CN103675887B - 一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室，属于样品测量设备技术领域，主要包括：底座、拖车、屏蔽墙、探测器的制冷设备和冷指，以及侧开口固定屏蔽室；拖车通过机械传动在底座上进行直线运动；探测器的制冷设备及屏蔽墙依次固定在拖车上，屏蔽墙固定在拖车上靠近侧开口固定屏蔽室的一端，屏蔽墙下部开有一通孔，冷指穿过该通孔并与屏蔽墙密封；该冷指一端与制冷设备相连，另一端连接探测器，样品放置在探测器上；拖车带动屏蔽墙运动，与固定屏蔽室组合成一个封闭的屏蔽腔。本发明利用不完全屏蔽室，采用拖车移动的方式，组合成一个抽屉型屏蔽结构，解决了低本底反符合γ谱仪不利于换样、不方便人员操作的实际问题，有效地提高了效率。

Description

一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室

技术领域

本发明属于环境监测、样品测量设备技术领域，特别涉及一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室的结构设计。

背景技术

低本底γ谱仪广泛用于环境样品，如水样、生物样品的γ核素分析测量中，是目前环境监测中γ核素能谱分析最常用的仪器。低本底γ谱仪通常由四个部分组成：

1.γ射线探测器（以下简称探测器）。探测器通常是高纯锗探测器，或者Ge（Li）探测器，也可能是NaI(Tl)闪烁体探测器。目前，在环境样品γ能谱测量领域中，高纯锗探测器基本是主流。

2.屏蔽室。探测器通常置于至少10cm厚度铅当量的金属制成的外辐射屏蔽室中，通常要求内壁距离探测器灵敏体积表面的距离至少为13cm。如果屏蔽室是由铅或铅衬里，并且内壁与探测器的距离小于25cm是，铅屏蔽室的内表面应有原子序数逐渐递减的多层内屏蔽。内衬由厚2～3mm有机玻璃、0.4mm的铜及1.6mm的镉或锡组成。屏蔽室应有一个门或孔，以便放取样品。

3.电子学系统。电子学系统包括高压电源、前置放大器、谱学放大器、多道脉冲幅度分析器等；

4.数据处理系统。包括计算机、谱分析软件等。

目前，低本底γ谱仪的探测器基本上采用高纯锗探测器，屏蔽室以铅为主要屏蔽体物。屏蔽室是低本底γ谱仪的重要组成结构，对低本底谱仪整体性能具有重要影响。常见低本底γ谱仪的屏蔽室结构可以分为：

1.顶开盖铅屏蔽室结构

图1给出的是顶开盖铅屏蔽室的典型结构，也是当前低本底γ谱仪铅屏蔽室的常见结构。在该结构中，铅作为主要的屏蔽材料，做成一个中空的圆柱体11，探测器从底部或侧面的空洞14伸入到铅屏蔽体的空腔13中，再用铅做成一个可闭合的顶盖12（可分为2部分打开，也可以作为一个整体移动），安装在铅屏蔽体的圆柱体11上方。顶盖12分为固定部分12-1和移动部分12-2，移动部分可以采用滑动或升降的方式进行开盖操作。为了减少铅屏蔽体11上的空洞14的外部辐射影响，通常再单独做一个铅底座或铅环，在探测器深入到屏蔽空腔13后填入到空洞14中，从而进一步减少外部辐射影响。当进行换样操作时，把顶部的铅屏蔽盖12打开，在屏蔽空腔13内进行换样操作。由于样品一般都放置在探测器的头部，因此顶部开盖方式换样比较方便。

2.侧开盖屏蔽室

为了能方便换取样品，还能在铅屏蔽室的侧面进行开盖操作，这个方式叫做侧开盖方式。图2给出一个低本底γ谱仪侧开盖铅屏蔽室的结构示意图。在该结构中，在该结构中，铅作为主要的屏蔽材料，做成一个中空的侧壁不完整的圆柱体21，探测器从底部空洞24-1或侧面的空洞24-2伸入到铅屏蔽体的空腔22中，再用铅做成一个可开启的侧盖23，侧盖23通过转轴与铅圆柱体21链接，构成一个完整的铅屏蔽体。通常单独做一个铅底座或铅环，在探测器深入到屏蔽空腔22后填入到空洞24中，进一步减少外部辐射影响。当进行换样操作时，把侧面铅屏蔽盖23打开，在屏蔽空腔22内进行换样操作。

以上两种方式是常见的低本底γ谱仪铅屏蔽结构。还有一种把顶开盖和侧开盖组合在一起的屏蔽铅室。这种方式能改变大体积的样品换样操作，如大体积马林杯液体样品换样操作等。

不管是顶开盖还是侧开盖屏蔽室结构，或者两者组合的屏蔽室结构，均能满足低本底测量的一般性需求。但是，当利用多个探测器组成低本底反符合γ谱仪的时候，例如，组成低本底反康普顿γ谱仪或低本底反宇宙线γ谱仪的时候，以上2种结构或其组合都会导致低本底γ谱仪屏蔽室结构复杂，换样步骤繁琐，人员操作复杂，不方便低本底测量。为此，需要设计一种利于操作的、具有可加性的屏蔽室结构，以满足低本底反符合γ谱仪要求。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种低本底γ谱仪的组合型屏蔽室，利用不完全屏蔽室，采用拖车移动的方式，组合成一个抽屉型屏蔽结构，解决了低本底反符合γ谱仪不利于换样、不方便人员操作的实际问题，有效地提高了效率。

本发明提出的一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室，其特征在于，该组合屏蔽室主要包括：底座、拖车、屏蔽墙、探测器的制冷设备和冷指，以及侧开口固定屏蔽室；拖车置于底座的一端，并通过机械传动在底座上进行直线运动；探测器的制冷设备及屏蔽墙依次固定在拖车上，屏蔽墙固定在拖车上靠近侧开口固定屏蔽室的一端，屏蔽墙下部开有一通孔，冷指穿过该通孔并与屏蔽墙密封；该冷指一端与制冷设备相连，另一端连接探测器，样品放置在探测器上；拖车带动屏蔽墙运动，与固定屏蔽室组合成一个封闭的屏蔽腔。

侧开口固定屏蔽室与屏蔽墙均由一层或多层屏蔽物组成。

本发明的特点及有益效果：

与传统的屏蔽室结构相比，本发明提出的组合屏蔽室结构具有良好的可加性。例如，对于反宇宙线低本底高纯锗γ谱仪，在底座的空腔部分、侧开口固定屏蔽腔的三个侧面和顶面、拖车独立屏蔽墙的外侧，分别加入大面积塑料闪烁体，就能组成一个反宇宙线高纯锗γ谱仪，通过拖车的移动，能实现测量样品的快速、方便换取；对于反康普顿低本底高纯锗γ谱仪，只需要加大屏蔽的内腔尺寸，并把反符合探测器放置在拖车上，其余结构不变，就能组成一个反康普顿低本底高纯锗γ谱仪，并能实现样品的快速取放。因此，本发明提出的组合屏蔽结构室，实用性更强，在环境监测领域具有广泛实用性。

本发明提出的组合型屏蔽室，解决了低本底反符合γ谱仪不利于换样、不方便人员操作的实际问题，有效地提高了工作效率。通过采用拖车的方式，把高纯锗探测器和一面屏蔽墙进行整体移动，方便了样品的取放，解决了传统的反符合低本底高纯锗γ谱仪换样繁琐、结构复杂的缺点，具有很好的适用性。

本发明可以有效解决反符合低本底高纯锗谱仪的标准化设计，同种结构能够用于低本底高纯锗γ谱仪、反宇宙线低本底高纯锗γ谱仪、反康普顿低本底高纯锗γ谱仪，利于辐射环境监测仪器的多种用途，减少了仪器购置成本和维护成本。

附图说明

图1为已有的一种低本底γ谱仪顶开盖的铅屏蔽室结构示意图；

图2为已有的一种低本底γ谱仪侧开盖铅屏蔽室的结构示意图,其中，（a）为铅屏蔽室结构纵向剖示图，（b）为铅屏蔽室结构横向剖示图；

图3为本发明低本底γ谱仪组合型屏蔽室的实施例结构示意图，其中，（a）为该组合屏蔽室结构‐打开状态示意图，（b）为该组合屏蔽室结构‐关闭状态示意图；

图4为本发明的一种用于反宇宙线低本底γ谱仪组合型屏蔽室的实施例结构示意图，其中，（a）为主视图，（b）为俯视图；

图5为本发明的一种用于反康普顿低本底γ谱仪组合型屏蔽室的实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种低本底γ谱仪的组合型屏蔽室，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室，如图3所示，主要结构包括底座31、拖车32及屏蔽墙33，以及侧开口固定屏蔽室34。用于低本底γ谱测量的高纯锗探测器的制冷设备36，通过冷指37和探测器38连接，样品39放置在探测器38上。拖车32上的屏蔽墙33上开设有一个小孔，供冷指37穿过。拖车32、屏蔽墙33固定成一个可以移动的整体，拖车32通过机械传动在底座31上进行直线运动。侧开口固定屏蔽室34与屏蔽墙33均由一层或多层屏蔽物（如铅、铜等依次组合）组成。拖车32向右运动，带动屏蔽墙33，与固定屏蔽室34组合成一个封闭的屏蔽腔35。当需要换样品时，拖车32向左移动，带动屏蔽墙33和固定屏蔽室34分开，当探测器38离开固定屏蔽室34时，就可以进行样品39的换样操作。

本发明组合屏蔽室各部件的具体实施方式分别说明如下：

1.底座31由实心钢板或钢拍结构组成。本实施例底座由工字钢组成一个钢拍31-1，从而形成一个带空腔31-2的底座，如图3（a）所示。根据实际使用需要，能够在底座的空腔部分31-2填充聚乙烯等轻Z材料实现环境中子的屏蔽，减少地面中子本底的影响；或者在31-2中塞入大面积闪烁体探测器，用来作为反宇宙线屏蔽的底部探测器；底座31也可以完全由10cm～20cm厚度的钢板组成，如图3（b）所示。

2.侧开口固定屏蔽室34，其主要作用是屏蔽环境γ射线、中子等辐射，创造一个低本底的测量环境。本实施例的屏蔽室是一个中空的长方体（或圆柱体），屏蔽材料从外到内依次为铅、聚乙烯、铅、铜、有机玻璃等，也可由单一屏蔽材料，如铅或铁组成。侧开口固定屏蔽室34中，有一面侧面屏蔽墙全部或部分空缺，从而形成了一个开口的屏蔽腔结构。在侧开口屏蔽腔的屏蔽材料中，最外围的铅是一个个的铅块，靠自身重力而堆积；次之的聚乙烯都是完整的大块的材料，底面是一整块聚乙烯，侧面的三面也是三块整块的聚乙烯，最上面是整块聚乙烯，这5块聚乙烯形成一个内部的支撑结构，从而保证了外围的铅砖能垒积在上面；在聚乙烯里面又是铅砖组成的内层铅屏蔽体；内层铅块里面是由高纯无氧铜组成的铜盒，铜盒形成一个支撑结构，保证了内层铅屏蔽体的支撑。根据实际情况，可以在铜盒里面再设置一层有机玻璃。聚乙烯板的厚度不小于10cm；铜根据实际情况，厚度不小于5cm。

3.拖车32：本实施例的拖车32由一块带突出舌头的钢板组成，通过固定在底座31上的滑轨，拖车32通过丝杠等传送结构在滑轨上移动。拖车的传动结构可以采用丝杠和滑轨结合的方法实现。为了保证独立屏蔽墙的稳定性，拖车上还可以增加一个钢或铜盒子，把独立屏蔽墙箍紧；由于侧开口固定屏蔽腔带有屏蔽的底部，拖车上的高纯锗探测器的制冷设备36（如液氮杜瓦瓶）放置在一个台架上，该台架固定住制冷部件。在拖车上，放置着高纯锗探测器38，高纯锗探测器的冷指37穿透拖车上的独立屏蔽墙33，使得高纯锗探测器38的制冷设备36与高纯锗探测器38被独立屏蔽墙33所分离，如图3（a）所示。当拖车31靠近侧开口固定屏蔽腔34时，独立屏蔽墙33与侧开口固定屏蔽腔34形成一个封闭的屏蔽空间35，此时高纯锗探测器38就被带入到屏蔽空间35内，放置在探测器38上的样品39就能进行低本底γ能谱测量如图3（b）所示；当拖车32离开侧开口固定屏蔽室34时，放置在高纯锗探测器38上的样品39就能方便的取出。

4.屏蔽墙33，该屏蔽墙33轮廓的形状和侧开口固定屏蔽腔34的缺口保持一致，该屏蔽墙33的材料和固定屏蔽腔34的屏蔽材料组成相同或类似，通过拖车31移动，该屏蔽墙33能够和侧开口固定屏蔽腔34组合，形成一个封闭的屏蔽腔35；通过拖车31移动，该屏蔽墙33也能够与侧开口固定屏蔽腔34脱离，从而使得屏蔽体分成独立的两个部分。

本发明提出的组合屏蔽室结构具有良好的可加性，在不改变结构的情况下，能够适用于反宇宙线低本底γ谱仪和反康普顿低本底γ谱仪。

本发明的一种用于反宇宙线低本底γ谱仪组合型屏蔽室的实施例结构，如图4所示，该结构以图3的组合型屏蔽室的结构为基础，在屏蔽墙33外侧增加反符合探测器41、固定屏蔽室34顶部增加反符合探测器42，侧面分别增加3块反符合探测器43、44和45，底座31增加反符合探测器46，从而与主探测器38构成4π反符合测量系统。根据实际需要，还能在41-46等6个探测器外侧再添加屏蔽物。

本发明的一种用于反康普顿低本底γ谱仪组合型屏蔽室的实施例结构，如图5所示，该结构以图3的组合型屏蔽室的结构为基础，在底座的空腔部分、侧开口固定屏蔽腔的三个侧面和顶面、拖车独立屏蔽墙的外侧，分别加入大面积塑料闪烁体；在探测器38的底部增加一个底探测器51，周边增加一个环探测器52，样品39上增加一个顶探测器53，探测器38与反符合探测器51、52、53共同组成一个反康普顿低本底γ谱仪。环探测器52和顶探测器53，也可能是一个单一的探测器。

Claims (8)

1.一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室，其特征在于，该组合屏蔽室主要包括：底座、拖车、屏蔽墙、探测器的制冷设备和冷指，以及侧开口固定屏蔽室；拖车置于底座的一端，并通过机械传动在底座上进行直线运动；探测器的制冷系统及屏蔽墙依次固定在拖车上，屏蔽墙固定在拖车上靠近侧开口固定屏蔽室的一端，屏蔽墙下部开有一通孔，冷指穿过该通孔并与屏蔽墙密封；该冷指一端与制冷设备相连，另一端连接探测器，样品放置在探测器上；拖车带动屏蔽墙运动，与固定屏蔽室组合成一个封闭的屏蔽腔。

2.如权利要求1所述组合屏蔽室，其特征在于，所述侧开口固定屏蔽室与屏蔽墙均由一层或多层屏蔽物组成。

3.如权利要求2所述组合屏蔽室，其特征在于，所述侧开口固定屏蔽室是一个中空的长方体或圆柱体，屏蔽材料从外到内依次为铅、聚乙烯、铅、铜、有机玻璃所组成，或由单一的铅或铁屏蔽材料组成；该侧开口固定屏蔽室有一面侧面屏蔽墙全部或部分空缺，从而形成了一个开口的屏蔽腔结构。

4.如权利要求3所述组合屏蔽室，其特征在于，在所述侧开口固定屏蔽腔的屏蔽材料中，最外围的铅是一个个的铅块，靠自身重力堆积而成；所述聚乙烯是采用整块材料，形成一个内部的支撑结构；在聚乙烯内侧的铅块堆积在由高纯无氧铜板组成的铜盒支撑结构中，在铜盒里面再设置一层有机玻璃。

5.如权利要求1所述组合屏蔽室，其特征在于，所述拖车由一块带突出舌头的钢板组成，拖车通过固定在底座上的滑轨及传送结构在滑轨上移动；该拖车上设有一个用于箍紧屏蔽墙的钢或铜盒子。

6.如权利要求1所述组合屏蔽室，其特征在于，所述底座由工字钢组成一个钢拍，从而形成一个带空腔的底座。

7.如权利要求1所述组合屏蔽室，其特征在于，在所述屏蔽墙外侧增设一块反符合探测器，在侧开口固定屏蔽室的顶部增设一块反符合探测器，侧面分别增设3块反符合探测器，底座增设一块反符合探测器，以构成一个反宇宙线低本底γ谱仪。

8.如权利要求6所述组合屏蔽室，其特征在于，在所述底座的空腔部分、侧开口固定屏蔽室的三个侧面和顶面、拖车独立屏蔽墙的外侧，分别设置塑料闪烁体；在探测器的底部增设一个底探测器，周边增加一个环探测器，在样品上增设一个顶探测器，以构成一个反康普顿低本底γ谱仪。