CN106772534A - 栅型双闪烁晶体探测器和监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了栅型双闪烁晶体探测器和监测设备。栅型双闪烁晶体探测器包括：壳体，包括流体入口和流体出口，流体入口和流体出口配置成以便流体自流体入口流入所述壳体，从流体出口流出所述壳体；多个双闪烁晶体，配置在所述壳体内用于通过接触流体以便流体内的物质激励所述多个双闪烁晶体发出光子；至少一个光电倍增管，用于收集双闪烁晶体发出的光子并发出信号；其中，所述多个双闪烁晶体沿流体入口朝向流体出口的方向的大体横向方向延伸并且相互间隔开。

Description

栅型双闪烁晶体探测器和监测设备

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及栅型双闪烁晶体探测器和监测设备。

背景技术

随着工业现代化的不断推进与发展和工业化水平的提高，环境和地下水资源受工业废水的污染情况日益加剧。近年来，发生的环境污染事故也多与工业废水有关。如何保护生态环境、维持生态平衡，对于工业废水的监测成为至关重要的环节。针对排放含有微量放射性元素的液体，目前市面上有各种各样可监测液体中总α、总β活度的设备，且多为离线式监测设备。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种栅型双闪烁晶体探测器，包括：

壳体，限定内置的空间，包括流体入口和流体出口，流体入口和流体出口配置成以便流体自流体入口流入所述壳体，从流体出口流出所述壳体；

多个双闪烁晶体，配置在所述壳体内用于通过接触流体以便流体内的物质激励所述多个双闪烁晶体发出光子；

至少一个光电倍增管，用于收集双闪烁晶体发出的光子并发出信号；

其中，所述多个双闪烁晶体沿流体入口朝向流体出口的方向的大体横向方向延伸并且相互间隔开。

在一个实施例中，多个双闪烁晶体每一个包括塑料闪烁体以及涂覆在塑料闪烁体表面上的ZnS薄膜。

在一个实施例中，所述壳体为长方体形，包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，在第一侧设置流体入口，在第二侧设置流体出口；

所述多个双闪烁晶体在所述壳体的第一侧和第二侧之间沿流体入口朝向流体出口的方向的大体横向方向延伸。

在一个实施例中，所述壳体为大体圆筒形，流体入口和流体出口设置在圆筒形壳体的圆周上相对侧，所述多个双闪烁晶体沿圆筒形壳体的纵向方向延伸。

在一个实施例中，多个双闪烁晶体交替地设置在所述壳体的第一侧和第二侧之间的侧壁，使得一个侧壁上的一个或两个双闪烁晶体在相对的侧壁上的双闪烁晶体之间延伸，以便流体从流体入口流入，在交替设置的多个双闪烁晶体之间蜿蜒流过，从流体出口流出所述壳体。

在一个实施例中，多个双闪烁晶体交替地设置在圆筒形壳体的两端的侧壁，使得一个侧壁上的一个或两个双闪烁晶体在相对的侧壁上的双闪烁晶体之间延伸，以便流体从流体入口流入，在交替设置的多个双闪烁晶体之间蜿蜒流过，从流体出口流出所述壳体。

在一个实施例中，至少一个光电倍增管设置在所述壳体的设置有多个双闪烁晶体的侧壁上以便与所述多个双闪烁晶体的端部光耦合，检测所述多个双闪烁晶体发出的光子。

在一个实施例中，多个双闪烁晶体为多个板形双闪烁晶体。

在一个实施例中，多个双闪烁晶体为多个纤维状双闪烁晶体。

在一个实施例中，所述壳体外部涂覆避光材料和/或内部壁涂覆反射层，以阻挡外部光进入所述壳体。

本发明的另一方面还提供一种监测设备，包括前述的栅型双闪烁晶体探测器。

在一个实施例中，监测设备还包括：

设备入口，流体由设备入口进入设备；

颗粒过滤器，配置用于过滤所述流体中的固体颗粒；

紫外线灭菌装置，配置成使用紫外线对所述流体灭菌；

计量泵，配置用于测量流体体积；

数据处理装置，配置用于数据的采集、存储和显示；和

设备出口，流体由设备出口流出所述监测设备；

其中待检液体设备入口流入，先经过颗粒过滤器过滤掉固体颗粒，然后再由紫外线灭菌，随后流体由计量泵测量体积，测量完后进入所述栅型双闪烁晶体探测器，最后由设备出口流出。

附图说明

图1为本发明一个实施例的栅型双闪烁晶体探测器的示意立体图；

图2为本发明一个实施例的栅型双闪烁晶体探测器的截面示意图；

图3为本发明一个实施例的栅型双闪烁晶体探测器的双闪烁晶体的布置示意图；

图4为本发明一个实施例的监测设备的功能框图。

具体实施方式

尽管本发明容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本发明限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本发明的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。

现有技术中的离线式监测设备基本上采用蒸发浓缩方法，即先对需要监测区域内的水样预处理(包括取样、浓缩、转换、洗涤、灼烧、灰化、称重等)，然后使用相应探测器(双闪探测器或硅探测器)对浓缩固体物进行探测，由探测结果反推出在取样时间段内采样区域液体中总α、总β活度，以达到监测目的。

离线式监测设备虽然技术已经成熟，但操作繁琐，从取样到给出结果中间步骤繁多；监测结果精度低，在操作过程中的任何微小的水样损失或样品污染都会造成监测结果的偏差；对操作人员有辐射危险性；以及，不能实现实时监测。

下面根据附图说明本发明的多个实施例。图1为本发明一个实施例的栅型双闪烁晶体探测器的示意立体图；图2为本发明一个实施例的栅型双闪烁晶体探测器的截面示意图。

本发明的一个实施例提供一种栅型双闪烁晶体探测器10，包括：

壳体110，限定内置的空间，包括流体入口112和流体出口113，流体入口112和流体出口113配置成以便流体自流体入口112流入所述壳体110，从流体出口113流出所述壳体110；

多个双闪烁晶体111，配置在所述壳体110内用于通过接触流体以便流体内的物质激励所述多个双闪烁晶体111发出光子；

至少一个光电倍增管120，用于收集双闪烁晶体111发出的光子并发出信号；

其中，所述多个双闪烁晶体111沿流体入口112朝向流体出口113的方向的大体横向方向延伸并且相互间隔开。

双闪烁晶体111的延伸方向与流体流动的方向垂直，或者说，双闪烁晶体111沿流体入口112朝向流体出口113的方向的大体横向方向延伸，并且相互间隔开，使得流体可以在相互间隔开的双闪烁品体之间蜿蜒流过，流体流动路程延长，并且流体的局部流动方向不停被双闪烁晶体改变，因而流体可以与双闪烁晶体111充分接触，由此流体中的被监测物质充分可以接触多个双闪烁晶体111，激励双闪烁晶体111发出光子。例如，多个双闪烁晶体配置在所述壳体内用于探测晶体表面流体内放射性核素衰变产生的α和β粒子。

在本实施例中，多个双闪烁晶体111每一个包括塑料闪烁体以及涂覆在塑料闪烁体表面上的ZnS薄膜。双闪烁晶体111可以是其他类型的闪烁体。塑料闪烁体的折射率是1.6，ZnS的折射率是2.356。

在一个实施例中，例如，在如图1和2所示的栅型双闪烁晶体111探测器中，流体从流体入口112流入，流体出口113在流体入口112的上方，流体流动的总体方向可以看做是自下而上，在纸面所示的结构中，沿竖直方向。此时，双闪烁晶体111沿竖直方向的横向方向，也就是沿纸面所示的水平方向。图2所示仅是本发明的一个实施方式，便于本领域技术人员对流体入口112、流体出口113以及双闪烁晶体111设置方式的理解。应该知道，根据上述的 布置，流体流动的方向可以设置成自上而下。在其他布置结构中，当流体入口在纸面的左 边，流体出口在纸面的右边，则流体可以自左向右流过沿上下方向布置的双闪烁晶体构成 的通道，与双闪烁晶体接触。

根据本发明的实施例，壳体10可以是任何所需的形状。例如，所述壳体110为长方体形，包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，在第一侧设置流体入口112，在第二侧设置流体出口113；所述多个双闪烁晶体111在所述壳体110的第一侧和第二侧之间沿流体入口112朝向流体出口113的方向的大体横向方向延伸。应该说明，这里“第一”、“第二”、“第三”等是用于对不同的部件命名，以便将不同的部件区分开，而不表示任何与重要性、次序等相关的意义；“上”、“下”等方位词也仅为了表示部件的一种布置，实际上，部件可以以其他方位布置。例如，流体入口112设置在长方体形的壳体的下侧面，流体出口113设置在长方体形的壳体的上侧面，流体从下向上流过，多个双闪烁晶体111在所述壳体110的上侧面和下侧面之间沿流体入口112朝向流体出口113的方向的大体横向方向延伸，换句话说，多个双闪烁晶体111在所述壳体110的上侧面和下侧面之间沿水平方向延伸。

根据一个实施例，在长方体形的壳体110中，多个双闪烁晶体111交替地设置在所述壳体110的第一侧和第二侧之间的侧壁，使得一个侧壁上的一个或两个双闪烁晶体111在相对的侧壁上的双闪烁晶体111之间延伸，以便流体从流体入口112流入，在交替设置的多个双闪烁晶体111之间蜿蜒流过，从流体出口113流出所述壳体110。此处可以想到，对于长方体形而言，例如第一侧是上侧，第二侧是下侧，在上侧和下侧之间有四个侧面，多个双闪烁晶体111交替地设置在所述壳体110的第一侧和第二侧之间的四个侧壁中一个或多个上。根据本发明的一个实施例，多个闪烁晶体交替地设置在壳体110的第一侧和第二侧之间的相对的两个侧壁。在另一种实施方式中，多个闪烁晶体交替地设置在壳体110的第一侧和第二侧之间的相邻的两个侧壁。在另一实施例中，多个闪烁晶体交替地设置在壳体110的第一侧和第二侧之间的三个侧壁，或者四个侧壁，流体从流体入口112流入，在交替设置的多个双闪烁晶体111之间蜿蜒流过，从流体出口113流出所述壳体110。

在如图2所示的栅型双闪烁晶体探测器10中，所述壳体110为大体圆筒状，流体入口112和流体出口113设置在圆筒状的壳体110的圆周上相对侧，所述多个双闪烁晶体111沿圆筒状的壳体110的纵向方向延伸。换句话说，多个双闪烁晶体111沿图2的纸面中水平方向延伸。在本实施例中，双闪烁晶体111的尺寸适应圆筒状的壳体110的形状调整，在圆筒状的壳体110的中心部分的双闪烁晶体111尺寸较大，在圆筒状的壳体110内靠近壁处的双闪烁晶体111的尺寸较小。然而，在本实施例中，栅型双闪烁晶体探测器10能够监测流体中的例如放射性物质。

在本实施例中，双闪烁晶体111还可以是曲面板，曲面板形双闪烁晶体111与流体的接触面积大，并且适应圆筒形壳体的形状，提高了监测的灵敏度。

在根据本发明的还一实施例中，栅型双闪烁晶体探测器10的壳体110是截面为椭圆形的柱体。在根据本发明的再一实施例中，栅型双闪烁晶体探测器10的壳体110是截面为多边形的柱体。应该知道，壳体110的形状可以是其他形状，本领域技术人员基于本说明书公开的实施例可以想到其他形式的壳体110形状。

根据本发明的一个实施例，至少一个光电倍增管120设置在所述壳体110的设置有多个双闪烁晶体111的侧壁上以便与所述多个双闪烁晶体111的端部光耦合，检测所述多个双闪烁晶体111发出的光子。光电倍增管120可以是一个，也可以是两个，或者多个光电倍增管120，光电倍增管120的功能是熟知的。光电倍增管120与双闪烁晶体111的一个端部光耦合以便接收双闪烁晶体111发出的光子。

与现有技术不同，本发明的实施例将双闪烁晶体111的端部与光电倍增管120光耦合，使得双闪烁晶体111发出的光子通过双闪烁晶体111的端部被光电倍增管120收集。虽然仅通过端部收集光子导致光子损失较大，但是由于板形的双闪烁晶体111具有面积大的优点，与例如水或溶液的流体接触面积大，产生了足够多的光子，因而根据本发明的实施例的双闪烁晶体111探测器的精度能够满足实际使用的需要；并且，板形的双闪烁晶体111检测器制作工艺简单，例如可以通过喷涂或热压工艺制作，制造成本低，例如使用蒸镀、涂覆等工艺。

进一步，因为ZnS材料的折射率大于塑料闪烁体，光在闪烁体和ZnS材料的界面处不会发生全反射，也就是说，部分光子会从闪烁体中穿过ZnS材料散射到流体中，而不是在板形双闪烁晶体111内传播至双闪烁晶体111的端部被光电倍增管120收集，因而由于在板形双闪烁晶体111内光反射次数减少，有利于避免光的损失，提高了光子收集效率。

根据本发明的一个实施例，多个双闪烁晶体111为多个纤维状双闪烁晶体111。在本实施例中，纤维状双闪烁晶体111的一端或两端可以安装在壳体110的侧壁，以便光耦合至光电倍增管120。流体在多个纤维状双闪烁晶体111之间流过。塑料闪烁体形成的双闪烁晶体111表面涂覆有ZnS材料。光在双闪烁晶体111内传导，由于ZnS材料的折射率大于塑料闪烁体，因而部分光会从双闪烁晶体111中逃逸，在双闪烁晶体111的端部收集到的光子数量比实际产生的光子数量少，这也是现有技术一般不将双闪烁晶体111做成纤维状的原因。然而，本发明通过实验发现，虽然光子损失较大，然而由于纤维状双闪烁晶体111表面积增大，与流体接触效率提高，产生的总的光子数量增加，因而即使光子在传导过程中损失部分，然而在纤维状双闪烁晶体111的端部收集到的光子数量依然是足够多的，即，光电倍增管120的检测效率也是足以满足实际应用的需要。

根据本发明的一个实施例，所述壳体110外部涂覆避光材料和/或内部壁涂覆反射层，以阻挡外部光进入所述壳体110。壳体110可以是例如有机玻璃盒，光可以进入玻璃盒中。光电倍增管120检测双闪烁晶体111探测器发出的光子时，需要防止外界光被光电倍增管120检测到。使用避光材料或反光材料涂覆壳体110的内壁和外表面，阻止外部的光进入壳体110内部，提高光电倍增管120检测精确度。

本发明的另一实施例提供一种监测设备，包括前述的栅型双闪烁晶体探测器10。在监测设备中，还包括：

设备入口，流体由设备入口进入设备；

颗粒过滤器，配置用于过滤所述流体中的固体颗粒；

紫外线灭菌装置，配置成使用紫外线对所述流体灭菌；

计量泵，配置用于测量流体体积；

数据处理装置，配置用于数据的采集、存储和显示；和

设备出口，流体由设备出口流出所述监测设备；其中

待检液体设备入口流入，先经过颗粒过滤器过滤掉固体颗粒，然后再由紫外线灭菌，随后流体由计量泵测量体积，测量完后进入栅型双闪烁晶体探测器10，最后由设备出口流出。

在本实施例中，含放射性的待检液体从设备入口流入，先经过颗粒过滤器将固体颗粒过滤掉，然后再由紫外线灭菌，防止液体中的微生物和细菌附着在探测器表面影响探测结果和堵塞通道。液体流入栅型探测器前先经由计量泵测量体积，测量完后通过栅型双闪烁晶体探测器10，最后由设备出口流出。栅型双闪烁晶体探测器10连接控制端完成数据的采集、存储和显示。本实施例的监测设备可连续在线实时监测区域内流体中的总α、总β活度/计数，操作简便，运行过程中不需要人力操作；耗材少，可反复使用；且探测器不受待监测场地限制，可现场监测。

虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (13)

1.一种栅型双闪烁晶体探测器，包括：

壳体，限定内置的空间，包括流体入口和流体出口，流体入口和流体出口配置成以便流体自流体入口流入所述壳体，从流体出口流出所述壳体；

多个双闪烁晶体，配置在所述壳体内用于通过接触流体以便流体内的物质激励所述多个双闪烁晶体发出光子；

至少一个光电倍增管，用于收集双闪烁晶体发出的光子并发出信号；

其中，所述多个双闪烁晶体沿流体入口朝向流体出口的方向的大体横向方向延伸并且相互间隔开。

2.如权利要求1所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体每一个包括塑料闪烁体。

3.如权利要求2所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体每一个包括涂覆在塑料闪烁体表面上的ZnS薄膜。

4.如权利要求1所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中所述壳体为长方体形，包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，在第一侧设置流体入口，在第二侧设置流体出口；

所述多个双闪烁晶体在所述壳体的第一侧和第二侧之间沿流体入口朝向流体出口的方向的大体横向方向延伸。

5.如权利要求1所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中所述壳体为大体圆筒形，流体入口和流体出口设置在圆筒形的壳体的圆周上相对侧，所述多个双闪烁晶体沿圆筒形的壳体的纵向方向延伸。

6.如权利要求4所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体交替地设置在所述壳体的第一侧和第二侧之间的侧壁，使得一个侧壁上的一个或两个双闪烁晶体在相对的侧壁上的双闪烁晶体之间延伸，以便流体从流体入口流入，在交替设置的多个双闪烁晶体之间蜿蜒流过，从流体出口流出所述壳体。

7.如权利要求5所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体交替地设置在圆筒形的壳体的两端的侧壁，使得一个侧壁上的一个或两个双闪烁晶体在相对的侧壁上的双闪烁晶体之间延伸，以便流体从流体入口流入，在交替设置的多个双闪烁晶体之间蜿蜒流过，从流体出口流出所述壳体。

8.如权利要求6或7所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中至少一个光电倍增管设置在所述壳体的设置有多个双闪烁晶体的侧壁上以便与所述多个双闪烁晶体的端部光耦合，检测所述多个双闪烁晶体发出的光子。

9.如权利要求2-7中任一项所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体为多个板形双闪烁晶体。

10.如权利要求2-7中任一项所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中多个双闪烁晶体为多个纤维状双闪烁晶体。

11.如权利要求1所述的栅型双闪烁晶体探测器，其中所述壳体外部涂覆避光材料和/或内部壁涂覆反射层，以阻挡外部光进入所述壳体。

12.一种监测设备，包括前述权利要求中任一项所述的栅型双闪烁晶体探测搭。

13.如权利要求12所述的监测设备，还包括：

设备入口，流体由设备入口进入设备；

颗粒过滤器，配置用于过滤所述流体中的固体颗粒；

紫外线灭菌装置，配置成使用紫外线对所述流体灭菌；

计量泵，配置用于测量流体体积；

数据处理装置，配置用于数据的采集、存储和显示；和

设备出口，流体由设备出口流出所述监测设备；

其中待检液体设备入口流入，先经过颗粒过滤器过滤掉固体颗粒，然后再由紫外线灭菌，随后流体由计量泵测量体积，测量完后进入所述栅型双闪烁晶体探测器，最后由设备出口流出。