Andorx射線探測方案

直接和間接探測

針對不同的x射線應用，不管是影像，還是光譜，Andor都可以提供全面的CCD探測系統。根據應用和能量不同，這些系統可以放置在真空內使用，或者通過法蘭和真空腔相連，也可以是單獨使用。另外，如果您的應用需要對x射線進行間接探測，Andor 也可以提供各種光纖耦合的CCD相機.
Andorx射線探測方案有益于如下各種應用：

1. X射線/中子斷層掃描

2. X射線光譜

3. X射線顯微

4. X射線光斑檢測

5. X射線衍射

6. X射線平板印刷術

7. X射線地形學

8. 等離子體研究

9. 醫療影像

湯姆森散射

X射線可以大致可以分為幾個范圍，雖然幾個范圍沒有嚴格清晰的定義，但是大致可以如下分類：

1. VUV 到XUV= 0.01 - 0.1 keV

2. XUV 到 軟X射線 = 0.1 - 1 keV

3. 軟x射線到硬x射線 = 1 - 10 keV

4. 硬x射線 = 10 - 100 keV 

 電磁波及能量

公式1：單位換算

直接探測

在這類應用中，相機的感光芯片是直接暴露在入射射線中，這些射線光子被芯片中的靈敏的摻雜層所吸收，這樣就產生幾個電子空穴對。和間接探
測及傳統的膠片成像相比，這種方法有如下優點：

1. 更高的量子效率

2. 單光子的靈敏度，且無需采用EMCCD或者ICCD

3. 更好的空間及能量分辨率

直接探測相機中的量子效率

量子效率是光子被CCD探測到的可能性概率。然而我們要記住，在對x射線束流進行直接探測時，一個入射光子，能夠產生幾個光電子，這樣就可以達到單光子的靈敏度。光電子產生的數量，和射線的能量有關，參見公式2.

公式2： 每個光子所能產生的光電子
直接探測中，每個像素所能產生的光電子數量=x射線光子能量/3.65
下圖所示，是幾款直接探測CCD的量子效率曲線。

FI 是前照明的芯片，FI-DD表示深度摻雜的選項，和前照的芯片相比，這個選項對于硬x射線有更好的響應。BN是背照明的芯片，只是沒有增透膜（和BV選項恰恰相反），對于軟x射線和中x射線有更好的響應。和前照明的芯片相比，BN選項除了有更高的響應外，BN選項對于芯片的保護有大幅提高的作用，可以有效防護因為過飽和所造成的芯片老化。對于直接探測，我們推薦BN選項的芯片。
CCD相機直接探測的優缺點：

間接探測

當您需要測量硬x射線，并且有如下要求時：（甚至在大的縮比光錐情況下，也需要單光子的靈敏度（EMCCD是更好的選項））

1. 量子效率好，且能延伸至硬x射線范圍

2. 大面積（通過縮比光錐）

3. 更高能量時，需要高的動態范圍

4. 需要對CCD進行防護時

直接探測用CCD相機，是利用在光錐前端面的熒光涂層，把x射線轉換成可見光進行探測。對于間接探測用CCD，它的主要性能，比如量子效率，空間分辨率等等，取決于所選熒光屏的參數，比如，屏的厚度，化學成分以及顆粒大小等。
由Andor供應商提供的*的熒光材料沉積方法，用于間接探測所用的光纖面板前，可以達到其的分辨率：和傳統的批量沉積方法相比，分辨率可以提高四倍。量體裁衣，能夠良好的匹配您的應用。

右圖所示，加涂了熒光層的光纖面板CCD,對于入射光子的探測 效率，系統增益有了大幅提高。所謂的系統增益，是指對于每個入射射線光子，系統所能測試到的光電子。這里的系統增益，也和熒光涂層的類型，厚度及顆粒大小有關。也與CCD芯片的量子效率和光纖面板有關。

面所說的例子，是指在1：1光纖面板的涂層。熒光涂層優化用于5-25keV的能量，其轉換峰值在15keV。 對于大面積的，縮比的光纖錐，系統增益自然會下降，這時，可以采用EMCCD的技術來把這種稍高高于噪聲水平的弱信號進行放大，而讀出速度可以達到幾MHz，這對于快速的斷層掃描類的應用非常適合。

間接探測的優缺點

EMCCD在X射線探測中開創性的應用：
在x射線間接探測中，開創性的方法之一，就是一代的光纖耦合的EMCCD在其中的應用。通過大比例的縮比光纖，可以實現單光子的靈敏度及幾MHz的讀出速度。

Andor X射線應用相機

Andor 提供一系列的CCD和EMCCD相機，可以用于直接和間接探測，同時具有光譜和影像類的芯片格式。多個相機設計平臺，可以適用于不同種類和尺寸的芯片，從128*128的EMCCD,到2K*2K的CCD. Andor針對不同的實驗研發了各種x射線相機，系統包括獨立使用的相機，真空腔耦合的相機，或者真空腔內使用的相機。

應用案例研究

射線激光器研發

貝爾法斯特女王大學的等離子體與激光反應物理研究分部的研究人員，在實驗中采用了x射線相機。 其研究重點包括：

1. 激光誘導等離子體（0.05-1KeV）

2. X射線結晶學（1KeV左右）

3. X射線激光研究（0.06-0.3keV）

4. X射線光譜（0.04-0.4keV）

研究團隊使用了多個X射線CCD相機。在如瑟夫阿普爾頓實驗室利用Vulcan玻璃激光器裝置，團隊所從事的一個研究領域，就是研發x射線激光器。
研究所主要采用的芯片為1024*2048個像素，13um大小，背照明的量子效率。這款相機的量子效率很高，分辨率非常理想，并且靶面很大。相機采用開口設計，直接采用法蘭連接到真空腔。同時使用平場譜儀和CCD相機對射線激光器光束進行分析。和相機連用的還有x射線光學器件，把x射線激光器成像到出口，從而實現激光器光斑的分析。

高能激光反應實驗

在如瑟夫阿普爾頓試驗，在Vulcan和ASTRA這兩個激光器裝置上，高能激光相互作用的試驗大量采用了基于CCD的探測器。他們包括：

1. 在（2-6keV）范圍的單光子能量測量

2. 0.5-3Kev范圍內的共振線譜測量

3. 50-500eV范圍內的軟X射線探測

4. 可見及IR范圍內的探測（IR到1.2um）

    

   要想實現盡可能多的數據收集及盡可能寬的測量范圍，有必要要求CCD探測器有高的動態范圍（12-16bit）和更多的像素（300K-2M像素）。不僅需要動態范圍，還需要高的靈敏度和低的噪聲水平，這點非常必要，尤其是信噪比的問題關系到測量團隊的物理限。

    

zui近若干年，因為CCD芯片半導體制冷技術的引入，降低了暗噪聲，以及A/D轉換性能的提升，這些都大的幫助相機得到意想不到的探測性能。

截止目前，已經有十多臺相機在Vulcan和Astra裝置上使用，所采用的芯片為1024*256。由于采用這些獨到的CCD探測器所衍生的很多新技術，幫助我們有效對超短脈沖等離子體的相互作用進行研究。
由于更大的CCD陣列探測器的引入，以及更經濟的處理能力，數字化的數據采集技術在將來的試驗分析中，會發揮更主導的作用。

感謝D. Neely博士牛津郡，如瑟夫阿普爾頓試驗室，中心激光裝置

顯微成像

基于EMCCD的單光子發射顯微系統 I-125（碘125）,用于小動物成像.一直有人在努力得到小動物的顯微成像。采用I-125作為跟蹤試劑變得越來越普遍。

孟玲，密歇根大學的核工程與放射科學學院博士，聯合安納堡（Ann Arbor）的V. A.醫療中心，和位于密歇根州大溪地（Grand Rapid）的溫安洛（Van Andel）研究所的研究人員，采用I
-125作標記的抗體，縮氨酸和其他成分的合成物作為發光跟蹤劑，來進行各種癌癥的分析檢測以及治療用放射性藥品的研究。

I-125通過捕獲電子而衰減。I-125衰減的三個zui高的光子發射概率為：27.5keV時為76%，31keV時為13%，35keV時為7%，其半衰期為60.14天。低帶隙能量和長半衰期這兩個特點，使其非常有利于單光子成像端面掃描計算成像（Single Photon Imaging Computed Tomography：SPECT）。

• 因為所需光子能量比較低，就可以非常準確的進行光子耦合和探測。
• 成像空間分辨率有可能達到小于100um級別。

zui近，他們又開始研發新一代SPECT技術，以期對射線光子進行快速，高靈敏度的探測。其所采用的相機就是Andor光纖耦合的EMCCD（DF-897-FB）