淺談工業(yè)CT探測器

工業(yè)CT系統(tǒng)主要由射線源系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、機械掃描與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)和計算機圖像處理系統(tǒng)組成。探測系統(tǒng)是工業(yè)CT系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。探測系統(tǒng)的性能優(yōu)劣將直接影響到整個工業(yè)CT系統(tǒng)的圖像質(zhì)量和性能指標。提高探測器性能是工業(yè)CT系統(tǒng)研究和開發(fā)的重要內(nèi)容。

在在工業(yè)CT領(lǐng)域，常用的探測器按探測介質(zhì)可分為氣體和固體兩種。

氣體探測器以氣體為工作介質(zhì)，由入射粒子在其中產(chǎn)生的電離效應引起輸出信號。其探測效率低于固體探測器，但一致性好、性能可靠且成本低廉，因為氣體探測器很難做到小于1mm的間隔，工業(yè)CT較少采用，一般用于醫(yī)學CT。

在工業(yè)CT領(lǐng)域，常見的是固體探測器，它以固體物質(zhì)為探測介質(zhì)，包含半導體探測器和閃爍探測器。用于工業(yè)CT中的半導體探測器一般是一種均勻型半導體探測器，相當于一個固體電離室，靈敏度高。但半導體探測器價格高昂，因其在性能上的優(yōu)勢，實驗室等研究機構(gòu)得較多，一般采用的材料有Cd、Zn、Te、Si（碲、鋅、鎘、硅）。

工業(yè)CT探測器單元的工作原理如下：射線進入閃爍體，與之發(fā)生相互作用：光電效應，康普頓效應，電子對效應；閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子，分子電離和激發(fā)；受激的原子、分子退激時發(fā)射熒光光子；經(jīng)過表面優(yōu)化處理的晶體將絕大部分光子射入光電二極管的靈敏面積上，光電二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，送給后續(xù)的電子學線路處理。在相當大的范圍內(nèi)，光電二極管的輸出電流與射入的可見光強度成正比 。選擇光電二極管，要考慮二極管的尺寸（外封裝尺寸、靈敏區(qū)尺寸）、光譜響應、靈敏度、極間電容、暗電流等。

一般來說工業(yè)CT領(lǐng)域會用到線陣探測器和面陣探測器，下面我們做一些簡單介紹：

工業(yè)CT線陣探測器主要優(yōu)點有：1、射線穿透效果好，因為閃爍體在射線方向上的深度可以不受限制，從而使入射的大部分X光子被俘獲。2、降低射線散射效果，尤其在高能條件下，可以縮短光子獲取時間;由于閃爍體是獨立的，并且同時閃爍體之間還有鎢或者其它重金屬隔片，降低了X射線竄擾。

但是工業(yè)CT線陣探測器也有一些缺點，尤其像素尺寸不可能做得太小，其相鄰間隔(節(jié)距)一般大于0.1mm。同時，價格也較高，一般高能設備配置線陣探測器較多。

相比線陣探測器，面陣探測器效率很高，適合于DR成像，可以達到實時或準實時的動態(tài)成像；另外，面陣探測器也比較適合于三維直接成像。所有面 陣探測器由于結(jié)構(gòu)上的原因，有共同的缺點，即射線探測效率低，無法限制散射和竄擾問題;動態(tài)范圍小等，高能范圍應用效果較差。

在工業(yè)CT領(lǐng)域通常4MeV以上均配置線陣探測器，1MeV以下的系統(tǒng)面陣探測器和線陣探測器都會選擇；但如果在高能情況下，只檢測工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不檢測缺陷時，也可以配面陣，只是圖像精度不高。

在探測器的設計中，要根據(jù)系統(tǒng)的整體指標來決定探測器分統(tǒng)的各項指標，所考慮的指標包括（但不限于）探測效率、能量沉積率、靈敏度、竄擾、動態(tài)范圍、耐輻照(壽命)等，至于選擇哪一種探測器，需要專業(yè)的售前工程師一起分析需求，選擇確認最佳的配置。

我們認為，分析和研究工業(yè)CT探測器的特性具有重要的工程應用價值和學術(shù)價值。 只有這樣，才能在工業(yè)CT系統(tǒng)設計過程中對探測器的設計和器件選型做到有的放矢,同時有效提高和改善探測器性能,對影響探測器的靈敏度、線性范圍及穩(wěn)定性的諸多因素進行全面把握。