CN101793970A - 辐射检测器部件 - Google Patents

Abstract

辐射检测器部件(20)包括辐射闪烁体检测器(22)，用于生成作为所检测辐射的函数的光信号。光检测器(40)在操作上可与辐射闪烁体检测器(22)连接，用于接收来自辐射闪烁体检测器的光信号并生成作为所接收光信号的函数的电信号。光检测器的壳体(44)可与光检测器(40)电连接。壳体(44)和光检测器(40)中至少之一可与电源的电极电连接，由此，壳体和光检测器在电连接时处于实质相同的电位。

Description

辐射检测器部件

技术领域

一般来说，本发明涉及辐射检测器。具体来说，本发明涉及辐射闪烁体(scintilator)检测器。

背景技术

辐射闪烁体检测器在钻井行业已知用于测井(logging)和随钻测量(measure while drilling：MWD)应用。辐射闪烁体检测器还可用作安全入口(portal)检测器或者用于医疗应用。当辐射闪烁体检测器结合到用于钻探油井、气井和水井的工具串(tool string)的测井工具时，测井工具沿井身识别、定位和区分地质构造。用于油井的工具串和测井工具往往暴露于包括可达到185℃的温度和高达20000psi的压力的苛刻工作环境，并且可受到剧烈的冲击和振动。

典型辐射检测器部件包括耦合到例如光电倍增管(photomultipliertube)的光检测元件的闪烁体。辐射、如地质构造所发射的伽玛(gamma)射线被闪烁体转换成光，并且传导到光电倍增管。光电倍增管将光转换成电子，并且产生经放大的电信号。然后，经放大的电信号通过监测电子设备(electronics)来测量和使用。希望在没有噪声的情况下使光电倍增管所产生的经放大的电信号与在闪烁体中相互作用的、被转换成光的伽玛射线成正比。

经放大的电信号中的任何“噪声”分量可导致在闪烁体中起反应的伽玛射线的错误表示。具有光电倍增管中产生的电子的形式的“噪声”或暗电流(dark current)可通过热活动而不是通过光电效应来产生。这些电子称作热离子电子(thermionic electron)。光电倍增管中产生的包括热离子电子的经放大的电信号可能错误表示或者歪曲沉积在闪烁体中、与其发生反应或者进行交互的伽玛射线所产生的信号。在高温操作光电倍增管增加了发射热离子电子和噪声等级。对于例如潜孔钻探(downhole drilling)的某些应用，要求地质构造背景辐射的准确测量，并且来自“噪声”的寄生电子产生可影响辐射检测器部件的性能。因此，消除或者使辐射检测器部件中的“噪声”分量最小是有利的。

发明内容

本发明的一个方面是一种产生比先前已知更小的“噪声”的辐射检测器部件。该辐射检测器部件包括辐射闪烁体检测器，用于生成作为所检测辐射的函数的光信号。光检测器在操作上可与辐射闪烁体检测器连接，用于接收来自辐射闪烁体检测器的光信号并生成作为所接收光信号的函数的电信号。光检测器的壳体可与光检测器电连接。壳体和光检测器中至少之一可与电源的电极(pole)电连接，由此，壳体和光检测器在电连接时处于实质相同的电位。

本发明的另一个方面是辐射检测器部件，包括用于生成指示闪烁事件的信号的晶体部件。光电倍增管部件在操作和电气上可与晶体部件连接。光电倍增管部件用于接收来自晶体部件的信号，并且生成作为所接收信号的函数的电信号。光电倍增管部件包括用于支撑光电倍增管的壳体。壳体可与光电倍增管电连接。壳体和光电倍增管在电连接时处于实质相同的电位，以便使光电倍增管中的热离子电子的产生最小。

本发明的又一个方面是光电倍增管部件，包括用于从来源接收光信号的光电倍增管。光电倍增管生成作为所接收光信号的函数的电信号。壳体支撑光电倍增管。壳体可与光电倍增管电连接。壳体和光电倍增管中至少之一可与电源的电极电连接。壳体和光电倍增管在电连接时处于实质相同的电位。

附图说明

在参照附图阅读以下具体实施方式时，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，其中：

图1是示出根据本发明的一个方面的辐射检测器部件的侧视图；

图2是示出图1所示的辐射检测器部件的一部分的分解透视图；

图3是图1所示的辐射检测器部件的放大截面图；以及

图4是大致沿图3的线条4-4所截取的辐射检测器部件的端部的视图。

具体实施方式

根据一个方面的辐射检测器部件20在图1-3中示出。辐射检测器部件20可用于检测和测量来自各种来源以及各种应用中的伽玛辐射的等级或能量。辐射检测器部件20包括两个主要工作装置：辐射闪烁体检测器部件22和光电倍增管部件24。辐射检测器部件20还包括外壳体26，以便保护辐射闪烁体检测器部件22和光电倍增管部件24。

辐射闪烁体检测器22具有用于例如在检测到某个等级或能量的辐射时生成指示闪烁事件的信号的晶体(未示出)。例如，辐射、如伽玛射线被辐射闪烁体检测器22的晶体闪烁体转换成作为所检测辐射的函数的光。辐射闪烁体检测器22可包括能够由于辐射而闪烁的其它装置。例如，晶体可以是掺杂有铊的圆柱形碘化钠晶体(NaI(T1))。又作为示例，晶体可具有一英寸的直径，并且长度可高达五英寸。

辐射闪烁体检测器22的晶体生成作为与晶体进行交互的辐射的一部分所检测的辐射的函数的光信号，这是已知的。例如，光信号被生成为传递到辐射闪烁体检测器22的伽玛辐射的存在和量的函数。辐射闪烁体检测器22还包括用于支撑晶体的壳体42。壳体42可由例如钛、精制(prepared)铝或不锈钢的任何适当材料制成。辐射闪烁体检测器22还可包括位于壳体42与晶体之间的支撑结构。

光电倍增管部件24在操作和电气上连接到辐射闪烁体检测器22的晶体。光电倍增管部件24接收来自晶体的光信号，并且生成作为所接收光信号的函数的电信号。光电倍增管部件24包括光电倍增管40(图1)，这是已知的，光电倍增管40包括光电检测器以接收来自辐射闪烁体检测器22的晶体的光信号。

光电倍增管部件24可以是若干已知光电倍增管部件的任一种。在所示示例中，光电倍增管部件24具有与辐射闪烁体检测器22实质相同的外直径。

光电倍增管部件24包括支撑光电倍增管40的壳体44。壳体44可由例如钛、精制铝或不锈钢的任何适当材料制成。光电倍增管部件24还可包括具有弹簧材料的形式的支撑结构46(图2)。光电倍增管部件24包括给光电倍增管提供偏置的电阻分压器(resistive divider)(未示出)。光电倍增管部件24在螺纹连接48处附连到辐射闪烁体检测器22(图3)。

位于光电倍增管部件24与辐射闪烁体检测器22之间的光窗口60允许来自辐射闪烁体检测器中形成的闪烁的光进入光电倍增管部件。经放大的电脉冲在光电倍增管40的阳极产生。然后，经放大的脉冲或电信号通过导线64传导到处理电子设备。

光电倍增管40由刚性的壳体44保护以免受到工作环境影响。光电倍增管部件24包括盖子(cap)62，其被拧到光电倍增管壳体44的轴端，以便闭合壳体的一端。盖子62可由例如钛、精制铝或不锈钢的任何适当材料制成。将光电倍增管壳体44的另一个轴端在螺纹连接48处拧到辐射闪烁体检测器22的开口端，以便闭合壳体和辐射闪烁体检测器的另一个轴端。

如在图3中所看到的，弹簧82啮合光电倍增管40的左轴端和盖子62的右轴内表面。弹簧82是导电的，并且由例如金属的材料制成。弹簧82给光电倍增管40加载有已知偏置力，并且提供盖子62与光电倍增管之间的电连接。填充(potting)材料、如RTV可围绕贯穿盖子62的中心开口的导线64放置。因此，壳体44、光电倍增管40和辐射闪烁体检测器22电连接，并且受到实质相同的电位。因此，光电倍增管部件24可作为现成(ready to use)组件或者作为替换零件来提供。

第二外盖100(图3)可附连到外壳体26，以便封闭和保护光电倍增管部件24与辐射闪烁体检测器22。填充材料、如RTV可围绕贯穿盖子100的开口的导线64放置。外盖100和外壳体26与辐射闪烁体检测器22和光电倍增管部件24电绝缘。绝缘材料140位于外壳体26与光电倍增管壳体44和辐射闪烁体检测器壳体42之间。绝缘材料140可完全密封光电倍增管壳体44和辐射闪烁体检测器壳体42，或者可以是围绕壳体以圆周隔开的分立条带。绝缘材料142还位于盖子62与盖子100之间。绝缘材料142还可延伸，以便防止螺杆124和端子连接器122对盖子62和100短路。如在图1中所看到的，绝缘材料144位于外壳体26的右轴内端与辐射闪烁体检测器壳体42之间。绝缘材料140、142和144可以是任何适当的电绝缘材料。

通过导线64向光电倍增管40供电。三条导线64中的每条通向DC外部电源(未示出)。三条导线64分别电连接到电源的地、负极和正极端子。导线端部120接合到导线64中的导线64n并且从其中延伸。导线64n电连接到电源的负极端子。优选地，电源的负极端子保持在至少100伏或以上的负电压。端子连接器122附连到导线端部120。端子连接器122通过螺纹扣件124连接到盖子62。导线64a电连接到电源的接地端子。导线64p电连接到电源的正极端子。

光电倍增管40的壳体44在螺纹连接48处电连接到辐射闪烁体检测器22。因此，壳体44、弹簧82、盖子62、光电倍增管40和辐射闪烁体检测器22电连接在一起，并且受到实质相同的电位。优选地，该电位至少为负100伏。通过将光电倍增管40电连接到周围金属壳体44，使热离子电子所产生的“噪声”最小或被消除。整个辐射检测器部件20还将处于与光电倍增管40相同的极性和电位。

因此，使影响光电倍增管40、电场中热离子电子的释放率的两个分量(component)中之一被消除或者至少最小。辐射闪烁检测部件22甚至工作在较高温度、如185℃，其中光电倍增管40的组件上的负施加高电压将产生较少热离子电子。没有生成热离子电子，在光电倍增管40中产生的经放大的电信号中的“噪声”分量至少被降低或者优选地被消除，以便提高光电倍增管40和辐射检测器部件20的性能。在没有“噪声”的情况下，光电倍增管40所产生的经放大的电信号则可正确地反映沉积在辐射闪烁体检测器22中、与其发生反应或者进行交互的伽玛射线的能量。

虽然按照各个具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将领会，本发明超出具体公开的实施例扩展到其它备选实施例和/或系统、技术的使用以及对所公开的内容的显而易见的修改和等效。目的在于，所公开的本发明的范围不应当受到上文所述的具体公开实施例限制。

零件清单

20 辐射检测器部件

22 辐射闪烁体检测器

24 光电倍增管部件

26 外壳体

40 光电倍增管

42 壳体

44 壳体(用于40)

46 支撑结构

48 螺纹连接

60 光窗口

62 盖子

64 导线

82 弹簧

100 第二外盖

120 导线端部

122 端子连接器

124 螺纹扣件

140 绝缘材料

142 绝缘材料

144 绝缘材料。

Claims (10)

1.一种辐射检测器部件(20)，包括：

辐射闪烁体检测器(22)，用于生成作为所检测辐射的函数的光信号；

在操作上可与所述辐射闪烁体检测器(22)连接的光检测器(40)，用于接收来自所述辐射闪烁体检测器的光信号并生成作为所接收光信号的函数的电信号；以及

用于所述光检测器(40)并且可与所述光检测器电连接的壳体(44)；

所述壳体(44)和所述光检测器(40)中至少之一可与电源的电极电连接，由此，用于所述光检测器的所述壳体和所述光检测器处于实质相同的电位。

2.如权利要求1所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述电源包括用于向所述光检测器提供电力的DC电源；以及所述DC电源的负电极可与所述壳体(44)和所述光检测器(40)中至少之一电连接(120)，由此，用于所述光检测器的所述壳体和所述光检测器处于实质相同的负电位。

3.如权利要求2所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述电位至少大约为负100伏。

4.如权利要求1所述的辐射检测器部件(20)，还包括用于所述辐射闪烁体检测器(22)的壳体(42)；用于所述光检测器(40)的所述壳体(44)可与用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)电连接，由此，用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)、用于所述光检测器(40)的壳体(44)和所述光检测器(40)处于实质相同的电位。

5.如权利要求4所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述电源包括用于向所述光检测器提供电力的DC电源；以及所述DC电源的负电极可与所述壳体(44)和所述光检测器(40)中至少之一电连接(120)，由此，用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)、用于所述光检测器(40)的壳体(44)和所述光检测器(40)处于实质相同的负电位。

6.如权利要求5所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述电位至少大约为负100伏。

7.如权利要求4所述的辐射检测器部件(20)，还包括：

外壳体(26)，可与用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)和用于所述光检测器(40)的所述壳体(44)连接并围绕其设置，所述外壳体(26)可与用于所述光检测器(40)的所述壳体(44)和用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)中至少之一电连接，由此，所述外壳体(26)、用于所述辐射闪烁体检测器(22)的壳体(42)、用于所述光检测器(40)的壳体(44)和所述光检测器(40)处于实质相同的电位；以及

绝缘材料，位于所述外壳体(26)与用于所述光检测器(40)的所述壳体(44)和用于所述辐射闪烁体检测器(22)的所述壳体(42)中所述至少之一之间。

8.如权利要求1所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述辐射闪烁体检测器(22)包括晶体材料。

9.如权利要求1所述的辐射检测器部件(20)，其中，所述光检测器(40)包括光电倍增管。

10.如权利要求1所述的辐射检测器部件(20)，用于检测从沿井身的地质构造所发射的辐射。

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