CN104820230A - 一种低本底α、β活度分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核辐射探测技术领域，提供一种低本底α、β活度分析仪，包括屏蔽铅室、由PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器、信号处理装置，所述塑料闪烁体底部为井型结构，所述塑料闪烁体与光电倍增管通过塑料闪烁体侧边的开孔端窗面进行耦合，塑料闪烁体与光电倍增管外部用不锈钢外壳包覆，所述不锈钢外壳底部为与塑料闪烁体一致的井型结构，井口中心开有一螺纹孔，PIPS半导体探测器通过其尾部的螺纹旋入不锈钢外壳的螺纹孔中，PIPS半导体探测器的信号线通过螺纹孔引出连接到前置放大电路上，前置放大电路输入输出电源线通过不锈钢外壳的穿孔引出，接入信号处理装置。本发明测量精度高、运行稳定、维护简易、体积小。

Description

一种低本底α、β活度分析仪

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，具体涉及实验室及工程应用中对样品的α、β放射性活度进行探测的一种低本底α、β活度分析仪。

背景技术

低本底环境下对样品进行α与β放射性活度分析是实验室及环境工程检验中常规的手段，它主要用于核电站与核设施排出流的取样分析、自然环境中的弱放射性样本分析等，广泛应用于核电站周围的剂量监测站、地方环境保护站、质检分析站等。

传统的低本底环境下测量样品的α、β放射性活度分析技术分为流气式分析仪、闪烁体式分析仪和半导体式分析仪。流气式分析仪采用内充气体的薄窗型大体积正比计数器作为主探测器探测样品α、β粒子活度，该型仪器系统庞大，结构复杂，维护不便，价格昂贵，环境适应性差。闪烁体式分析仪有两种技术路线：一种技术路线是分别是采用ZnS（Ag）闪烁体测量α粒子，用薄塑料闪烁体测量β粒子，它的缺点主要是不能同时测量样品中的α、β放射性，设备过于笨重，不便于移动式测量；另一种技术路线是将α闪烁体材料和β闪烁体材料结合在一起制成一种双闪烁体，可同时测量样品中的总α总β活度，它的缺点是使用同一探测器，α道与β道会产生串扰，其中α道对β道的串扰最大，在低本底情况下，会导致测量精度误差较大，影响使用。半导体式分析仪主要采用金硅面垒等半导体探测器作为主探测器，可以对α、β粒子同时进行探测，通过能谱分析的手段，区分α与β粒子，半导体式分析仪器测量α粒子比较有利，但测量β粒子有一定的困难，而且线路较复杂，长时间测量稳定性也受到限制。因此在兼顾测量的精确性、稳定性与维护的便捷性，避免上述技术的缺点，研发新型的低本底α、β活度分析手段是当前核分析仪器的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术缺点，提供一种能够同时保证测量精度、运行稳定、简易维护、体积较小的低本底环境下测量α、β粒子活度的分析仪。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种低本底α、β活度分析仪，包括屏蔽铅室、由PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器、信号处理装置，所述塑料闪烁体底部为井型结构，所述塑料闪烁体与光电倍增管通过塑料闪烁体侧边的开孔端窗面进行耦合，塑料闪烁体与光电倍增管外部用不锈钢外壳包覆，所述不锈钢外壳底部为与塑料闪烁体一致的井型结构，井口中心开有一螺纹孔，PIPS半导体探测器通过其尾部的螺纹旋入不锈钢外壳的螺纹孔中，PIPS半导体探测器的信号线通过螺纹孔引出连接到前置放大电路上，前置放大电路输入输出电源线通过不锈钢外壳的穿孔引出，接入信号处理装置。

在上述技术方案中，所述屏蔽铅室包括上部两层铅屏蔽、前侧壁铅屏蔽、后侧壁铅室、下部两层铅屏蔽及铅室支撑架，所述屏蔽铅室内设有用于抽拉的滑轨，PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器设置于滑轨上，前侧壁铅屏蔽开有一穿孔，用于安放与塑料闪烁体耦合的光电倍增管，底部两层铅屏蔽放置于支撑架上，整个铅室通过自锁机构连接。上述铅屏蔽均为96%的铅与4%的锑合金材质组成，铅屏蔽内壁贴有黄铜与聚四氟乙烯材料。

在上述技术方案中，所述活度分析仪的样品盘采用抽拉式样品盘，设置于PIPS半导体探测器的正下方，也设置在屏蔽铅室的滑轨上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用PIPS半导体探测器作为主探测器，PIPS半导体探测器是采用钝化离子注入半导体工艺的辐射探测器，其具有入射窗薄、稳定而坚固，可以很容易地、可靠地进行清洗；α粒子射线能量分辨率好，峰的展宽小、漏电流的典型值是面垒型与结型探测器的1/10~1/100；死层厚度小于面垒型与扩散型探测器，响应时间快；耐高温、保养方便等特点。

2、采用井型几何结构的塑料闪烁体反符合探测方法，能够有效的去除环境本底的干扰，进一步减小了环境铅室的体积和重量，使得设备结构更加紧凑，也更方便使用和维护，半导体探测器和塑料闪烁体半包围的包覆结构，将本底计数降低了一个数量级。

3.分析仪可拆卸、维护简便，可对仪器的损坏部件进行更换。

4.样品盘托架采用抽拉式结构，方便更换不同类型的样品盘。

5.环境适应能力墙，环境试验满足中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法总则》（GJB150-86）。其应用范围包括：用于试验室环境、核电厂与核设施环境及舰船环境，最大限度确保设备可靠性。

附图说明

图1为本发明低本底α、β活度分析仪的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明中PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器部分的结构示意图。

其中：1为光电倍增管，2为不锈钢金属外壳，3为塑料闪烁体，4为固定螺钉，5为顶盖，6为底部端盖侧螺纹孔，7为PIPS半导体探测器，8为滑轨，9为样品盘托盘，10为样品盘托盘抽屉架与滑轨的固定螺钉，11为屏蔽铅室，12铅室支撑架。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、2所示，本实施例提供一种低本底环境下测量样品α、β放射性活度的分析仪，包括屏蔽铅室11、由PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器、信号处理装置，所述塑料闪烁体3底部为井型结构，所述塑料闪烁体3与光电倍增管1通过塑料闪烁体3侧边的开孔端窗面进行耦合，耦合剂选用光学硅油粘合剂，塑料闪烁体3侧面端窗开进一定深度的孔洞，以方便放入并固定光电倍增管1，塑料闪烁体3与光电倍增管1外部用不锈钢外壳2包覆，所述不锈钢外壳2底部为与塑料闪烁体3一致的井型结构，井口中心开有一螺纹孔，PIPS半导体探测器7通过其尾部的螺纹旋入不锈钢外壳2的螺纹孔中，使得PIPS半导体探测器7刚好置于不锈钢外壳2井内，PIPS半导体探测器7的信号线通过螺纹孔引出连接到前置放大电路上，前置放大电路输入输出电源线通过不锈钢侧窗穿孔、前侧壁开孔引出，接入信号处理装置。

其中，屏蔽铅室11包括上部两层铅屏蔽、前侧壁铅屏蔽、后侧壁铅室、下部两层铅屏蔽及铅室支撑架12，所述屏蔽铅室11内设有用于抽拉的滑轨，PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器设置于滑轨8上，前侧壁铅屏蔽的作用是便于通过滑轨8抽拉放置及取出PIPS半导体探测器7与塑料闪烁体3构成的反符合探测器，前侧壁铅屏蔽开有一穿孔，用于安放与塑料闪烁体3耦合的光电倍增管1，底部两层铅屏蔽放置于铅室支撑架12上，整个铅室通过自锁机构连接，上述铅屏蔽均为96%的铅与4%的锑合金材质组成，铅屏蔽内壁贴有黄铜与聚四氟乙烯材料。

所述活度分析仪的样品盘采用抽拉式样品盘，设置于PIPS半导体探测器的正下方，也设置在屏蔽铅室11的滑轨8上，便于更换待测样品。

进一步的优选方案是，样品盘设于样品盘托盘9上，样品盘托盘的抽屉架与侧面滑轨通过螺钉10固定，滑轨8设置限位，抽出样品盘托盘上可放置不同尺寸的不锈钢样品盘，不锈钢样品盘采用弹片压接固定，可以防止由于倾斜和震动带来的样品盘移位，样品盘托盘推入铅室后，采用机械锁紧扣锁紧滑轨，样品进出口用铅塞封闭。

综上所述，本实施例采用PIPS半导体探测器作为主探测器，实现对放射性样品的α与β粒子活度测量；同时使用不锈钢外壳包裹的井型几何结构的塑料闪烁体作为反符合探测器，对由环境本底产生的主探测器计数予以消除，反符合效率可达90%以上。采用特殊工具将PIPS半导体探测器通过其后端的螺纹接头旋进反符合探测器的井口结构的螺纹接口中，PIPS半导体探测器信号输出线通过中间开孔的螺纹接头引出，接入前放电路板，使得PIPS半导体探测器处于反符合探测器的包覆之中，这种几何探测结构的布局可以有效消除宇宙射线及环境本底对测量的影响。PIPS与反符合探测器组成的符合系统置于厚度为50mm的铅材组成的铅室中，铅室内侧壁采用聚四氟乙烯与黄铜层覆盖，可以有效的降低铅室自身带来的本底辐射。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种低本底α、β活度分析仪，其特征在于：包括屏蔽铅室、由PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器、信号处理装置，所述塑料闪烁体底部为井型结构，所述塑料闪烁体与光电倍增管通过塑料闪烁体侧边的开孔端窗面进行耦合，塑料闪烁体与光电倍增管外部用不锈钢外壳包覆，所述不锈钢外壳底部为与塑料闪烁体一致的井型结构，井口中心开有一螺纹孔，PIPS半导体探测器通过其尾部的螺纹旋入不锈钢外壳的螺纹孔中，PIPS半导体探测器的信号线通过螺纹孔引出连接到前置放大电路上，前置放大电路输入输出电源线通过不锈钢外壳的穿孔引出，接入信号处理装置。

2.根据权利要求1所述的低本底α、β活度分析仪，其特征是：所述屏蔽铅室包括上部两层铅屏蔽、前侧壁铅屏蔽、后侧壁铅室、下部两层铅屏蔽及铅室支撑架，所述屏蔽铅室内设有用于抽拉的滑轨，PIPS半导体探测器与塑料闪烁体构成的反符合探测器设置于滑轨上，前侧壁铅屏蔽开有一穿孔，用于安放与塑料闪烁体耦合的光电倍增管，底部两层铅屏蔽放置于支撑架上，整个铅室通过自锁机构连接，上述铅屏蔽均为96%的铅与4%的锑合金材质组成，铅屏蔽内壁贴有黄铜与聚四氟乙烯材料。

3.根据权利要求2所述的低本底α、β活度分析仪，其特征是：所述活度分析仪的样品盘采用抽拉式样品盘，设置于PIPS半导体探测器的正下方，也设置在屏蔽铅室的滑轨上。