CN103681179A

CN103681179A - 一种平板电离室

Info

Publication number: CN103681179A
Application number: CN201310750259.3A
Authority: CN
Inventors: 任秀艳; 曾自强; 吴灵美
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103681179B

Abstract

本发明公开了一种平板电离室，它包括外壳、透射窗、高压极和收集极，该电离室用于诊断低能质子束流，电离室为平板形结构，外壳由壳体和壳盖密封而成，投射窗分别与壳体、壳盖采用一体式结构；高压极和收集极分别位于壳体内，相互之间绝缘，并与外壳绝缘。该发明提供了一种结构简单、性能可靠，并能有效地监测低能质子束的注量率的电离室。

Description

一种平板电离室

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，特别涉及一种在低能加速器领域中用于诊断低能质子束流的电离室。

背景技术

在直线质子加速器中，为保证质子加速器的注入效率，优化机器参数，监控束流行为，要求对加速器的流强、位置、束团尺寸等参数进行测试，才能根据测试结果进行相应的反馈调整。因此，束流测试系统是加速器的重要组成部分之一，国内外加速器实验室都非常重视束流测量系统及其应用研究。

束流测试的目标是为加速器的控制系统提供足够的束流信息，以使整个加速器系统工作在正常的状态及可控的非正常状态。

束流监控的探测器要求能在加速器束流管道周围.测出在一定时问间隔内通过的束流的粒子数，同时也要能测出束流的位置。为此需要在质子直线加速器相应的束流输运线管道的适当位置配置一定数量的束流监控的探测器。

现有两类束流探测器，一种是快时间响应的探测器.通常是闪烁体探测器。这类探测器安装在束流关键位置，并是加速器系统安全联锁的一部分。一旦该位置束流异常.它会启动联锁系统，切断束流，以保护设备安全和控制加速器管道周围的辐射剂量水平。另一种束流探测器为慢时问响应的气体电离室，这种探测器，可根据需要沿加速器管道多处布置。此外，由于快时间响应的为闪烁体探测器，在经受长时间辐照后，闪烁体探剥器的性能会有明显退化。相反电离室能够耐辐照，但是目前现有的电离室结构工艺复杂、加工难度大、可靠性差。主要体现在以下几方面：

（1）现有电离室的入射窗采用胶封结构，如果长时间使用后，会出现漏气现象，潮气进入电离室后，使电离室电极之间的绝缘电阻大幅下降，无法正常工作；

（2）电极采用云母上镀银结构，工艺复杂，还容易出现镀膜不均匀的情况；

（3）电离室的窗、电极厚度、极间距参数进行了优化设计，改善了电离室的穿透性和灵敏度。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种结构简单、性能可靠，并能有效地监测低能质子束的注量率的电离室。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种平板电离室，它包括外壳、透射窗、高压极和收集极，关键在于，该电离室用于诊断低能质子束流，电离室为平板形结构，外壳由壳体和壳盖密封而成，投射窗分别与壳体、壳盖采用一体式结构；高压极和收集极分别位于壳体内，相互之间绝缘，并与外壳绝缘。

进一步，如上述所述的电离室为密封性结构，壳体内为空气，壳盖与壳体之间采用O圈密封。

进一步，如上述所述的透射窗、高压极、收集极的材质均为铝。

进一步，如上述所述的透射窗厚度0.2mm～0.6mm，高压极和收集极的厚度0.05～0.2mm。

进一步，如上述所述的透射窗厚度为0.4mm，高压极厚度0.1mm，收集极厚度为0.1mm。

进一步，如上述所述的透射窗为上、下两个窗，分别是位于壳盖上的束流入口窗和位于壳体上的束流出口窗。

进一步，如上述所述的高压极和收集极在壳体内相互平行设置。

进一步，如上述所述的高压极和收集极的极间距为3mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用平板形结构，并在低能质子束流测量中首次应用，显著的降低了离子复合损失。同时本发明结构简单，电离室在相对运动乃至有一定冲击的状态下，保证了电极及其支撑的结构精确而牢靠。其中投射窗分别与壳体、壳盖采用一体式结构，突破了常规分体式的设计思想，较好的避免分体式结构所可能引起的胶封不严导致的不可靠性。

附图说明

图1电离室的立体图

图2电离室的结构示意图

1壳体、2壳盖、3束流入口窗、4高压极、5收集极、6束流出口窗

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

为了能有效地监测低能质子束的注量率，本发明中设计了一种大口径密封穿透型电离室，如图1所示。本发明为平板形结构，相对于圆形和球形电离室，平板形电离室的离子复合损失最小。该装置包括外壳、透射窗、高压极和收集极，外壳由壳体1和壳盖2密封而成，透射窗分别与壳体1、壳盖2采用一体式结构，这样可避免胶封透射窗所可能引起的胶封不严所增大的不可靠性；在保证电离电流的情况下，采用具有一个有效灵敏体积的电离室，也就是具有一个收集极5和一个高压极4，高压极4和收集极5分别位于壳体1内，相互之间绝缘，并与外壳绝缘，如图2所示。

其中所述的透射窗为上、下两个窗，分别是位于壳盖上的束流入口窗3和位于壳体上的束流出口窗6。壳盖2与壳体1之间采用O圈密封后，可再在壳体1与壳的封接处再抹一层胶或用亚弧焊焊死从而加强密封性。电极采用片状，绝缘间隔为环状，它们交互叠放组成电极组件，这样的结构设计比较牢固。

电离室的主要部分是绝缘的很好的两个电极——收集极5和高压极4，其间为有效灵敏体积，如图2所示。

为了使电离室能够快速准确地监测探伤加速器的输出剂量率，达到本发明的发明目的，该电离室结构、材料、参数如下：

电极，透射窗等采用材料铝，通过计算，当束流入口窗3、束流出口窗6和电极厚度分别透射窗厚度0.2mm～0.6mm，高压极4和收集极5的厚度0.05～0.2mm时，极大的降低质子束的吸收率，对质子束的吸收小于1%。本发明经过多次研究，束流入口窗3和束流出口窗6的厚度优选为0.4mm，电极的厚度为0.1mm，总厚度为1mm，高压极4和收集极5严格平行，电极之间采用绝缘性能高的氧化铝作支撑，电极为铝膜，电极之间的极间距离为3mm。

（1）质子束吸收率的计算

为了减小窗对质子束的吸收，本发明创新性的将窗的厚度改为0.4mm，通过计算，当束流入口窗3、束流出口窗6厚度为0.4mm，电极厚度为0.1mm，总厚度即为1mm的情况下，电离室对20mev质子束的吸收小于1%，这就保证了质子束能够有效地穿透电离室，而不因为电离的存在，降低了质子束的注量率。

（2）极间距的选择

极间距离的选择主要考虑两个因素：①保证电离电流达到1×10^‐7A，②在一定的极间电压情况下，电极的收集效率达90%以上。

现有电离室的极间距离为2mm，由于极间距离较小，为了保证电离电流达到1×10^‐7A，必须采用两个高压极，一个收集极的结构，这样的结构较复杂，因此，我们采取在保证收集效率达到90%的情况下，增大极间距离。通过计算，选取极间距为3mm时，电离电流能够达到1×10^‐7A以上，选取极间距电压为‐700V时，收集效率达到90%。

（3）电极材料的选择

现有电离室采用在云母上镀银做为电极材料，工艺复杂，制作周期长，本装置将电极材料改为铝膜电极，加工工艺简化，且强度高，能够满足电极的强度要求。

通过上述参数的选择和设计，并通过上述计算证明，本发明电离室的穿透性、灵敏度均好于现有电离室。本发明较好的实现了以下技术要求：

电离室为空气型电离室，电极面积大于Φ145mm；

电离室对于20MeV的质子束能够穿透；

电离室能够测量4个量级的剂量率；

电子学系统能够提供‐700V的高压和对微电流进行放大。

通过计算20MeV的质子束穿过灵敏体积，产生的电离电流能达到10^‐7A。

Claims

1.一种平板电离室，它包括外壳、透射窗、高压极和收集极，其特征在于，该电离室用于诊断低能质子束流，电离室为平板形结构，外壳由壳体和壳盖密封而成，投射窗分别与壳体、壳盖采用一体式结构；高压极和收集极分别位于壳体内，相互之间绝缘，并与外壳绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种平板电离室，其特征在于，该电离室为密封性结构，壳体内为空气，壳盖与壳体之间采用O圈密封。

3.根据权利要求1所述的一种平板电离室，其特征在于，所述的透射窗、高压极、收集极的材质均为铝。

4.根据权利要求3所述的一种平板电离室，其特征在于，透射窗厚度0.2mm～0.6mm，高压极和收集极的厚度0.05～0.2mm。

5.根据权利要求3或4所述的一种平板电离室，其特征在于，所述的透射窗厚度为0.4mm，高压极厚度0.1mm，收集极厚度为0.1mm。

6.根据权利要求5所述的一种平板电离室，其特征在于，所述的透射窗为上、下两个窗，分别是位于壳盖上的束流入口窗和位于壳体上的束流出口窗。

7.根据权利要求1或3或4所述的一种平板电离室，其特征在于，所述的高压极和收集极在壳体内相互平行设置。

8.根据权利要求7所述的一种平板电离室，其特征在于，所述的高压极和收集极的极间距为3mm。