CN102687040A - 用于电离辐射检测的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电离辐射检测系统可以包括一种自淬灭的感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。该多种气体还可以包括一种卤素淬灭气体。在一个具体实施方案中，该多种气体可以包括一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约5%。在另一个具体实施方案中，该含氧气体的分压可以是从约2666Pa至约16000Pa。在另一个实施方案中，该辐射检测系统可以包括一个阳极，该阳极具有一种对该感应元件内的气体腐蚀更具耐受性的组成。
Description
技术领域
本披露内容是针对电离辐射检测系统以及用于制造并且使用此种系统的方法。
背景技术
电离辐射检测系统被用于各种应用中。例如，一个盖格计数器可以接收电离辐射的粒子并且作为响应输出电脉冲。电脉冲可以通过相关的电子装置进行处理并且可以被登记为计数。当对于一个单一的电离辐射粒子登记了多个计数时或者当对于一个电离辐射粒子没有计数被登记时，则指示一个电离辐射检测系统的失效。此种失效可能妨碍这些检测系统在工业应用中的使用。因此，工业界仍然需要对电离辐射检测系统的改进。
附图说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
图1是展示了一种电离辐射检测系统的具体实施方案的图；
图2是展示了电离辐射检测系统的另一种具体实施方案的图；
图3是一个流程图，展示了一种用于制造电离辐射检测系统的方法的具体实施方案；并且
图4是展示了电离辐射检测系统的寿命的实例的图。
图5是展示了关于电离辐射检测系统的不同配置数据的图。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
本披露的创新性的传授内容将具体地参考示例性实施方案进行说明。然而，应该理解的是，这一类别的实施方案仅提供了此处这些创新性传授内容的许多有利用途的几个实例。概括地说，本披露中所作的叙述并不必然地限制所提出权利要求的物品、系统或方法中的任何一种。此外，一些叙述内容可能适用于某些创造性特征但不适用于其他。
在以下的说明书中，以一连串的顺序动作描述了一项绘制为流程图的技术。动作的顺序以及进行这些步骤的组（party）可以在不背离本传授内容的范围的情况下自由地改变。这些动作能以若干方式进行添加、删除或改变。类似地，这些动作可以进行重新排序或进行循环。此外，尽管过程、方法、算法或类似物可能是以一个顺序的次序进行说明，但是此种过程、方法、算法或其任何组合可以是以替代的顺序进行而能工作的。此外，在一个过程、方法或算法中的某些动作可以在至少一个时间点上同时地（例如，并行进行的动作）或连续地进行。
如在此所用的，术语“包括（comprises）”、“包括了（comprising）”、“包含（includes）”、“包含了（including）”、“具有（has）”、“具有了（having）”或它们的任何其他变形均旨在覆盖一种非排他性的涵盖意义。例如，包括一列特征的一种工艺、方法、物品、或装置并非必须仅限于那些特征，而是可以包括对于这种工艺、方法、物品、或装置的未明确列出或固有的其他特征。另外，除非有相反意义的明确陈述，“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或B是通过以下的任一项而得到满足：A是真（或者存在）且B是假（或者不存在），A是假（或者不存在）且B是真（或者存在），以及A和B均为真（或者存在）。
使用“一种/一个（a/an）”来描述在此说明的要素和组成部分。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。这种说法应该被阅读为包括一个或至少一个，并且单数还包括复数，或反之亦然，除非它清楚地是另有所指。例如，当在此说明的是一个单个器件时，可以使用多于一个的器件代替一个单个器件。类似地，当在此说明的是多于一个的器件时，可以用单个器件来代替这一个器件。
一种电离辐射检测系统可以包括一个含电离气体的感应元件。该感应元件还可以包括一个阴极以及一个阳极。传递到感应元件中的电离辐射可以将该电离气体的一部分电离，从而产生电子以及带正电荷的离子。由该阴极和阳极产生的电场可以引起带正电荷的离子向阴极移动并且电子向阳极移动。这些离子能以雪崩效应使该电离气体的其他部分电离。所得到的、被阳极接收的电子的级联可以产生一个穿过电极之间的电脉冲，这些电极被连接到该阴极和阳极上。该电脉冲可以被计数或者以其他方式由一个计数器或其他的电子设备进行测量。
在此说明的实施方案中，可以实现一种更可靠的电离辐射检测。在一组实施方案中，该电离辐射检测系统可以包括一个感应元件，其中该感应元件包括多种气体。该多种气体可以包括一种含氧气体。出人意料地，这种含氧气体可以提高一个阳极导线的使用寿命。在另一组实施方案中，该阳极可以包括一种对这些气体更有耐受性的材料，并且在一个具体实施方案中是由这些气体形成的一种等离子体。因此，该辐射检测系统可以在该阳极失效之前运行更长的时期。对这些组实施方案在以下更详细地进行说明。涉及含氧气体的这些组实施方案在描述涉及阳极组成的这些组实施方案之前进行说明。
图1展示了一种电离辐射检测系统100的具体实施方案的示意图。该系统100包括一个自淬灭感应元件102，例如一个盖格-密勒管或其他感应元件，该元件具有一个实质上密封的外壳，该外壳被适配为包含一种处于基本上恒压下的气体104。该感应元件102可以是不锈钢、玻璃或另一种对于该感应元件102内部的这些气体而言反应活性较低的。该感应元件102可以具有一个内表面106，该内表面实质上用一种阴极材料，例如金属、石墨或另一种材料涂覆。例如，该内表面106可以用铂进行电镀。该内表面106可以包括另一种材料来实现所希望的特性。例如，当中子感受性是所希望的时，该内表面106可以包括硼。
此外，该感应元件102可以包括一个阳极108，该阳极与该内表面106电绝缘。该阳极108可以包括一个导电的导线，例如含铁的导线，含镍的导线、或其他金属导线。在一个具体实施方案中，该阳极108可以包括镍、镍合金、不锈钢，例如17-7不锈钢、446不锈钢、316不锈钢、310不锈钢、或另一种铁合金。这些感应元件102可以包括一个窗口114，该窗口可以被适配为允许电离辐射进入该感应元件102的内部。该窗口114可以包括玻璃、云母、氧化铝、尖晶石、或另一种合适的材料。如所展示的，该窗口114可以位于该感应元件102的一端。在另一个实施方案中，该窗口114可以位于该感应元件102的一个侧面上。
该感应元件102的内表面106可以连接到一个电极110上，并且该阳极108可以连接到另一个电极112上。可以通过电极112提供一个电压，使得可以在电极110和112之间存在至少300VDC，例如至少600VDC的电势。在一个具体实施方案中，该电压可以是至少800VDC，例如1050VDC或更大。由流过该感应元件102的电流产生的电脉冲可以在一个电子器件，例如一个计数器116中进行测量或检测。该电离检测系统100可以包括另外的电子装置，例如一个前置放大器、鉴别器、音频放大器、其他电子装置或它们的任何组合。
感应元件102中包含的气体104可以包括多种气体组分，包括一种电离气体、淬灭气体以及含氧气体。这种电离气体可以响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。这种电离气体可以包括，例如一种惰性气体，例如氖气、氩气、氦气、氙气、氪气或它们的任何组合。在一个示意性实施方案中，该电离气体可以包括惰性气体的一种混合物，其中该电离气体中的多数惰性气体具有比少数惰性气体更高的电离势。在一个实例中，该电离气体可以包括氖气（具有约21.5eV的电离势）与氩气（具有约15.8eV的电离势）的一种彭宁（Penning）混合物。在一个具体实施方案中，该电离气体可以包括按质量计约0.1%的少数气体，例如氩气。
在该气体104中包含的淬灭气体可以防止通过与由于进入该感应元件102内的离子辐射而产生的带正电荷的惰性气体进行相互作用而造成的伪电脉冲。例如，当该电离气体包括氖气以及氩气时，通过电离辐射产生的带正电荷的氩气离子将达到内表面106并且变成激发态的中性氩原子。当该激发态的氩原子返回到基态时，它们将发射出光子，这些光子引起了与该感应元件102所欲检测的离子辐射不相关的伪计数。然而当使用原子淬灭气体时，这种带正电荷的氩离子或其他电离气体离子可以与该淬灭气体碰撞，从而产生了带正电荷的淬灭气体离子以及中性的氩原子。这种淬灭气体离子向阴极移动并且接收电子，从而产生了处于激发态的中性的淬灭气体原子。这种淬灭气体原子可以通过形成淬灭气体分子，而不是通过发射光子而损失掉它们的能量。这种淬灭气体可以具有比该电离气体更低的电离势，例如比少数惰性气体更低的电离势。在一个具体实施方案中，该淬灭气体可以包括一种卤素气体。例如，该淬灭气体可以包括二原子的溴。在另一个实例中，该淬灭气体可以包括二原子的氯。
在一个具体实施方案中，在该气体104中包含的含氧气体可以包括空气。这种空气可以包括一种多组分混合物，该混合物除了氧气之外还有例如氮气、水蒸气、二氧化碳、氩气、另一种气体、或它们的任意组合。在另一个实施方案中，这种空气可以主要由干的空气组成，这种空气实质上不含水蒸气。作为替代方案，这种含氧气体可以主要包括实质上纯的二原子的氧。在另一个实施方案中，该含氧气体可以包括臭氧。这种含氧气体可以具有比淬灭气体更低的电离势。例如，当使用二原子的溴（具有约12.8eV的电离势）作为一种淬灭气体时，可以使用二原子的氧（具有约12.0eV的电离势）。
在一个具体实施方案中，这种电离气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约80%至按压力计约99.8%。这种淬灭气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约0.1%至按压力计约1%。这种含氧气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约1%至按压力计约20%。例如，当该含氧气体包括实质上纯的二原子氧时，则含氧气体存在的量值可以是该气体104总压力的按压力计至少约3％，例如该总压力的按压力计至少约5%。在另一个实例中，当该含氧气体包括空气时，则该含氧气体存在的量值可以是该气体104的总压力的按压力计至少约10％，例如该总压力按压力计至少约12.5%。
在另一个具体实施方案中，这种电离气体存在的量值可以是从13332Pa（100mm Hg）至约101325（760mm Hg）。该淬灭气体存在的量值可以是从67Pa（0.5mm Hg）至约1333Pa（10mm Hg）。此外，这种含氧气体存在的量值可以是从1333Pa（10mm Hg）至约26667（200mm Hg）。例如，当这种含氧气体包括实质上纯的二原子的氧时，则这种含氧的气体存在的量值可以是从约1333Pa（10mm Hg）至约6666Pa（50mm Hg）。在另一个实例中，当这种含氧气体包括空气时，则这种含氧的气体存在的量值可以是从5332Pa（40mm Hg）至约26667Pa（200mm Hg）。
在一个实例中，该气体104可以具有小于大气压力的总压力，例如小于约66661Pa（500mm Hg）。表1展示了当该气体具有63061.5Pa（473mmHg）总压力时，气体104的非空气部分（即，电离和淬灭部分）和气体104中包含的空气的组分比例。
表1.包括空气的气体组分的分压
在以上展示的实例中，在气体104中包含的该多种气体包括按压力计约10.5%的空气以及按压力计约0.4%的二原子溴，即该淬灭气体。此外，在该气体104中包含的多种气体包括按压力计约89%的电离气体（非空气的氩气和氖气）。该气体104中包含的多种气体包括按压力计0.1%的氩气。
在一个说明性的、非限制性实施方案中，该气体104可以包括另一种组分以实现一种所希望的特性。例如，如果中子的感受性是所希望的，则该气体104除了以上描述的其他气体之外可以包括BF3气体或3He气体。
图2展示了另一种电离辐射检测系统感应元件200的具体实施方案。该感应元件200包括一个外壳202，该外壳具有一个涂覆的内表面204以及一个阳极导线206。该阳极导线206可以从一个阳极组件208和一个外部阳极支持物210延伸。在一个示意性实施方案中，一个陶瓷部分212保护了该阳极组件208免于腐蚀、热量或者另一种所不希望的元素、并且将阴极导线206与该外壳202和内表面204电绝缘。该外壳202可以连接到一个电极220上，并且阳极206可以连接到另一个电极222上。在电极220和222之间可以存在至少300VDC的电势。该感应元件200还可以包括一个端窗口216。该窗口216可以是透明的、半透明的或其任何组合。
该感应元件200被适配为在给定的温度下将气体保持在实质恒定的压力下。该气体可以包括多种气态的组分，包括一种惰性的电离气体、一种卤素淬灭气体以及一种含氧气体。该含氧气体存在的量值可以是该多种气体的组分的总压力的按压力计至少约3%。表2展示了具有约53329Pa（400mmHg）的总压力的示例组分比例，其中该含氧气体包括实质上纯的二原子氧。
表2.实质上不含空气的气体组分的分压
| 组分 | 压力（Pa） |
| Ne | 50334 |
| Ar | 53 |
| Br2 | 266 |
| O2 | 2666 |
| 总计 | 53329 |
在以上展示的实例中，该多种气态组分包括按压力计约5%的二原子氧气以及按压力计约0.45%的二原子溴，即该淬灭气体。此外，该多种气态组分包括按压力计约94%的电离气体（非空气的氩气和氖气）。该多种气体包括按压力计0.1%的氩气。
在一个具体实施方案中，可以根据在图3中展示的方法制造一种感应元件。在框300中，可以提供一种感应元件，例如盖格-密勒管。该感应元件包括一个外壳，该外壳具有一个与该外壳的内表面电绝缘的阳极导线。移动到框302，该外壳的内表面可以实质上用一种阴极材料涂覆。前进到框304，可以将该外壳抽真空。继续到框306，在一个具体实施方案中，可以将一种电离气体以及一种淬灭气体进行预混合。前进至框308，该预混合的气体可以加入到该外壳中。
在框310中，将一种含氧气体加入到外壳中。电离气体、淬灭气体以及含氧气体的总压力可以是小于环境压力。该含氧气体按以上描述的量值存在。移动到框312，将该外壳实质上密封。该方法可以在314处结束。
根据在此披露的具体实施方案，披露了一种电离辐射检测器系统，该系统包括一种自淬灭的盖格计数器感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体包括一种电离气体，用于响应于接收一个电离辐射离子而进行电离；一种卤素淬灭气体；以及一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约3%。例如，该含氧气体存在的量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约5%。
在另一组实施方案中，该辐射检测系统可以包括一个阳极，该阳极具有一种对该电离辐射检测系统的感应元件内的气体（包括从多种气体形成的等离子体）更具耐受性的组成。在一个具体实施方案中，该阳极可以处于一种导线的形式。参见图2，阳极导线206可以包括一种贵金属、镍、或它们的任何组合。在一个具体实施方案中，该阳极包括铂。在另一个具体实施方案中，该阳极包括钯或金。在又一个实施方案中，该阳极包括钌、铼、铱、锇，其中各自能够形成一种导电的金属氧化物。在另一个具体实施方案中，当该阳极包括镍时，该镍可以处于元素金属或作为镍合金的一部分的形式。该合金可以包括一种耐火金属，例如钛、钽、钨、铌或另一种具有至少1400°C的熔点的金属元素。在另一个实施方案中，可以在该材料合金中使用不同的金属。在一个更具体实施方案中，可以使用一种镍-钛合金。
在一个具体实施方案中，阳极导线206可以主要由一种贵金属、镍、或它们的任何组合组成。在另一个实施方案中，阳极导线206可以包括一种含铁的导线与覆盖该含铁导线的一种材料，该材料包括贵金属、镍、或它们的合金。含铁导线以及以上任何金属涂层的选择可以部分地取决于热膨胀系数（“CTE”）。因为可以在该盖格-密勒管内形成一个等离子体，所以该阳极可以暴露于局部高温中。当该含铁的导线以及金属涂层具有更接近的CTE时，则该涂层更可能在更大的温度范围内保护该含铁的导线。此外，当该阳极导线的CTE更紧密地与该阴极管的CTE匹配时，则可以在极端温度下保持对阳极导线张力的更好的控制，这可以降低来自振动、颤噪效应（microphonics）、等等的伪计数。在一个具体实施方案中，该含铁物的CTE与该涂层的CTE的差值可以是不大于40%，并且在一个更具体的实施方案中，与该涂层的CTE的差值是不大于30%。例如，铂具有的CTE，与17-7的不锈钢（比铂的CTE高约70%）相比，与446不锈钢（比铂的CTE高约16%）的CTE更接近。仍然，铂涂覆的17-7不锈钢阳极导线可以提供比没有任何涂层的其他不锈钢阳极导线更稳健的阳极导线。可以使用其他涂层。具体地，310的不锈钢的CTE比金的CTE低约1%。因此，金覆盖310不锈钢阳极导线具有更紧密匹配的CTE。在阅读本说明书之后，熟练的业内人士能够针对其具体的需要或希望来选择用于含铁的导线和金属涂层的材料组合。使用这种金属涂层，该含铁的导线并不直接暴露于该感应元件内的气体（包括等离子体）中。在一个具体实施方案中，该材料可以包覆到该含铁的导线上。在一个实施方案中，该材料的厚度可以是足够厚的，使得沿着该含铁导线的外表面，至少对于该外壳202内放置的那部分含铁导线形成了一个实质上连续的层。在一个具体实施方案中，该材料的厚度是至少约3微米。在又一个具体实施方案中，该材料的厚度是不大于约30微米。
当将镍与一种贵金属相比时，镍在操作该感应元件时所经历的条件下更易于受攻击。因此，另一个实施方案中，阳极导线206可以包括一种含镍的导线与覆盖该含镍导线的一种材料，该材料包括一种或多种贵金属。对于含镍材料和具体的贵金属材料的材料选择、以及涂覆材料的厚度是使用如以上关于含铁的导线讨论的相同考虑因素来确定的。
该感应元件200内的气体的组成可以包括或可以不包括含氧的气体。因此，感应元件200内可能的气体的组合可以是比常规的感应元件中更加灵活的。参见表1，该感应元件200可以包括任何非空气的以及空气的气体组成。如果需要或希望的话，可以通过增加或减小气体的量同时保持气体中的组成（例如摩尔分数）大致恒定而调整压力。在其他实施方案中，可以使用以上描述的任何气体组成。在另一个实施方案中，该感应元件内的气体可以实质上不含含氧气体，并且在另一个实施方案中，这些气体可以包括一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计不大于约3%。在阅读本说明书之后，熟练的技术人员将理解，在不脱离在此描述的构思的范围的情况下可以使用其他的气体组合。
在工业应用中，例如井下的井孔应用中，离子辐射检测器，例如盖格计数器可以在100°C至125°C，或甚至185°C或更高的工作温度下使用（例如，工作温度峰值可以达到235°C或更高）。此外，此种检测器可以在从600VDC到高达1200VDC的偏压下工作。在一些应用中，可以在一个单一的、用于定向钻井的目的工具上使用多个感应元件，例如盖格-密勒管。例如，这些感应元件可以安排在具有2至8个感应元件的多个组中。在一个具体实施方案中，该单一工具可以包括多个组以提供总计8至32个感应元件。在另一个实施方案中，如果需要或是希望的话，可以使用更多或更少的感应元件。此外，这些感应元件不需要安排在组中。如果一个感应元件失效，则该工具可能无法有效地受到控制，并且必须更换失效的感应元件。因此，一个单一感应元件的失效可以使得整个工具不能工作。
常规的自淬灭电离辐射检测器感应元件在升高的温度（例如，大于100°C），升高的偏压（例如，大于900VDC），或其任何组合下可以具有约40小时的中位失效前时间。当使用多个感应元件时，寿命可能是不一样的，从而使得钻井的中断更频繁。将氧气引入到感应元件中，例如盖格-密勒管中，已经被本领域普通技术人员认为是不利的。确切地说，已经认为空气将会进一步降低一个自淬灭感应元件的寿命，例如通过消耗一部分的淬灭气体。
然而，出人意料地，已经发现了在含有含氧气体的自淬灭感应元件中失效前的平均时间超过了常规的自淬灭感应元件，并且甚至在含有含氧气体的自淬灭感应元件分布中的低端寿命也并不显著地低于常规的感应元件的寿命。例如，如图4中所示的，对于在1050VDC并且约185°C下工作的组1-4中的标准填充（实质上没有含氧气体）的盖格-密勒管，中位的失效前时间402是约40小时。相比之下，在组5和6中的盖格-密勒管（在具有63061.5Pa（473mm Hg）总压力的多种气体中包括约6719Pa（50mm Hg）的空气）被发现展示出了比组1-4中的标准填充的管显著更长的中位失效前时间，并且平均的中位失效前时间404比组1-4中的标准填充的管的平均失效前中位时间的二倍更多。
关于针对具有阳极的感应元件的实施方案，这些阳极包括一种贵金属、镍或其组合，此种阳极在该其失效之前可以在多种气体（包括等离子体）中暴露更长的时间。该阳极的组成可以在该感应元件内允许广泛的气体组成。因此，与在导线内不含有覆盖该含铁材料的一种材料的一种常规的含铁阳极导线相比，在较小的泄漏的情况下（其中空气进入了该感应元件的外壳中），该辐射检测器在失效前可以运行更长的时间。
实例
在此说明的这些概念将会在以下实例中进一步进行说明，这些并没有限制在权利要求书中说明的本发明的范围。来自这些实例的数据在下表中给出并且在图5中展示。带星号的值相对于实例1更详细地进行解释。为了方便，以下一些参数已经进行了近似。
表4.实例的数据
实例1
实例1展示了在一个自淬灭感应元件中的电离气体、含卤素气体以及含氧气体的一种混合物，与没有这种含氧气体的自淬灭感应元件相比，具有出人意料地更长的平均寿命。
对照电离辐射检测系统包括具有17-7不锈钢阳极导线的盖格-密勒管、并且填充有一种彭宁混合物、并且在表中被称为“对照物”。更具体地说，这些盖格-密勒管包括400mm Ne、0.4mm Ar、和1.8mm Br2。另一个电离辐射检测系统实质上与该对照电离辐射检测系统相同，除了将氧气加入到该盖格-密勒管内的气体混合物中，并且在表格中被称为“氧气”。该气体混合物是400mm Ne、0.4mm Ar、和1.8mm Br2、以及20mm O2。
将这两组的盖格-密勒管设计为用于在750V工作。在1050V和185°C下进行管的寿命试验，直至这些管失效。对于这些试验选择了更高的电压（高于设计的工作电压）以缩短试验周期从而允许收集更多的数据。当管在750V下运行时，预期所测得的这些管的寿命更长。US 4684806和US 3892990披露了测试的工作电压。为了这些实例的目的，当存在一个稳定的计数损失时，例如超过计数的辐射、不足计数的辐射、信号毛刺、无信号、电开路或短路，或者与辐射不对应的计数时，盖格-密勒管的寿命结束。失效的时间以开始试验之后的小时来报告。对于对照物以及氧气的管，收集了表中的数据。
如在图5中可见，在相对较短的时间失效的一些管与主要的时间分布之间、以及在最长的时间与主要的时间分布之间存在空隙。对于对照组，该空隙是在24小时（对于早期失效的最高值）与60小时（在主要分布内的最小时间）之间，并且对于氧气组，该空隙是在36小时（对于早期失效的最高值）与75小时（在主要分布内的最小时间）之间。关于该最长时间，对于对照组，该空隙是在240小时（所获得的最高值）与123小时（在主要分布内的最高时间）之间，并且对于氧气组，该空隙是在288小时（所获得的最高值）与146小时（在主要分布内的最高时间）之间。相对更短时间的、以及最长时间的数据点被描绘为环形的环。由于这些空隙，这三个最短的以及最长的时间并未用来确定对照以及氧气组的平均值以及标准偏差，这就是为什么对于平均值和标准偏差用星号标记。
以下表中的数据表明了，与对照组的管相比，氧气组的管就寿命而言明显地更优异。这样一个结果是出人意料的，因为氧气的存在（特别是就高电压和提高的温度而言）一直预期是缩短了该寿命，这是由于对不锈钢阳极导线的潜在的氧化。相反地，氧气组的管的平均寿命是比该对照组的管的平均寿命长出25%。因此，氧气组的管提供了更长的失败时间并且可以被用于在需要更换之前持续更长时间的领域内。
实例2
实例2展示了耐氧化的阳极导线材料帮助延长了管的寿命。以上已经对于对照和氧气组的管进行了描述。两个对照组的管实质上是相同的，除了该不锈钢导线是用铂涂覆的。称为“Pt”的组使用了如以上关于对照组描述的气体混合物，并且称为“Pt+氧”使用了如以上关于氧气组所描述的气体混合物。
以下表中的数据清晰地表明了，与对照组的管相比，Pt组的管具有更优异的寿命。注意，在239小时，这些管之一还没有失效。因此，由于这些管之一没有失效Pt组管的平均值可能更高。Pt组管具有比对照组的管好出多于150%的平均寿命。
关于Pt+氧气组的管，初步的数据看上去是有希望的。一个管在两个小时失效；然而该管并非由于阳极导线失效的原因而失效，并且因此这个数据点展示为环形的环。其他的管在82小时的时候没有失效。对于Pt+氧气组的管，需要更多试验以得出关于Pt+氧气组的管的寿命的结论。
许多不同的方面和实施方案是可能的。下面描述那些方面和实施方案中的一部分。在阅读本说明书之后，熟练的技术人员将理解，那些方面和实施方案仅是说明性的而并非限制本发明的范围。此外，本领域的普通技术人员将理解的是，可以使用数字电路类似地实施包括模拟电路的实施方案，并且反之亦然。
根据一个第一方面，一种电离辐射检测器系统可以包括一种自淬灭的感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。该多种气体还可以包括一种卤素淬灭气体。此外，该多种气体可以包括含氧气体，其量值是按该多种气体的总压力计至少约3%。例如，该含氧气体存在的量值可以是按该多种气体的总压力计至少约5%。
在该第一方面的一个实施方案中，该含氧气体可以包括空气。例如，该多种气体可以包括空气，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约10%。这种空气可以包括，例如氮气、水蒸气、二氧化碳、氩气、或它们的任意组合。在另一个实例中，这种空气可以主要由干燥空气组成的。
在该第一方面的另一个实施方案中，该含氧气体可以包括二原子的氧气或臭氧。
在该第一方面的另一个实施方案中，该电离气体可以包括一种惰性气体。例如，该惰性气体可以包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或其任何组合，例如一种彭宁混合物。在一个具体实施方案中，该惰性气体可以包括一种第一惰性气体以及一种第二惰性气体，该第二惰性气体具有比该第一惰性气体更低的电离势。该第二惰性气体存在的量值是按该多种气体的总压力计至少约0.1%。
在该第一方面的另一个实施方案中，该卤素淬灭气体可以具有比该第二惰性气体更低的电离势。例如，这种卤素淬灭气体可以包括一种含溴的气体或一种含氯的气体。在一个具体实施方案中，该卤素淬灭气体可以包括一种含溴气体，其量值是总压力的按压力计至少约0.25%，例如约0.4%至约1%。
在该第一方面的另一个实施方案中，该感应元件可以包括一个盖格-密勒管。在另一个实施方案中，该感应元件可以包括一个阳极，该阳极包括一种含铁的导线，并且在另一个实施方案中，该感应元件可以包括一个阳极，该阳极包括一种含镍的导线。
根据一个第二方面，一种电离辐射检测器系统可以包括一种自淬灭的盖格计数器感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。该多种气体还可以包括一种卤素淬灭气体。该多种气体可以包括含氧气体，其量值是按该多种气体的总压力计至少约3%。该感应元件还可以包括一个阴极以及一个阳极，该阳极包括一种在含氧气体的存在下发生氧化的材料。
在该第二方面的另一个实施方案中，该阴极可以包括该外壳的一个内表面。该内表面可以是实质上用一种金属或石墨涂覆的。该金属可以包括铂。
在该第二方面的另一个实施方案中，该阳极可以包括一种含铁的导线，并且在另一个实施方案中，该阳极可以包括一种含镍的导线。
在该第二方面的另一个实施方案中，该总的压力可以是小于大气压力。在一个实例中，该含氧气体的分压可以是从约1333Pa至约26664Pa。
例如，该含氧气体的分压可以是至少约5332Pa，并且该含氧气体可以包括空气。这种空气可以主要由干燥空气组成。在另一个实例中，该含氧气体的分压可以是从约1333Pa至约6666Pa，至并且该含氧气体可以包括实质上纯的二原子的氧。
在该第二方面的另一个实施方案中，该淬灭气体的分压可以是从约67Pa至约1333Pa。
在该第二方面的另一个具体实施方案中，该电离气体的少数组分的分压可以是从约20Pa至约200Pa。
根据一个第三方面，一种电离辐射检测器系统可以包括多种自淬灭的盖格-密勒感应元件。每个感应元件可以具有一个含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种惰性的电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离；一种卤素淬灭气体以及含氧气体。该多个盖格-密勒自淬灭感应元件可以具有在约100°C的温度并且约1050VDC的偏压下至少约95小时的中位失效前时间。
在该第三方面的一个实施方案中，该多个盖格-密勒感应元件可以具有在至少约185°C的温度并且约1050VDC的偏压下至少约95小时的中位失效前时间。
在该第三方面的另一个实施方案中，该含氧气体存在的量值可以是该多种气体的总压力的按压力计至少约3%。
在该第三方面的另一个实施方案中，该多个感应元件可以包括至少2个感应元件。在该第三方面的另一个实施方案中，该多个感应元件包括不多于32个感应元件。在该第三方面的另一个实施方案中，该多个感应元件可以被适配为连接到一个井孔钻井装置上。
根据一个第四方面，一种方法可以包括将具有一个外壳的盖格-密勒传感元件抽真空。该方法还可以包括将多种气体加入到该外壳中。该多种气体可以包括一种电离气体、一种卤素淬灭气体以及一种含氧气体。该含氧气体存在的量值是该电离气体、该淬灭气体、以及该含氧气体的总压力的按压力计至少约3%，。
在该第四方面的一个实施方案中，该方法还可以包括：在加入该电离气体和该淬灭气体之前用一种阴极材料实质上涂覆该外壳的一个内表面。该阴极材料可以包括一种金属或石墨，例如铂。
在该第四方面的另一个实施方案中，该方法还可以包括：在加入该电离气体和该淬灭气体之前，在该外壳内提供一个阳极，其中该阳极与该内表面是电绝缘的。
在该第四方面的另一个实施方案中，该外壳可以在实质上涂覆该内表面之后并且在加入该电离的气体和该淬灭气体之前抽真空。
在该第四方面的另一个实施方案中，该方法还可以包括：将该电离气体和该淬灭气体进行预混合，并且在将该含氧气体加入到该外壳中之前将该预混合的电离气体和淬灭气体加入到该外壳中。
在该第四方面的另一个实施方案中，该方法还可以包括在加入该含氧气体之后实质上密封该外壳。
在该第四方面的另一个实施方案中，该含氧气体可以包括空气。这种空气可以主要由干燥空气组成。在该第四方面的另一个实施方案中，该含氧气体可以包括实质上纯的二原子的氧。
在该第四方面的另一个实施方案中，该方法还可以包括：在该外壳内提供一个阳极。该阳极可以包括一种在该含氧气体的存在下发生氧化的材料。例如，该阳极可以包括一种含铁的导线或一种含镍的导线。
根据一个第五方面，一种电离辐射检测系统可以包括一种自淬灭的感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种电离气体以及一种卤素淬灭气体，该电离气体用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。该感应元件可以进一步包括一个阳极，该阳极包括一种贵金属、镍、或它们的任何组合。
在该第五方面的一个实施方案中，该阳极包括铂。在另一个实施方案中，该阳极可以包括钯或金。在再另一个实施方案中，该阳极可以包括钌、铼、铱或锇。在另一个实施方案中，该阳极可以包括一种含铁的导线与包围该含铁导线的一种材料，其中该材料可以包括贵金属、镍、或它们的任何组合。在一个具体实施方案中，该阳极可以包括一个含镍的导线，例如一种镍合金。在一个更具体的实施方案中，该镍合金可以包括一种耐火金属。在一个甚至更具体的实施方案中，该耐火金属可以包括钛。
在该第五方面的另一个实施方案中，该多种气体实质上可以不含一种含氧气体。在再另一个实施方案中，该多种气体可以包括含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计不大于约3%。在又一个实施方案中，该多种气体可以包括含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约3%。
该该第五方面的另一个实施方案中，该电离气体可以包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或其任何组合。在一个具体实施方案中，该惰性气体可以包括一种彭宁混合物。在一个更具体的实施方案中，该电离气体可以包括一种第一惰性气体以及一种第二惰性气体，该第二惰性气体具有比该第一惰性气体更低的电离势，其中该第二惰性气体存在的量值是该总压力的按压力计至少约0.1%。在一个甚至更具体的实施方案中，该卤素淬灭气体可以具有比该第二惰性气体更低的电离势。
在该第五方面的另一个实施方案中，这种卤素淬灭气体可以包括一种含溴的气体或一种含氯的气体。在一个具体实施方案中，该卤素淬灭气体可以包括一种含溴的气体，其量值是总压力的按压力计至少约0.5%。在再另一个实施方案中，该感应元件可以包括一个盖格-密勒管。
应注意，并非要求在一般性说明或这些实例中的以上说明的所有这些活动，也可以不要求一项特定活动的一个部分、并且除了所描述的那些之外可以进行一种或多种另外的活动。仍进一步地，列出这些活动的顺序并不必须是按照进行它们的顺序。
以上对于多个具体的实施方案已经说明了多种益处、其他的优点、以及问题的解决方案。然而，这些益处、优点、问题的解决方案、以及任何一项或多项特征（它们可以致使任何益处、优点、或者解决方案发生或变得更突出）不得被解释为是任何或所有权利要求中的一个关键性的、所要求的、或者必不可少的特征。
在此描述的这些实施方案的说明和展示旨在提供对不同的实施方案的结构的一般理解。这些说明和展示不旨在作为使用在此描述的这些结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的一个全面的和综合的描述。分开的实施方案也可以按一个单一的实施方案的组合来提供，并且与此相反，为了简洁起见，在一个单一的实施方案的背景中描述的多个不同特征还可以分别地或以任何子组合的方式来提供。另外，所提及的以范围来说明的数值包括在该范围之内的每一个值。对于熟练的技术人员，仅在阅读本说明书之后即可以清楚许多其他实施方案。其他实施方案可以被使用并且从本披露衍生，这样在不背离本披露的范围的情况下即可进行一个结构代换、逻辑代换、或另一种变更。因此，本披露内容应被认为是说明性的而不是限制性的。
Claims (15)
1.一种离子辐射检测系统，包括：
一个自淬灭感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括：
一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离；
一种卤素淬灭气体；以及
一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约3%。
2.一种离子辐射检测系统，包括：
多个盖格-密勒自淬灭感应元件，每个感应元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括：
一种惰性的电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离；
一种卤素淬灭气体；以及
一种含氧气体，
其中该多个盖格-密勒感应元件在约100°C的温度并且约1050VDC的偏压下具有至少约95小时的中位失效前时间。
3.如权利要求2所述的电离辐射检测系统，其中该多个盖格-密勒感应元件在约185°C的温度并且约1050VDC的偏压下具有至少约95小时的中位失效前时间。
4.一种使用离子辐射检测系统的方法，包括：
将用于一个具有外壳的盖格-密勒感应元件的外壳抽真空；
将多种气体加入到该外壳中，该多种气体包括一种电离气体、一种卤素淬灭气体以及一种含氧气体，其中该含氧气体存在的量值是该电离气体、该淬灭气体以及该含氧气体的总压力的按压力计至少约3%。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在加入该电离气体和该淬灭气体之前用一种阴极材料实质上涂覆该外壳的一个内表面。
6.如权利要求4或5所述的方法，进一步包括在加入该电离气体和该淬灭气体之前，在该外壳内提供一个阳极，其中该阳极与该内表面是电绝缘的。
7.如权利要求4、5或6所述的方法，进一步包括将该电离气体和该淬灭气体进行预混合，并且在将该含氧气体加入到该外壳中之前将该预混合的电离气体和淬灭气体加入到该外壳中。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中任何自淬灭感应元件或该盖格-密勒感应元件进一步包括一个阳极，该阳极包括一种在该含氧气体的存在下发生氧化的材料。
9.（原始）根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中：
该含氧气体存在的量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约5%；或
该含氧气体包括空气，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约10%。
10.一种离子辐射检测系统，包括：
一个自淬灭感应元件，该元件具有：
一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括：
一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离；以及
一种卤素淬灭气体；以及
一个阳极，该阳极包括一种贵金属、镍、或它们的任何组合。
11.如权利要求10所述的电离辐射检测系统，其中该多种气体实质上不含有含氧气体。
12.如权利要求10或11所述的电离辐射检测系统，其中该阳极包括铂、钯、金、钌、铼、铱、锇、一种镍合金，例如一种耐火的金属镍合金，例如Ni-Ti合金。
13.如权利要求10或11所述的电离辐射检测系统，其中该阳极包括一个含铁的导线以及一种包围该导线的材料，其中该材料包括该贵金属、镍、或它们的任何组合，或其中该阳极包括一种含镍的导线以及一种包围该导线的材料，其中该材料包括该贵金属。
14.根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中：该电离气体包括一种彭宁混合物。
15.根据权利要求14所述的电离辐射检测系统或方法，其中该电离气体包括一种第一惰性气体以及一种第二惰性气体，该第二惰性气体具有比该第一惰性气体更低的电离势，其中该第二惰性气体存在的量值是该总压力的按压力计至少约0.1%。
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