闪烁晶体超精密加工及高反射和高透射薄膜技术研究

发布时间：2020-05-17 15:11

【摘要】：正电子发射断层成像仪(Positron emission tomography,PET)是目前对人体正常代谢和病理改变进行数据图像显示和定量分析的灵敏度最高的医学成像仪器,被用于肿瘤、心脏系统疾病、神经系统疾病等重大疾病早期诊断和分期。基于闪烁晶体的高能射线探测器模块是PET装备的关键核心部件,提高探测器的能量分辨率和时间分辨率对于提升PET系统性能具有重要意义。闪烁晶体表面加工质量和晶体外表层高反射材料影响晶体末端的光输出,继而影响探测器能量分辨率;闪烁晶体末端与光电传感器耦合的出光面透射率影响探测器探测的初始光子比率,继而影响探测器时间分辨率。为提升探测器能量分辨率及时间分辨率,本论文提出了三点主要研究内容:1)硅酸钇镥闪烁晶体的精密加工技术;2)基于闪烁晶体发射光谱的高反射膜设计与制备;3)基于闪烁晶体发射光谱的增透膜设计。研究中采用平面研磨抛光方法对闪烁晶体进行精密加工,加工中首先采用粒径分级的氧化铝硬质磨料进行逐级磨削快速去除晶体表面缺陷,之后采用氧化铈抛光液对晶体进行精密抛光,加工后晶体表面粗糙度低于1nm,实现了晶体超精密加工。基于多层介质反射膜原理设计了覆盖闪烁晶体发射光谱波段的总层数为48层的高反射膜系,膜系由三个λ/4波长基本反射膜系组成,包括TiO_2/SiO_2/HfO_2三种介质材料。基于膜系设计结果,采用电子束蒸发方法制备了反射膜,反射率测试结果与设计结果高度一致。基于多层介质增透膜原理设计了覆盖闪烁晶体发射光谱波段的7层增透膜,膜系由MgF_2/TiO_2/HfO_2三种材料组成。采用光学胶水作为晶体末端出光面耦合介质并结合增透膜有利于综合提升光透射率。
【图文】：

层成像仪（Positron emission tomography, PET）产生的湮没辐射和符合探测原理研制的计算机和人体分子学信息，对人体正常代谢和病理改一种生成生物活体代谢功能影像的工具，是目装备，代表了当前核医学影像技术的最高水平[过程，无创、定量、动态地评估动物/人体内各种，能够对肿瘤、心脏系统疾病、神经系统疾病测器模块是 PET 装备关键部件，其作用是吸收电路处理的电信号，用于分析获得 γ 光子的能范围扩大，，探测器需要具有更高的能量分辨率

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文产生的低能光子（可见光波段光子）进入后端的光电检测器（如 PMT：光电倍增管，SiPM：硅光电倍增管），光信号被转化成电信号，实现高达 106的信号增益，这些电信号经过处理和分析后可显示被测对象的结构或功能特征[5]。以闪烁晶体和光电传感器构成的射线探测器广泛应用于高能粒子探测，其前端射线探测器是决定整体系统分辨率和灵敏度的关键核心部件（如图 1-3）。目前闪烁晶体已在高能物理、医疗、工业、安检等领域有广泛应用，如X射线断层扫描（XCT）、正电子发射断层扫描（PET）、工业断层扫描（工业 CT）等。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH77

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本文编号：2668754