CN105022079B - 电离室系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种电离室系统,包括：箱体，呈圆柱体，由多层金属复合材料制成，对杂散辐射和电磁干扰进行屏蔽；光阑，装设于箱体的一个端面上，光阑中心与所述箱体中心同轴，对于射入箱体的X射线进行限束；电极，包括第一电压端和地电压端；第一电压端为两个，分别沿箱体内壁对称设置在箱体内；收集极，设置于箱体内，收集极的中心与所述光阑中心对准；当在第一电压端和收集极上加直流的极化电压时，在箱体内形成电场，将箱体内的气体电离，通过收集极对所述气体电离的离子进行收集；两个活塞，与箱体内壁和对称设置的第一电压端分别相接，形成收集区；通过调整活塞在箱体中的位置，改变收集区的有效体积。

Description

电离室系统

技术领域

本发明涉及一种辐射监测技术领域，尤其涉及一种电离室系统。

背景技术

电离室是利用电离辐射的电离效应测量电离辐射的探测器。为了规范X射线的计量，国际上采用自由空气电离室来实现空气比释动能来作为计量X射线的基准。

在通常情况下，电离室采用一般商品化的电离室，这是一种独立设备，内部具有电离气体，但是，直接使用一般商品化的电离室进行光强检测存在一定的问题：电离室中的电离气体的体积无法根据实验需要调节，因此不能方便的实现全部所需的实验条件。为了得到不同体积的电离气体，还需要进行电离室的更换，给实验操作带来了极大不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种电离室系统，能够根据需要对电离气体的体积进行调节，增加了实验装置的可操控性。

为实现上述目的，本发明提供了一种电离室系统，所述电离室系统包括：

箱体，呈圆柱体，由多层金属复合材料制成，对杂散辐射和电磁干扰进行屏蔽；

光阑，装设于所述箱体的一个端面上，所述光阑中心与所述箱体中心同轴，对于射入所述箱体的X射线进行限束；

电极，包括第一电压端和地电压端；所述第一电压端为两个，分别沿所述箱体内壁对称设置在所述箱体内；

收集极，设置于所述箱体内，所述收集极的中心与所述光阑中心对准；当在所述第一电压端和收集极上加直流的极化电压时，在所述箱体内形成电场，将箱体内的气体电离，通过所述收集极对所述气体电离的离子进行收集；

两个活塞，与所述箱体内壁和对称设置的第一电压端分别相接，形成收集区；通过调整所述活塞在所述箱体中的位置，改变所述收集区的有效体积。

优选的，所述箱体包括箱体前壁、箱体侧壁和箱体后壁；

其中，所述箱体前壁为圆形，几何中心具有凸起结构，凸起结构中心具有第一开口；

所述箱体侧壁为圆柱形，一端与所述箱体前壁相接，另一端与所述箱体后壁相接，在所述箱体侧壁上靠近所述箱体后壁的位置，具有一温度探测孔，用以放置温度探头；

所述箱体后壁为圆形，在所述箱体后壁的几何中心具有第二开口；由所述光阑限束后的X射线束由所述箱体前壁的第一开口进入箱体，再由所述第二开口射出。

进一步优选的，所述箱体后壁还具有三个接线端子，分别是由收集极引出的收集极接线端子、由第一电压端引出的高压极接线端子和地电压端引出的接地接线端子。

进一步优选的，所述第一开口具体为螺纹孔，内壁上具有螺纹，所述光阑的外壁上具有螺纹，与所述螺纹孔相匹配；所述光阑螺设连接于所述第一开口。

进一步优选的，所述第一电压端的长度不小于所述两个活塞之间能拉开的最大距离。

优选的，所述电离室系统还包括滑动导向杆，所述活塞的第一端面套接在所述收集极上，第二端面套接在所述滑动导向杆上；所述活塞的几何中心具有开孔，使所述X射线束经所述开孔进入/射出所述收集区；所述活塞与所述收集极的连接处为绝缘隔离。

进一步优选的，所述活塞的侧壁上贴有铝片，与所述第一电压端向接触，使得在所述活塞在滑动中与所述第一电压端保持电连接。

进一步优选的，活塞与所述收集极的连接处贴有铝片，所述铝片接地连接，使所述收集区之外的收集极通过所述铝片实现电离屏蔽。

优选的，所述系统还包括限位装置，装设与所述箱体内，用于限定两个活塞之间的最大距离和最小距离。

优选的，所述电离室系统还包括基座，所述基座包括底板、滑块和控制装置；

所述底板包括：

底座；

第一位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生沿箱体轴向方向的位移；

第二位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生平行所述底座平面并垂直箱体轴向方向的位移；

第三位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生垂直所述底座平面方向的位移；

滑块，包括安装面和滑动面；

所述安装面与所述底板相接，通过所述安装面将所述滑块固定于所述底板之上，并且使所述滑块随所述第一控制装置、第二控制装置和第三控制装置产生的位移进行移动；

所述滑块的滑动面呈弧形，托接在所述箱体的外壁，根据所述控制信号，通过所述滑动面带动所述箱体产生绕所述箱体轴向方向的转动位移。

本发明实施例提供的电离室系统，能够根据需要对电离气体的体积进行调节，增加了实验装置的可操控性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电离室系统的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电离室系统的正视图；

图3为本发明实施例提供的电离室系统的俯视剖面图；

图4为本发明实施例提供的电离室系统的实物图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的电离室系统的内部结构示意图。如图所示，本发明实施例的电离室系统包括：箱体1、光阑2、电极(包括第一电压端31和地电压端32)、收集极4、活塞51和活塞52。

箱体1呈圆柱体，由多层金属复合材料制成，对杂散辐射和电磁干扰进行屏蔽；

具体的，箱体1包括箱体前壁11、箱体侧壁12和箱体后壁13；

箱体前壁11为圆形，几何中心具有凸起结构111，凸起结构111中心具有第一开口112；

箱体侧壁12为圆柱形，一端与箱体前壁11相接，另一端与箱体后壁13相接，在箱体侧壁12上靠近箱体后壁13的位置，具有一温度探测孔(图中未示出)，用以放置温度探头；

箱体后壁13为圆形，在箱体后壁13的几何中心具有第二开口131；由光阑2限束后的X射线束由所述箱体前壁11的第一开口112进入箱体1，再由第二开口131射出。

此外，箱体后壁13上还具有三个接线端子，分别是由收集极4引出的收集极接线端子132、由第一电压端31引出的高压极接线端子133和地电压端32引出的接地接线端子134。

箱体前壁11、箱体侧壁12和箱体后壁13可以采用双层材料制成，外层使用不锈钢材料，内层使用硬铝材料。其中箱体前壁11为了减少辐射穿透，也可以采用铅-铜-铁-铝复合板制成。

光阑2，装设于箱体1的箱体前壁11上，光阑2的中心与箱体1的中心同轴，对于射入箱体1的X射线进行限束；

具体的，光阑2与箱体1之间的连接可以采用螺纹连接。箱体1上的第一开口112为螺纹孔，第一开口112的内壁上具有螺纹，与光阑2外壁上的螺纹相匹配，从而将光阑2螺设连接于第一开口112内。采用螺纹旋扣方式的光阑安装，既能方便不同规格光阑2的更换，又能实现光阑2的中心与收集极4的良好同轴性。

光阑2的材料可以具体选择为钨合金，即钨镍铜合金，其成分含量分别为：钨89％、镍7％、铜4％。光阑2可以具有多个规格，不同规格光阑2的光孔形式设计成不同直径的圆柱形，以便得到不同直径的射线束。光阑2的设计还考虑到尽量减低光子在光阑孔腔面的散射，减少边沿散射穿透。

电极，包括第一电压端31和地电压端(图中未示出)，第一电压端31为两个，分别沿箱体1内壁对称设置在箱体1内；具体的，第一电压端31为高压极，地电压端为接地极，通过地电压端，使得箱体1的外壳接地。

收集极4，设置于箱体1内，收集极4的中心与光阑2的中心对准。收集极4与箱体后壁13的收集极接线端子132连接。收集极4的两端拉紧以保证准直。

当在第一电压端31和收集极4上加直流的极化电压时，在箱体1内形成电场，将箱体1内的气体电离；电离气体的电子和正离子会分别被拉向高压极和收集极4，从而使得收集极4能够对收集区中被电离的气体离子进行收集。

收集区外的收集极部分的电离屏蔽，采用在绝缘的活塞内壁贴1mm厚铝片的方式，通过铝片与箱体后壁13的接地接线端子134连接，实现收集区外的收集极部分的电离屏蔽。

两个活塞51和52，与箱体1的内壁和两个第一电压端31分别相接，形成收集区；通过调整活塞51和52在箱体1中的位置，改变收集区的有效体积。

具体的，活塞51和52可以采用对称运动的形式，相对于收集区中心对称运动，以保证收集区中心不变。活塞51和52上分半连接有高绝缘材料制成的限位装置6，实现活塞运动51和52在过程中的保护和限位功能。

活塞51和52的位置可以通过滑动导向杆8控制，由外部控制装置发送的控制信号进行控制，也可以通过手动调节装置控制，如手动调节活塞螺旋测微仪旋钮。通过改变活塞51和52在箱体1中的位置，来改变收集区的有效体积，从而改变电离气体的体积，可以获得不同的电离电流。

以活塞52为例，其第一端面521套接在收集极4上，第二端面522套接在滑动导向杆8上；活塞52的几何中心具有开孔523，使X射线束经开孔523射出收集区(活塞51上开孔的目的是使X射线束经开孔射入收集区)；活塞52与收集极4的连接处为绝缘隔离。

因为收集区内都需要对气体进行电离，因此第一电压端31的长度不小于两个活塞51和52之间能拉开的最大距离。

下面在一个具体的例子中，说明本实施例提供的电离室系统中各个部件的具体尺寸、构成和相互之间的结构关系，可以具体如下：

箱体前壁11的外层为不锈钢板，厚度10mm，几何中心凸起结构111的直径为70mm，厚度5mm；第一开口112的直径为36mm。内层铝板厚度3mm。

箱体侧壁12的外层为不锈钢，厚度3mm，内层铝板厚度3mm，温度探测孔直径4mm。

箱体后壁13的外层为不锈钢，厚度3mm内层铝板厚度3mm，第二开口131的直径20mm。。

电极可以具体为圆柱形筒，材料采用内径76mm厚度3mm的硬铝。尺寸精度达于0.01mm，内表面光洁度≤5μm。为了保证高压极稳定不变形，还要对材料进行时效处理。

收集极4可以是直径为1.6mm硬铝棒，表面光滑、无毛刺，尺寸和圆柱度等符合允许公差要求，长度≥160mm。由此保证了收集区的定位精度和重复性好于0.01mm；收集区移动时两端面的平行性、与高压极中心轴的垂直性好于0.01mm。

收集极中心轴与高压极中心轴距离25mm，收集区中心到光阑后沿(定义面)尽量短。

活塞51和52采用高绝缘材料-纯聚醚醚酮(PEEK)。活塞端面厚度2mm，以保证端面平面性好于0.01mm，与高压极连接形成活塞运动的部分，其厚度以能保证活塞运动平稳重复性为好。活塞51和52的前端面各贴2mm铝片，滑动中保证高压极与铝片的电信号连接畅通。几何中心处开孔523的直径20mm，以保证射束直通。

在本例中，活塞51和52之间的最小距离为80mm，最大距离160mm，即每侧活塞的移动距离为40mm，活塞51和52的移动和定位精度小于等于0.01mm。

在本例中，光阑孔、收集极中心轴与X射线束主轴的同轴性好于0.1mm；光阑定义面与高压极中心轴的垂直性好于0.01mm；高压极内径和收集极外径尺寸误差好于0.01mm。

当本发明的电离室系统应用于X射线系统或其他系统中时，结合图2、图3所示，电离室系统还包括基座7，用于架设箱体1。所述基座包括底板71、滑块72和控制装置(图中未示出)；

具体的，底板71可以包括：底座和三个位移控制装置。

其中，第一位移控制装置与外部控制装置相连接，根据所述外部控制装置的控制信号产生沿箱体轴向方向的位移；第二位移控制装置与控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生平行所述底座平面并垂直箱体轴向方向的位移；第三位移控制装置与控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生垂直所述底座平面方向的位移；因此，可以通过控制装置控制调整箱体1的在x、y、z三个方向上的位置，从而调整X射线束与光阑2、收集极4所在轴线对准。

滑块72，包括安装面和滑动面；

安装面与底板71相接，通过安装面将滑块72固定于底板71之上，并且使滑块72随第一控制装置、第二控制装置和第三控制装置产生的位移进行移动；

滑块72的滑动面呈弧形，在图4中示出，托接箱体1的外壁，根据所述控制信号，通过滑动面带动箱体1产生绕箱体轴向方向的转动位移。因此，可以通过控制装置控制调整箱体1的在r方向上的角度。

基座7中的控制装置可以包括手动机械调节的微调装置和电动控制装置，从而控制电离室的三维平动和滚动。控制装置还可以包括安装在基座7上的水平检测仪，通过水平检测仪的测试数据能够实现基座7上电离室的自动调平。

在一个具体的例子中，箱体整体高低俯仰的可调节范围为±10mm。

本发明实施例提供的电离室系统，能够根据需要对电离气体的体积进行调节，增加了实验装置的可操控性。

本发明实施例提供的电离室系统具体为自由空气电离室，能够用作基准电离室在X射线系统中对其他电离室进行校准。

用于电离室校准的X射线系统主要包括X光机、过滤转盘、导轨位置自动调控系统、圆柱形自由空气电离室、被校准电离室以及激光定位系统。其中，圆柱形自由空气电离室和被校准电离室均设置在电离室测量平台的两端，垂直设置在导轨上，可以通过导轨位置自动调控系统调整圆柱形自由空气电离室或被校准电离室于工作位。

在其应用于X射线检测系统中时，首先需要对电离室系统进行安装和固定。将圆柱形自由空气电离室安放到电离室基座后，首先通过基座自带的水平仪，通过滚动轴的调节实现基座与自由空气电离室在测量平台上的水平度，使其好于0.01mm。通过正对X光机光学平台末端激光器实现圆柱形自由空气电离室的精确定位(该激光器的激光十字中心已经调整好为X射线主束中心)，通过微调自由空气电离室的高度和水平位置，需保证激光十字中心能从自由空气电离室的X光出光孔中心射入电离室的中心，则完成了自由空气电离室的安放和固定。

工作时，控制室打开X光机，转动附加过滤转盘规范于工作位。通过导轨位置自动调控系统和激光定位系统，控制电离室测量平台移动，使得自由空气电离室处于激光十字中心，即到达工作位置(空气比释动能基准位置)，再调节圆柱形自由空气电离室的基座，保证圆柱形自由空气电离室的收集极、光阑孔中心、光机射线源焦点同轴。打开自由空气电离室测量系统开始测量计数，完成测量，保存数据。旋动活塞螺旋测微仪旋钮，改变圆柱形自由空气电离室的有效体积，再重复以上工作进行测量。

移动测量平台，切换待校准电离室于激光十字中心到达工作位，开始测量，完成计数，保存数据。

然后，改变X光机参数，转动过滤转盘与下个工作位，重复上面操作。直至完成所有规范的测量。通过对自由空气电离室的漏电、稳定性和重复性等的测量数据进行处理，根据基准值规范值，给出圆柱形自由空气电离室的各项修正因子和不确定度，完成空气比释动能基准的测量和复现工作。由此可以对被校准电离室给出一个校准因子，使得被校准电离室的实测值与该校准因子的乘积等于基准值，以使被校准电离室也能够实现自由空气电离室的功能和作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电离室系统，其特征在于，所述电离室系统包括：

箱体，呈圆柱体，由多层金属复合材料制成，对杂散辐射和电磁干扰进行屏蔽；

光阑，装设于所述箱体的一个端面上，所述光阑中心与所述箱体中心同轴，对于射入所述箱体的X射线进行限束；

电极，包括第一电压端和地电压端；所述第一电压端为两个，分别沿所述箱体内壁对称设置在所述箱体内；

收集极，设置于所述箱体内，所述收集极的中心与所述光阑中心对准；当在所述第一电压端和收集极上加直流的极化电压时，在所述箱体内形成电场，将箱体内的气体电离，通过所述收集极对所述气体电离的离子进行收集；

两个活塞，与所述箱体内壁和对称设置的第一电压端分别相接，形成收集区；通过调整所述活塞在所述箱体中的位置，改变所述收集区的有效体积；

所述电离室系统还包括滑动导向杆，所述活塞的第一端面套接在所述收集极上，第二端面套接在所述滑动导向杆上；所述活塞的几何中心具有开孔，使所述X射线束经所述开孔进入/射出所述收集区；所述活塞与所述收集极的连接处为绝缘隔离；

所述系统还包括限位装置，装设与所述箱体内，用于限定两个活塞之间的最大距离和最小距离；

所述活塞上分半连接所述限位装置；

所述箱体包括箱体前壁、箱体侧壁和箱体后壁；

其中，所述箱体前壁为圆形，几何中心具有凸起结构，凸起结构中心具有第一开口；

所述箱体侧壁为圆柱形，一端与所述箱体前壁相接，另一端与所述箱体后壁相接，在所述箱体侧壁上靠近所述箱体后壁的位置，具有一温度探测孔，用以放置温度探头；

所述箱体后壁为圆形，在所述箱体后壁的几何中心具有第二开口；由所述光阑限束后的X射线束由所述箱体前壁的第一开口进入箱体，再由所述第二开口射出；

所述第一开口具体为螺纹孔，内壁上具有螺纹，所述光阑的外壁上具有螺纹，与所述螺纹孔相匹配；所述光阑螺设连接于所述第一开口；

所述电离室系统还包括基座，所述基座包括底板、滑块和控制装置；

所述底板包括

底座；

第一位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生沿箱体轴向方向的位移；

第二位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生平行所述底座平面并垂直箱体轴向方向的位移；

第三位移控制装置，与所述控制装置相连接，根据所述控制装置的控制信号产生垂直所述底座平面方向的位移；

滑块，包括安装面和滑动面；

所述安装面与所述底板相接，通过所述安装面将所述滑块固定于所述底板之上，并且使所述滑块随所述第一位移控制装置、第二位移控制装置和第三位移控制装置产生的位移进行移动；

所述滑块的滑动面呈弧形，托接在所述箱体的外壁，根据所述控制信号，通过所述滑动面带动所述箱体产生绕所述箱体轴向方向的转动位移；

所述活塞的位置通过所述滑动导向杆控制，由所述控制装置发送的控制信号或通过手动调节装置对所述滑动导向杆进行控制。

2.根据权利要求1所述的电离室系统，其特征在于，所述箱体后壁还具有三个接线端子，分别是由收集极引出的收集极接线端子、由第一电压端引出的高压极接线端子和地电压端引出的接地接线端子。

3.根据权利要求1所述的电离室系统，其特征在于，所述第一电压端的长度不小于所述两个活塞之间能拉开的最大距离。

4.根据权利要求1所述的电离室系统，其特征在于，所述活塞的侧壁贴有铝片，与所述第一电压端向接触，使得在所述活塞在滑动中与所述第一电压端保持电连接。

5.根据权利要求1所述的电离室系统，其特征在于，活塞与所述收集极的连接处贴有铝片，所述铝片接地连接，使所述收集区之外的收集极通过所述铝片实现电离屏蔽。