两极行动，产生电子电荷，即光生电荷。光生电荷保存在MOS电容的每个单位中。光生电荷的几多决计于射线能量和光子的数目，即每个MOS电容单位的电荷与图象的亮度对应。按肯定相位次第加之时钟脉冲时，在序列脉冲启动下，光生电荷（消息电荷）将按划定方位沿衬底表面转变，产生图象视频记号。

图7MOS电容的根底组织

CMOS的感光元可为光电二级管或MOS单位。在光电记号产生上与CCD不异，但在结谈判记号读取上不同于CCD。根底的不同是，CMOS的各像素单位自己具备强调成效电路，产生的记号电荷在过程强调后传输到输出电路，使记号在传输门路中不易遭到噪声影响。

3直接数字化射线探测技巧罕用的辐射探测器

在直接数字化射线探测技巧中，实践行使的辐射探测器主如果成像板（IP板）、图象增加器等。

3.1IP板

IP板（成像板）重要由庇护层、荧光层、援助层、背衬层构成，根底组织如图８所示。

图8IP板的组织示企图

庇护层为特别薄的聚酯树脂类纤维，庇护荧光层不受外界的影响。荧光层采取非常的荧光物资，即光激起射荧光物资构成。荧光物资现在重要采取的是氟卤化钡（二价铕激活）。援助层罕用聚酯树脂类纤维胶制做。它具备优越的呆板强度，庇护荧光层免受外力损伤。背衬层制成黑色，防备激光在荧光层和援助层的界面反射。

IP板探测辐射所基于的道理是，某些荧光发射物资遭到射线映照时，在较高能带俘获的电子产生光激起射荧光中央（PLC），它们也许以准稳态蕴藏摄取的辐射能量。采取激光激起时，光激起射荧光中央的电子将返回它们初始能级，并以发射看来光的表面输出能量。这类光发射与从来采纳的辐射剂量成比例。即，这些非常荧光发射物资具备保存潜在图象消息的技能。

从寻常的理论琢磨，IP板的重要个性可分为以下方面：分辩力（空间分辩力）、动态领域、谱个性（摄取谱、激起谱、发射谱）、时候反应个性、没落个性。分辩力由荧光层的个性决计，与测准时的射线能量相干。IP板的动态领域（输出记号对输入记号的线性反应领域）寻常可到达：1以上，比胶片的动态领域宽不少。激起谱个性是不同波长激光激起IP板时，IP板发光的相对强度散布处境。发射谱个性是IP板遭到激光激起时，IP板发射的不同波长荧光的相对强度散布处境。图9给出的是IP板的发射谱个性和激起谱个性。图10是IP板的没落个性，它给出了IP板上产生的潜在射线影相图象随蕴藏时候增长而松开的处境。IP板也许反复行使。IP板上的图象扫描读取完后，也许采取光照擦除。寻常说也许反复行使0次左右。

3.2图象增加器

图象增加器的根底组织囊括外壳、射线窗口、输入屏、聚焦电极、输出屏。图11是图象增加器的重要组织示企图。

图11图象增加管组织示企图

图12输入屏组织示企图

窗口由铝板或钛板制做，铝板的厚度寻常为0.7～1.2ｍｍ，既具备肯定的强度，又也许削减对射线的摄取。输入屏重要由基板、闪动体（荧光体）和光电（阴极）层构成，其组织见图12。输入屏基板为铝板，厚度寻常约为0.5ｍｍ。闪动体重要采取CsI晶体系做，其重要个性分子式CsI（TI），密度4.51g/cm3，最大发射波长～nm，更改效率45%［以碘化钠更改Ｘ射线的效率为%（约为15%）］，衰减常数1.0μs（记号衰减到最大强度的37%所需求的时候），余晖0.5～5%/3ms，个中铊（TI）为激活剂。CsI晶体具备宛如光纤的针状组织，它也许束缚光的漫散射。光电层是一种基于外光电效应的光电发射材料，在图象增加器的输入屏，光电层为多碱金属（锑与多碱金属的化合物），厚度很小（仅为20nm）。聚焦电极加有25～30kV的高压。输出屏的直径寻常在15～35mm之间，多采取ZnCdS（Ag）荧光材料（P20）堆积在很薄的铝膜上（～nm），荧光物资层厚度寻常为4～8μm，发射光的峰值波长为～nm。

图象增加器办事的根底历程以下。射线透过工件，穿过图象增加器的窗口入射到输入更改屏上，输入更改屏闪动体（CsI）摄取射线的部份能量，将其能量更改为荧光发射。发射的荧光被光电（阴极）层采纳，并将荧光能量更改为电子发射。发射的电子在聚焦电极的高压效用下被加快和聚焦，高速撞击到输出屏上。输出屏荧光物资将电子能量更改为荧光发射，产生探测图象。在图象增加器中完竣的更改历程可归纳为：射线→看来光→电子→看来光。图象增加器输出屏上的图象，采取与其耦合的光学系统和摄像系统拾取。

一方面光电（阴极）层的锐敏度会随使历时候增长而下降，另一方面，由于增加管内真空度跟着时候的下降，也将影响光电（阴极）层的锐敏度。是以，不论行使与否，光电（阴极）层的锐敏度都邑跟着时候的增长而下降。这束缚了图象增加器的寿命。

４A/D更改器

为获得数字射线探测图象，需求采取A/D（模/数）更改器将模仿记号更改为数字记号。在直接数字化射线探测技巧中，辐射探测器包罗了A/D更改器，除了完竣射线记号的探测、更改外，同时完竣图象数字化。在直接数字化射线探测技巧中，A/D更改器在独自的图象数字化单位中，完竣图象数字化历程。

记号也许分为模仿记号、脉冲记号、数字记号。在时候上和幅值上接续变动的记号是模仿记号，在时候上和幅值上不接续变动的记号是脉冲记号，数字记号常是由二进制数字０，１构成的记号。图13显示了统一记号的三类记号的对应相干。

A/D更改，即模/数更改，是将模仿量（时常是电压量）更改为数字量（或说将模仿记号更改为数字记号）。A/D更改历程囊括取样、坚持、量化、编码四个环节，图14A/D更改的根底历程。

由于模仿记号是随时候接续变动的量，是以在举行A/D更改时，需求对模仿记号周期性地接续取样，在A/D更改器内将其量化、编码成为数字记号。取样后坚持中的记号值还是接续的模仿记号值，为了用数字量提示，须将其转折成某个数目单位的整数倍，这个历程便是量化。量化后的数字可用不同方法提示，寻常采取二进制数提示。即编码便是采取二进制数提示量化后数字的历程。

A/D更改可分为不同法子，A/D更改器可分为不同典型，典型不同组织构成不同、办事道理不同。A/D更改器的重要功能目标囊括：分辩率、量化过错、输入模仿电压领域、更改速率、办事温度系数等。

分辩率提示的是A/D更改器也许辨别的最小输入模仿电压，是以它限定了A/D更改器分解输入模仿电压的技能。它由A/D更改器输入的模仿电压满量程值和可更改为二进制数的位数（比特，bit）决计。比如，A/D更改器输入的模仿电压满量程值为5V，当其输出二进制数的位数为８位（８bit）时，其可分辩的最小输入模仿电压为：

５×0÷28=19.53mV

假若其输出二进制数的位数为12位（12bit）时，其可分辩的最小输入模仿电压为：

５×0÷=1.22mV

量化过错是A/D更改器对接续的输入模仿电压用有限的数字举行分散赋值时呈现的过错。它是A/D更改历程固有的过错。显然，更改的二进制数的位数越高，量化过错会越小。

输入模仿电压领域是A/D更改器也许寻常办事的领域。

更改速率用A/D更改器完竣一次A/D更改时候提示。

温度系数是A/D更改器寻常办事前提下，温度每改动１℃致使的输出相对变动。

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