CN103278840A - 组织等效正比计数器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核辐射的测量装置。为解决现有组织等效正比计数器综合性能不高，不能兼顾灵敏区内电场应均匀且辐射场内响应尽可能各向同性两个方面的要求等问题，本发明提供了一种组织等效正比计数器，包括腔室、阳极丝，还包括铝壳、阴极引出线、第一绝缘体、第二绝缘体和金属材料套管；所述腔室的空腔部分形状为直径与高度相等的圆柱；阳极丝位于腔室空腔部分的轴线上，并设有用于拉直阳极丝的弹簧。本发明的组织等效正比计数器综合性能良好，灵敏区内能够形成均匀电场，辐射场内响应近似各向同性，工作性能较好，探测效率高，在满足组织等效性要求的前提下提供了静电屏蔽措施，测量结果较为准确，且加工工艺简单，能够保证长时间应用。

Description

组织等效正比计数器
技术领域
本发明涉及一种核辐射的测量装置，特别涉及一种组织等效正比计数器。
背景技术
微剂量学旨在研究电离辐射在微观空间（细胞和分子水平）中的能量沉积规律，并进一步研究探讨辐射的生物效应，需要进行实验来模拟细胞尺度的人体组织，甚至比细胞更小的尺寸，例如：细胞核（直径大约2μm）。而正比计数器的优点是电离粒子产生的电离电荷在电场中倍增，使得输出信号放大便于直接测量，且输出的电信号幅度大小与初始电离电量成正比，即与单次事件中沉积的能量成正比。用于微剂量学量测量时，正比计数器的壁材料常选用组织等效导电塑料，空腔中充入组织等效气体，因此这一类正比计数器被称为组织等效正比计数器（TEPC）。
TEPC是美国的Harold Rossi及其合作者在二十世纪五十年代发展起来的，通过测量与微剂量学量直接相关的量，即线能，得到吸收剂量、有效品质因子和剂量当量。基于TEPC系统的测量方法，可以直接模拟测量人体细胞组织的剂量当量，在国外已被应用于微剂量学、辐射防护、辐射治疗、空间辐射等领域的基础学科研究。
但是，TEPC系统在国内尚未进行过较为完善的研究工作，针对TEPC的测量研究报道很少。据了解，二十世纪八十年代，中国人民解放军军事医学科学院曾进行过TEPC的研制，但未见相关文献，亦未有后续研究工作。二十世纪九十年代初，兰州近代物理研究所曾研制了圆柱形流气式TEPC，初步测量了α源的微剂量谱，之后未见后续工作报道。二十一世纪初，防化指挥工程学院的张文仲等人曾进行过TEPC测量微剂量学量的理论研究。台湾清华大学的许芳裕教授等利用自制的TEPC，在加速器中子辐射场进行了BNCT研究。
TEPC的结构有若干种，各种结构的TEPC在设计过程中往往突出了某一方面的性能，导致了综合性能不够高。例如：其中一种以球体空腔作为收集区,围绕阳极丝加金属螺旋管,金属螺旋管电位约为中心阳极丝的20%；这种结构的不足之处在于金属螺旋管的制作装配比较复杂，且容易引入颤噪噪声，噪声水平较高；阳极丝末端电场畸变较为严重；球体空腔加工工艺复杂。另外一种以圆柱体空腔作为收集区，圆柱体空腔具有较大长径比，阳极丝末端加场管，并使用分压电路为场管提供电位；但这种结构会损失灵敏区体积，使得探测器效率下降。
另外，现有TEPC的阳极丝直径较粗，相应TEPC工作电压较高，明显影响了其工作性能和使用寿命。
发明内容
为解决现有组织等效正比计数器综合性能不高，不能兼顾灵敏区内电场应均匀且辐射场内响应尽可能各向同性两个方面的要求，工作性能不高，没有采取静电屏蔽措施导致测量结果准确性受影响等问题，本发明提供了一种组织等效正比计数器，具体如下：
一种组织等效正比计数器，包括腔室、阳极丝，所述腔室由组织等效导电塑料制成，其特征在于：该组织等效正比计数器还包括铝壳、阴极引出线、第一绝缘体、第二绝缘体和金属材料套管；所述铝壳为位于腔室外部的密闭壳体，并设有充气管；所述腔室的空腔部分形状为直径与高度相等的圆柱，腔室设有充气孔和阴极引出线；阳极丝位于腔室空腔部分的轴线上，其两端分别通过第一绝缘体和第二绝缘体与腔室隔离；位于腔室空腔部分的阳极丝两端对称套有金属材料套管，阳极丝与金属材料套管内壁滑动接触；阳极丝一端固定在第一绝缘体上，另一端穿过第二绝缘体引出铝壳；阳极丝两端或其任意一端设有用于拉直阳极丝的弹簧；所述第一绝缘体和第二绝缘体的材料均采用高密度聚乙烯。
所述金属材料套管优选可伐合金管。
所述阳极丝优选镀金钨丝。
本发明的组织等效正比计数器腔室的空腔部分（即灵敏区）形状为直径与高度相等的圆柱，能够形成较为均匀的电场，辐射场内响应近似各向同性，兼顾了两个方面的性能，探测效率较高，且加工工艺较简单。
采用弹簧拉直阳极丝的设计可以使阳极丝在装配及使用过程中不容易被拉断，因此能够采用较细的阳极丝，从而降低工作电压，明显提高了组织等效正比计数器的工作性能和使用寿命。
外部增加了铝壳结构，为组织等效正比计数器提供了良好的真空密封环境和静电屏蔽，较好满足了组织等效性要求，保证了测量结果的准确性，并且能够保证长时间应用。由于大多数金属材料的组织等效性并不能满足需要，因此选用铝作为壳体材料尤为关键。
本发明的组织等效正比计数器综合性能良好，灵敏区内能够形成均匀电场，辐射场内响应近似各向同性，工作性能较好，探测效率高，在满足组织等效性要求的前提下提供了静电屏蔽措施，测量结果较为准确，且加工工艺简单，能够保证长时间应用。
附图说明
图1 本发明的组织等效正比计数器
附图标记：1.铝壳，2.腔室，3.充气孔，4.第一绝缘体，5.阳极丝，6.第二绝缘体，7.金属材料套管，8.弹簧，9.充气管，10.阴极引出线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例
一种组织等效正比计数器，包括腔室2、阳极丝5，所述腔室2由组织等效导电塑料制成，其特征在于：该组织等效正比计数器还包括铝壳1、阴极引出线10、第一绝缘体4、第二绝缘体6和金属材料套管7；所述铝壳1为位于腔室2外部的密闭壳体，并设有充气管9，组织等效气体通过充气管9充入组织等效正比计数器，铝壳1壁厚为1.6mm；所述腔室2的空腔部分形状为直径与高度相等的圆柱，腔室2壁厚3mm，其空腔部分的直径与高度均为44mm，腔室2设有充气孔3和阴极引出线10，工作时，阴极引出线10可接地；阳极丝5位于腔室2空腔部分的轴线上，其两端分别通过第一绝缘体4和第二绝缘体6与腔室2隔离；位于腔室2空腔部分的阳极丝5两端对称套有金属材料套管7，阳极丝5与金属材料套管7内壁滑动接触；阳极丝5一端固定在第一绝缘体4上，另一端穿过第二绝缘体6引出铝壳1，第一绝缘体4和第二绝缘体6的采用还可以起到抑制电场畸变的作用；阳极丝5两端或其任意一端设有用于拉直阳极丝5的弹簧8；工作时，阳极丝5接入正高压并收集电离信号；所述第一绝缘体4和第二绝缘体6的材料均采用高密度聚乙烯；所述金属材料套管7采用可伐合金管，直径0.8mm，长3mm；所述阳极丝5选用直径20μm的镀金钨丝；所述组织等效气体可选用以甲烷或丙烷为主的混合气体，如：64.4wt%CH4, 32.5 wt %CO2, 3.1 wt %N2混合气体或55 wt %C3H8, 39.6 wt %CO2, 5.4 wt %N2混合气体。

Claims (3)

1.一种组织等效正比计数器，包括腔室（2）、阳极丝（5），所述腔室（2）由组织等效导电塑料制成，其特征在于：该组织等效正比计数器还包括铝壳（1）、阴极引出线（10）、第一绝缘体（4）、第二绝缘体（6）和金属材料套管（7）；所述铝壳（1）为位于腔室（2）外部的密闭壳体，并设有充气管（9）；所述腔室（2）的空腔部分形状为直径与高度相等的圆柱，腔室（2）设有充气孔（3）和阴极引出线（10）；阳极丝（5）位于腔室（2）空腔部分的轴线上，其两端分别通过第一绝缘体（4）和第二绝缘体（6）与腔室（2）隔离；位于腔室（2）空腔部分的阳极丝（5）两端对称套有金属材料套管（7），阳极丝（5）与金属材料套管（7）内壁滑动接触；阳极丝（5）一端固定在第一绝缘体（4）上，另一端穿过第二绝缘体（6）引出铝壳（1）；阳极丝（5）两端或其任意一端设有用于拉直阳极丝（5）的弹簧（8）；所述第一绝缘体（4）和第二绝缘体（6）的材料均采用高密度聚乙烯。
2.如权利要求1所述的组织等效正比计数器，其特征在于：所述金属材料套管（7）为可伐合金管。
3.如权利要求1所述的组织等效正比计数器，其特征在于：所述阳极丝（5）为镀金钨丝。
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