【摘要】：X射線成像探測(cè)技術(shù)在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)、醫(yī)療成像及安檢成像等領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力,X射線閃爍成像探測(cè)又以其高成像性能而具有極大的優(yōu)勢(shì)。低成本、便攜化的閃爍成像探測(cè)一直是相關(guān)工程領(lǐng)域追求的目標(biāo),也是X射線成像探測(cè)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。閃爍成像探測(cè)的高成像性能是由于閃爍屏發(fā)射的熒光能夠和圖像傳感器的光敏波段高度匹配,因此提高閃爍屏的光轉(zhuǎn)換性能具有很大的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文以實(shí)現(xiàn)低成本、小型化X射線成像探測(cè)為研究目標(biāo),提出了利用CsI:Tl膜狀閃爍屏作為X射線轉(zhuǎn)換屏、采用直接耦合結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)的構(gòu)想,并開(kāi)展了建立CsI:Tl膜狀閃爍屏的微結(jié)構(gòu)模型、利用真空熱蒸鍍工藝制備膜狀閃爍屏、通過(guò)界面調(diào)控改善CsI:Tl膜狀閃爍屏的微結(jié)構(gòu)、CsI:Tl膜狀閃爍屏的防潮解、搭建直接耦合結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。構(gòu)建了CsI:Tl膜狀閃爍屏和CCD圖像傳感器直接耦合的X射線成像系統(tǒng),初步實(shí)現(xiàn)了X射線成像探測(cè)的小型化,并成功利用厚度小于6μm的CsI:Tl膜狀閃爍屏獲得了清晰的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像圖。主要的研究工作包括:1、以低成本、小型化X射線成像探測(cè)為研究目標(biāo),提出以CsI:Tl膜狀閃爍屏為X射線轉(zhuǎn)換屏、將CsI:Tl膜狀閃爍屏和CCD圖像傳感器直接耦合的閃爍成像探測(cè)的研究思路。2、建立CsI:Tl閃爍晶體的超晶胞模型和CsI:Tl膜狀閃爍屏的微結(jié)構(gòu)模型。計(jì)算CsI:Tl閃爍晶體超晶胞模型的能態(tài)結(jié)構(gòu)和態(tài)密度,從能級(jí)的角度研究CsI:Tl閃爍晶體的光轉(zhuǎn)換機(jī)理以及Tl~+離子摻雜濃度對(duì)晶體光轉(zhuǎn)換性能的影響。建立熒光像點(diǎn)結(jié)構(gòu)研究熒光在CsI:Tl膜狀閃爍屏微結(jié)構(gòu)模型中的傳輸路徑,并利用Monte Carlo算法,得出X射線照射下,CsI:Tl膜狀閃爍屏的光轉(zhuǎn)換效率與其微結(jié)構(gòu)參量的關(guān)系,為后續(xù)利用CsI:Tl膜狀閃爍屏作為X射線轉(zhuǎn)換屏的構(gòu)想提供理論支撐。3、利用真空熱蒸鍍工藝研制CsI:Tl膜狀閃爍屏。研究真空熱蒸鍍工藝制備的多晶膜的生長(zhǎng)機(jī)理,得出能夠影響CsI:Tl膜狀閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能的工藝條件。不同工藝參數(shù)條件下制備CsI:Tl膜狀閃爍屏樣品,測(cè)試樣品的熒光發(fā)射光譜、微結(jié)構(gòu)形貌、結(jié)晶質(zhì)量等與閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能相關(guān)的性質(zhì),研究工藝參數(shù)對(duì)CsI:Tl膜狀閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能的影響。4、為后續(xù)實(shí)現(xiàn)X射線閃爍成像探測(cè)的集成化,成功在圖像傳感器的感光表面直接制備光轉(zhuǎn)換性能良好的CsI:Tl膜狀閃爍屏,研究在單晶硅襯底上制備CsI:Tl膜狀閃爍屏的工藝,并研究單晶硅襯底對(duì)CsI:Tl膜狀閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能的影響。5、利用界面調(diào)控和防潮解結(jié)構(gòu)優(yōu)化CsI:Tl膜狀閃爍屏的光轉(zhuǎn)換性能。參考晶體膜的外延生長(zhǎng)機(jī)理,提出利用界面調(diào)控CsI:Tl膜狀閃爍屏微結(jié)構(gòu)優(yōu)化CsI:Tl膜狀閃爍屏的光轉(zhuǎn)換性能的構(gòu)想,并利用預(yù)沉積的工藝方法在襯底表面預(yù)先生長(zhǎng)一層島狀CsI:Tl晶體界面,通過(guò)該界面獲得微結(jié)構(gòu)非常規(guī)整致密的CsI:Tl膜狀閃爍屏。結(jié)合在CsI:Tl膜狀閃爍屏的入射表面制備Al高反膜減小熒光損耗的設(shè)計(jì),提出利用1 mm厚的Al層作為防潮解層提高CsI:Tl膜狀閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能的構(gòu)想,對(duì)比在潮濕環(huán)境放置一段時(shí)間后有無(wú)覆蓋Al層的CsI:Tl膜狀閃爍屏樣品的相對(duì)光輸出,驗(yàn)證利用Al防潮解層提高CsI:Tl膜狀閃爍屏光轉(zhuǎn)換性能的可行性。6、搭建直接耦合結(jié)構(gòu)的小型化X射線閃爍成像探測(cè)系統(tǒng)。利用CsI:Tl膜狀閃爍屏及直接耦合結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)對(duì)實(shí)物進(jìn)行成像,驗(yàn)證成像系統(tǒng)的成像性能,觀察成像圖是否能夠清晰地顯示物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。搭建光組件耦合的閃爍成像探測(cè)系統(tǒng),對(duì)比兩種耦合結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)的成像性能,驗(yàn)證直接耦合結(jié)構(gòu)的小型化成像系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。利用兩種耦合結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)驗(yàn)證預(yù)沉積工藝對(duì)CsI:Tl膜狀閃爍屏成像性能的優(yōu)化效果。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O434.1
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論是德國(guó)物理學(xué)家倫琴于 1895 年偶然發(fā)現(xiàn)的一種高能射線，外射線和 γ 射線之間，波段介于 0.001 nm~10 nm，具有很高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在密度或厚度的差異，因此 X 射線在穿透的過(guò)程制而攜帶物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，通過(guò)相應(yīng)的感應(yīng)手段即可獲像圖，如圖 1-1（a）所示，是 X 射線的成像原理。圖 1-1（b人手骨照片是公認(rèn)的 X 射線成像的開(kāi)端。

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文人體內(nèi)部器官的高分辨率二維數(shù)字?jǐn)鄬訄D像，甚至可以通過(guò)后續(xù)處理獲得人體器官的三維形態(tài)，大大提高診斷的準(zhǔn)確率，是醫(yī)學(xué)研究、臨床診斷和治療中不可或缺的重要手段[16-19]。圖 1-2（a）、（b）和（c）分別為 X 射線無(wú)損檢測(cè)儀及電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像圖、X 射線安檢儀及行李成像圖、醫(yī)用 X-CT 及人體胸腔成像圖。

圖 1-3 日本 Fuji 公司醫(yī)用 CR 系統(tǒng)的 IP 板在于其制作工藝難度較小，只需要用 IP片，并增加相應(yīng)的讀出裝置就可以實(shí)現(xiàn)R 系統(tǒng)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍等參數(shù)都有了些固有缺陷：（1）獲取一幅數(shù)字化圖像，能量，以及通過(guò)光電檢測(cè)手段將光信號(hào)轉(zhuǎn)；（2）IP 板的信噪比和空間分辨率并不要利用高強(qiáng)度的光來(lái)擦除殘留潛像；（4且安裝費(fèi)用高昂。成像（DR）通信等數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)了真正意義上的數(shù)字化 X 射線成像（D

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790885