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1. (WO2019062253) ARRAY-TYPE LARGE-AREA TOTAL RADIOACTIVITY DETECTION DEVICE
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

附图

1   2   3   4  

说明书

发明名称 : 阵列式大面积总放探测装置

[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求清华大学于2017年09月27日提交的、实用新型名称为“阵列式大面积总放探测装置”的、中国专利申请号“201721253671.4”的优先权。

技术领域

[0003]
本实用新型涉及环境监测技术领域,特别涉及一种阵列式大面积总放探测装置。

背景技术

[0004]
核辐射与物质相互作用会使阻止介质原子被激发,当这些被激发的原子退激回到其基态时会发射光脉冲,这种现象称之为闪烁,基于这种现象来探测核辐射的装置称为闪烁探测器。在传统的α粒子以及β粒子的探测中,ZnS(Zinc Sulphur,硫化锌)以及塑料闪烁体分别作为探测α粒子和β粒子的敏感元件。由于闪烁体内产生的闪烁光的传播方向是随机的,所以不容易收集和传输,从而影响其探测效率。
[0005]
在相关技术中,总α总β放射性活度的测量,通常采取的方法是:将光电倍增管的有效灵敏探测窗口直接或通过光导间接耦合到闪烁体的表面上。虽然这种方法提高了对闪烁光的探测效率,但是也存在明显的不足,例如:若采用直接耦合,由于光电倍增管的有效灵敏探测窗口有限,从而限制了探测面积;若采用间接耦合,由于探测器的几何结构变得复杂,从而尺寸也会随之增大;同时,由于光电倍增管与闪烁体不能分离,使得在有辐照的测试环境中,现场的辐射照射和电磁干扰会对光电倍增管有所影响。此外,基于对浸入型水体测量环境的测量元件防水、防腐蚀、防辐照的考虑,闪烁体与光电倍增管直接或间接的耦合情况更加不能满足需求。
[0006]
另外,基于光纤与闪烁体探测装置的耦合测量方式,大多是应用于β大面积表面污染监测方面,没有进行水体浸入式测量以及αβ的同时测量。而且,对于水中含量较低的β核素以及总α、总β的测量,有时需要进行快速测量,尤其是出现突发情况时,目前国内外多采用传统的放化分析方法,即通过“现场采样+实验室分析”的方式完成。然而,这类方法不足之处是:样品预处理程序繁琐,人工操作且耗时长,往往要在采样数天后才能给出检测结果,并且,部分国家对水中放射性的在线监测进行了研究,但是其探测限比较高(总α:0.5Bq/L,总β:1.0Bq/L),从而,不仅无法满足水中低水平放射性核素测量的需求,而且时效性不强,有待解决。
[0007]
发明内容
[0008]
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0009]
为此,本实用新型的目的在于提出一种阵列式大面积总放探测装置,该装置不仅可以提高光电子的探测效率和收集效率,而且光纤双端读出的方式可以实现符合测量,去除电子噪声。
[0010]
为达到上述目的,本实用新型提出了一种阵列式大面积总放探测装置,包括:防水保护材料;至少一片EJ444探测器,用于探测αβ信号,并将所述探测αβ信号转换为光信号;有机玻璃,所述有机玻璃与所述至少一片EJ444探测器相连;波长转换光纤,所述波长转换光纤铺埋于所述有机玻璃中;光电倍增管,所述光电倍增管与所述波长转换光纤相连,以通过所述波长转换光纤传输得到所述光信号。
[0011]
根据本实用新型的阵列式大面积总放探测装置,可以通过双面探测器结构和光纤-探测器耦合的方式,实现对水体中αβ放射性的同时测量和αβ放射性核素的甄别,从而不仅提高光电子的探测效率和收集效率,而且光纤双端读出的方式可以实现符合测量,去除电子噪声。
[0012]
进一步地,所述防水保护材料包括:铝壳、防水胶和PVC(Polyvinyl chloride,聚氯乙烯)包层。
[0013]
进一步地,所述至少一片EJ444探测器包括:EJ212闪烁体探测器,用于探测β粒子;EJ440探测器,用于探测α粒子;其中,所述有机玻璃设置于所述EJ212闪烁体探测器和所述EJ440探测器之间。
[0014]
进一步地,所述有机玻璃的双层表面采用交错开槽的方式设置开槽并剖光,以使用光学胶水将所述波长转换光纤耦合到有机玻璃内。
[0015]
进一步地,所述波长转换光纤被两片有机玻璃咬合并从中间读出信号。
[0016]
进一步地,阵列式大面积总放探测装置还包括:光纤集束器,用于对所述波长转换光纤进行集束整理并通过硅脂将所述光纤集束器输出的光纤与后端的所述光电倍增管耦合。
[0017]
进一步地,阵列式大面积总放探测装置还包括:处理电路,所述处理电路和所述光电倍增管相连,以获取所述光电倍增管将所述光信号转换得到的电信号,并对α信号和β信号进行计数和能谱输出,以及通过对输出信号的脉冲幅度甄别技术区分α信号和β信号,以进行核素识别。
[0018]
进一步地,所述至少一片EJ444探测器为薄片式结构,所述至少一片EJ444探测器的有效探测面积为0.18m 2,所述至少一片EJ444探测器的厚度为1mm。
[0019]
进一步地,所述波长转换光纤的纤芯具有高折射率,包层具有低折射率,其截面为1mm×1mm。
[0020]
进一步地,所述至少一片EJ444探测器的成分包括多晶ZnS:Ag。
[0021]
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

[0022]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0023]
图1为根据本实用新型一个实施例的阵列式大面积总放探测装置的结构示意图;
[0024]
图2为根据本实用新型一个实施例的双端双面读出光纤铺埋示方式的示意图;
[0025]
图3为根据本实用新型一个实施例的双端中心读出光纤铺埋方式的示意图;
[0026]
图4为根据本实用新型一个实施例的单片探测器光纤双端读出的示意图。

具体实施方式

[0027]
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]
下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的阵列式大面积总放探测装置。
[0029]
图1是本实用新型一个实施例的阵列式大面积总放探测装置的结构示意图。
[0030]
如图1所示,该阵列式大面积总放探测装置可以包括:防水保护材料、至少一片EJ444探测器(如图中EJ444探测器1所示)、有机玻璃2、波长转换光纤3和光电倍增管。
[0031]
其中,至少一片EJ444探测器用于探测αβ信号,并将探测αβ信号转换为光信号。有机玻璃2与至少一片EJ444探测器相连。波长转换光纤3铺埋于有机玻璃2中。光电倍增管与波长转换光纤3相连,以通过波长转换光纤3传输得到光信号。本实用新型实施例的装置可以不仅提高光电子的探测效率和收集效率,而且光纤双端读出的方式可以实现符合测量,去除电子噪声。
[0032]
可以理解的是,EJ444探测器1可以用来同时探测αβ放射性,并将探测到的粒子转换成光信号。有机玻璃2及波长转换光纤3二者的耦合用于实现对光信号的收集,并将光信号传输到光电倍增管,光电倍增管实现光信号到电信号的转换。
[0033]
可选地,在本实用新型一个的实施例中,如图1所示,防水保护材料包括:铝壳4、防水胶5和PVC包层6,其中,铝壳4可以有效防水和保护装置,防止装置损坏;防水胶5可以有效防水,保护设备安全;PVC包层6可以对光纤进行保护,有效防水。另外,防水保护材料设置方式可以有很多种,例如,铝壳4可以设置在阵列式大面积总放探测装置的最外层;防水胶5可以设置在铝壳4和EJ444探测器1之间,位于铝壳4的下面;PVC包层6可以设置在铝壳4和波长转换光纤3的交界位置处,用于包裹波长转换光纤3,本领域的技术人员可以根据实际情况进行设置,在此不做具体限定。
[0034]
进一步地,在本实用新型一个的实施例中,如图1所示,至少一片EJ444探测器包括:EJ212闪烁体探测器7和EJ440探测器8。
[0035]
其中,EJ212闪烁体探测器7用于探测β粒子。EJ440探测器8用于探测α粒子。其中, 有机玻璃2设置于EJ212闪烁体探测器7和EJ440探测器8之间。
[0036]
可选地,在本实用新型一个的实施例中,至少一片EJ444探测器的成分包括多晶ZnS:Ag。
[0037]
具体地,EJ444探测器1由EJ212闪烁体探测器7表面覆盖EJ440探测器8组成,且EJ212闪烁体探测器7和EJ440探测器8之间设有有机玻璃2,从而有效提高对光电子的收集效率。其中,EJ444探测器1中的EJ440探测器8的主要成分是多晶ZnS:Ag。EJ444探测器8可以实现对α放射性和β放射性的同时测量,ZnS:Ag薄层能够阻挡放射性物质衰变产生的α粒子,而让放射性物质衰变产生的β粒子进入到EJ212闪烁体探测器7中,β粒子可以在EJ212闪烁体探测器7中被探测到。
[0038]
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,至少一片EJ444探测器为薄片式结构,至少一片EJ444探测器的有效探测面积为0.18m 2,至少一片EJ444探测器的厚度为1mm。
[0039]
也就是说,EJ444探测器1是薄片式结构,有效探测面积为0.18m 2,厚度1mm,薄片式结构可以最大程度降低了天然γ放射性的本底计数。其中,EJ444探测器1也可以称作双层EJ444探测器,本实用新型实施例采用双层EJ444探测器结构,从而有效提高对光电子的探测效率。
[0040]
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,有机玻璃2的双层表面采用交错开槽的方式设置开槽并剖光,以使用光学胶水将波长转换光纤3耦合到有机玻璃2内。
[0041]
具体地,如图2所示,本实用新型实施例的装置可以采用在有机玻璃2双层表面开槽、剖光的方式,使用光学胶水将波长转换光纤3耦合到有机玻璃2内部。在有机玻璃2双表面采用交错开槽的方式,从而有效提高有机玻璃2的韧度。
[0042]
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,波长转换光纤3被两片有机玻璃2咬合并从中间读出信号。
[0043]
可选地,在本实用新型的一个实施例中,波长转换光纤3的纤芯具有高折射率,包层具有低折射率,其截面为1mm×1mm。
[0044]
具体地,如图3所示,与图2读出方式不同之处就在于,波长转换光纤3被两片有机玻璃2咬合并从中间读出信号。
[0045]
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,本实用新型实施例的装置还包括:光纤集束器9。其中,光纤集束器9用于对波长转换光纤3进行集束整理,并通过硅脂将光纤集束器9输出的波长转换光纤3与后端的光电倍增管耦合。
[0046]
具体地,如图4所示,本实用新型实施例的装置共采用10片EJ444探测器1,其中,5片EJ444探测器1作为一个探测单元,本实用新型实施例的装置使用集束器9对每个探测单元引出的波长转换光纤3进行集束整理,并通过硅脂等材料将光纤集束器9输出的波长转换光纤3与后端的光电倍增管10耦合。
[0047]
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,本实用新型实施例的装置还包括:处理电路。其中,处理电路和光电倍增管10相连,以获取光电倍增管10将光信号转换得到的电信号,并对α信号和β信号进行计数和能谱输出,以及通过对输出信号的脉冲幅度甄别 技术区分α信号和β信号,以进行核素识别。
[0048]
也就是说,光电倍增管10将光信号转换成电信号输出到后续电子学电路,进行α信号和β信号的计数和能谱输出,并通过对输出信号的脉冲幅度甄别技术区分α信号和β信号,进行核素识别。
[0049]
下面对本实用新型实施例的阵列式大面积总放探测装置得工作原理进行详细描述。
[0050]
在本实用新型实施例中,首先将EJ444探测器1放入水箱的水体中,EJ444探测器1探测αβ射线,并将射线辐射的能量转换成光信号。然后,经EJ444探测器1转换的光信号照射到有机玻璃2及波长转换光纤3中,光信号通过波长转换光纤3传输到后续的光电倍增管10中,光电倍增管10将光信号转换成电信号,并根据两端光电倍增管10的输出信号进行符合测量。最后,电信号传输到后续的电子学电路,进行计数和能谱输出,并通过算法进行αβ信号的甄别。
[0051]
根据本实用新型实施例提出的阵列式大面积总放探测装置,可以通过双面探测器结构和光纤-探测器耦合的方式,实现对水体中αβ放射性的同时测量和αβ放射性核素的甄别,从而不仅提高光电子的探测效率和收集效率,而且光纤双端读出的方式可以实现符合测量,去除电子噪声。
[0052]
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
[0053]
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0054]
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0055]
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行 结合和组合。
[0056]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

权利要求书

[权利要求 1]
一种阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,包括: 防水保护材料; 至少一片EJ444探测器,用于探测αβ信号,并将所述探测αβ信号转换为光信号; 有机玻璃,所述有机玻璃与所述至少一片EJ444探测器相连; 波长转换光纤,所述波长转换光纤铺埋于所述有机玻璃中; 光电倍增管,所述光电倍增管与所述波长转换光纤相连,以通过所述波长转换光纤传输得到所述光信号。
[权利要求 2]
根据权利要求1中所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述防水保护材料包括:铝壳、防水胶和PVC包层。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述至少一片EJ444探测器包括: EJ212闪烁体探测器,用于探测β粒子; EJ440探测器,用于探测α粒子; 其中,所述有机玻璃设置于所述EJ212闪烁体探测器和所述EJ440探测器之间。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述有机玻璃的双层表面采用交错开槽的方式设置开槽并剖光,以使用光学胶水将所述波长转换光纤耦合到有机玻璃内。
[权利要求 5]
根据权利要求3或4所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述波长转换光纤被两片有机玻璃咬合并从中间读出信号。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,还包括: 光纤集束器,用于对所述波长转换光纤进行集束整理并通过硅脂将所述光纤集束器输出的光纤与后端的所述光电倍增管耦合。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,还包括: 处理电路,所述处理电路和所述光电倍增管相连,以获取所述光电倍增管将所述光信号转换得到的电信号,并对α信号和β信号进行计数和能谱输出,以及通过对输出信号的脉冲幅度甄别技术区分α信号和β信号,以进行核素识别。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述至少一片EJ444探测器为薄片式结构,所述至少一片EJ444探测器的有效探测面积为0.18m 2,所述至少一片EJ444探测器的厚度为1mm。
[权利要求 9]
根据权利要求1所述的阵列式大面积总放探测装置,其特征在于,所述波长转换光纤的纤芯具有高折射率,包层具有低折射率,其截面为1mm×1mm。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]