CN106772536B - 宽量程组织等效正比计数器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辐射探测装置。为解决现有组织等效正比计数器难以兼顾注量率、剂量当量率水平差异较大的辐射场测量问题，本发明提供了一种宽量程组织等效正比计数器及其应用。该宽量程组织等效正比计数器包括壳体、分压电路、多路信号采集系统以及位于所述壳体内部自上而下依次叠置的导电组织等效材料阴极板、导电组织等效材料板、GEM膜和阳极板。其应用方法包括：一、将宽量程组织等效正比计数器置入待测辐射场；二、采集信号；三、对信号进行处理。本发明的宽量程组织等效正比计数器具有极宽的测量量程，能够方便的实现低注量率和高注量率辐射场的测量，其体积较小，结构相对简单，易于制造，适用范围非常广，能够适用于各种场合的辐射监测。

Description

宽量程组织等效正比计数器及其应用
技术领域
本发明涉及一种辐射探测装置，特别涉及一种宽量程组织等效正比计数器及其应用。
背景技术
组织等效正比计数器是一种用于评估辐射相对生物效应的探测器，其能够通过模拟测量辐射场内微米级细胞组织的微剂量谱(亦称线能谱)来直接获得吸收剂量(率)和剂量当量(率)，可用于空间辐射、辐射防护、微剂量学、辐射治疗等领域。
由于组织等效正比计数器具有线能测量范围宽，粒子分辨能力较好，适于空间混合辐射场的剂量测量等优点，因此在国际上得到了广泛认可。目前，组织等效正比计数器已被作为空间辐射测量的标准装置，与此同时，其在核电站、大型加速器等地面核设施的辐射防护监测领域也有较好的应用前景。
传统的组织等效正比计数器采用中心阳极丝结构，能够通过适当调整设计从而适用于各种辐射场的辐射探测。
当被测量的辐射场注量率较低时，为获得较好的探测效果，就需要增大组织等效正比计数器的收集区体积以提高其灵敏度，导致组织等效正比计数器体积的显著增加，使得其应用受到限制，例如制作个人剂量计。为改善这种体积增加问题，目前可以采用多室组织等效正比计数器，但这种方式会带来结构的显著复杂化。
当被测量的辐射场注量率较高时，采用一般的组织等效正比计数器进行探测容易发生信号堆积现象，这就需要使用微型组织等效正比计数器来完成探测，但是微型组织等效正比计数器的加工制作难度很大，尤其是在中心阳极丝的装配等方面。
另外，在某些特殊的辐射监测场合，如航天器内空间辐射监测，其一方面需要进行日常的低注量率辐射监测，另一方面也需要对突发的大剂量事件(如X射线暴等)进行监测，这种监测难以由单一的组织等效正比计数器来完成，而由多个组织等效正比计数器进行配合监测的方式又会带来设备的复杂化，不利于应用。
近年来，国际上有学者提出可将气体电子倍增技术应用于组织等效正比计数器，即在传统的组织等效正比计数器灵敏体积内，以GEM膜代替中心阳极丝，从而实现信号的放大。该方案可降低组织等效正比计数器微型化的加工难度，并可有效提高气体增益等方面的性能。
最先将GEM膜应用于组织等效正比计数器进行研究的是欧洲核子研究中心的绍利，其利用气体中电子在微孔内的雪崩效应使电子倍增。阳极上的电信号来源于感应区内雪崩放大后的大量电子，而不是以正离子鞘为主；GEM膜中的正离子朝向阴极运动并被电极屏蔽，对阳极信号无贡献；感应区的间隙很窄，电子群渡越到阳极的时间非常短，获得了信号极快、上升时间短、计数率高的效果；GEM膜将电子倍增区和收集区分开，解决了多丝正比室在高注量率辐射探测时收集区附近放电打火等问题。
荷兰Delft大学的M.Farahmand等研制了基于气体电子倍增技术的组织等效正比计数器，用GEM膜代替传统的阳极丝使得微型组织等效正比计数器的制作变得简单，电子经过倍增后由底面的阳极板收集。
美国Georgia Institute of Technology大学同样研制了基于气体电子倍增技术的组织等效正比计数器，其可以单独用作一个探测器，也可以将多个组织等效正比计数器级联作为一个探测器，用以获得更大的气体增益。
加拿大的G.M.Orchard等人在基于气体电子倍增技术的组织等效正比计数器中应用了厚层气体倍增管，以便获得足够的气体增益，用以探测中子、γ射线。
然而，上述各种基于气体电子倍增技术的组织等效正比计数器同样存在难以同时兼顾低注量率与高注量率辐射场测量的问题。
基于上述原因，为使组织等效正比计数器在低注量率与高注量率辐射场测量中均能够发挥良好效果，提高组织等效正比计数器的适用性，就需要开发一种宽量程组织等效正比计数器。
发明内容
为解决现有组织等效正比计数器难以兼顾注量率、剂量当量率水平差异较大的辐射场测量问题，本发明提供了一种宽量程组织等效正比计数器及其应用。
该宽量程组织等效正比计数器包括壳体、分压电路、多路信号采集系统以及位于所述壳体内部自上而下依次叠置的导电组织等效材料阴极板、导电组织等效材料板、GEM膜和阳极板；所述导电组织等效材料板上设有阵列式开孔；所述导电组织等效材料阴极板、导电组织等效材料板、GEM膜均与分压电路相连接；所述阳极板上设有与导电组织等效材料板上的阵列式开孔一一对应的阵列式阳极单元；所述阳极板与多路信号采集系统相连接；所述壳体上设有带有阀门的充气口，壳体内充有组织等效气体。
所述阳极板上与导电组织等效材料板上的阵列式开孔一一对应的阵列式阳极单元还可以由面积不等的两块以上区块式阳极单元代替，以简化多路信号采集系统。
所述导电组织等效材料板的材质选用A150组织等效塑料为优选。
所述GEM膜可以由两张以上叠置在一起的GEM膜代替。
所述壳体采用铝壳体为优选。
将上述宽量程组织等效正比计数器应用于辐射场测量，其应用方法包括以下步骤：第一步，将宽量程组织等效正比计数器置于待测辐射场中；第二步，若阳极板采用阵列式阳极单元，随着待测辐射场注量率水平的提高，则应通过多路信号采集系统采集越少的阵列式阳极单元输出的信号并进行信号合并，反之采集越多的阵列式阳极单元输出的信号并进行信号合并；若阳极板采用区块式阳极单元，随着待测辐射场注量率水平的提高，则应通过多路信号采集系统采集面积越低的区块式阳极单元输出的信号，反之采集面积越高的区块式阳极单元输出的信号；第三步，对第二步采集到的信号进行处理，完成辐射场的测量。
本发明的宽量程组织等效正比计数器属于一种采用GEM膜的组织等效正比计数器，其通过在组织等效正比计数器的阴极板和GEM膜之间置入一片开有阵列式开孔的导电组织等效材料板，同时采用阵列式或区块式阳极，并辅以多路信号采集系统，一并解决了低注量率辐射场测量时所需组织等效正比计数器体积过大，而高注量率辐射场测量时容易发生信号堆积现象两个方面的问题，实现了宽量程的辐射场测量。
本发明中，阵列式或区块式阳极的采用是使组织等效正比计数器达到宽量程测量的结构基础，通过多路信号采集系统对面积不同的阳极区域进行信号采集，兼顾了低注量率和高注量率的测量，能够实现剂量当量率范围宽至(0.05～1000)mSv/h的测量。而开有阵列式开孔的导电组织等效材料板作为整体探测器腔室时，会明显增加探测器腔室壁的表面积，使得同等条件下探测效率增加，有利于低注量率、低剂量当量率辐射场测量；而以单个或少数腔室作为独立探测器时，因其探测效率低，故可用于高注量率、高剂量当量率的辐射场测量，极大的扩展了组织等效正比计数器的应用范围。
综上所述，本发明的宽量程组织等效正比计数器具有极宽的测量量程，能够方便的实现低注量率和高注量率辐射场的测量，其体积较小，结构相对简单，易于制造，适用范围非常广，能够适用于各种场合的辐射监测。
附图说明
图1本发明的宽量程组织等效正比计数器结构示意图。
附图标记：1.导电组织等效材料阴极板，2.导电组织等效材料板，3.GEM膜，4.阳极板，5.多路信号采集系统，6.分压电路，7.壳体，8.充气口，9.阀门，10.阵列式开孔，11.阵列式阳极单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例
本发明宽量程组织等效正比计数器的一种典型结构示于附图1。该宽量程组织等效正比计数器包括壳体7、分压电路6、多路信号采集系统5以及位于所述壳体7内部自上而下依次叠置的导电组织等效材料阴极板1、导电组织等效材料板2、GEM膜3和阳极板4；所述导电组织等效材料板2上设有阵列式开孔10，其材质为A150组织等效塑料；所述导电组织等效材料阴极板1、导电组织等效材料板2、GEM膜3均与分压电路6相连接；所述阳极板4上设有与导电组织等效材料板2上的阵列式开孔10一一对应的阵列式阳极单元11；所述阳极板4与多路信号采集系统5相连接；所述壳体7上设有带有阀门9的充气口8，壳体7材料为铝，壳体7内充有组织等效气体。
将上述宽量程组织等效正比计数器应用于某辐射场的测量，其测量过程如下：第一步，将上述宽量程组织等效正比计数器置于该辐射场中；第二步，当该辐射场注量率处于高水平时，则采集2个阳极单元输出的合并信号；当该辐射场注量率处于低水平时，则采集200个阳极单元输出的合并信号；第三步，对第二步采集到的信号进行处理，完成辐射场的测量。
实际测量过程表明：本发明的宽量程组织等效正比计数器的测量范围宽，适用范围广，测量过程方便，操作易于掌握。

Claims (7)

1.一种宽量程组织等效正比计数器，其特征在于：该宽量程组织等效正比计数器包括壳体、分压电路、多路信号采集系统以及位于所述壳体内部自上而下依次叠置的导电组织等效材料阴极板、导电组织等效材料板、GEM膜和阳极板；所述导电组织等效材料板上设有阵列式开孔；所述导电组织等效材料阴极板、导电组织等效材料板、GEM膜均与分压电路相连接；所述阳极板上设有与导电组织等效材料板上的阵列式开孔一一对应的阵列式阳极单元；所述阳极板与多路信号采集系统相连接；所述壳体上设有带有阀门的充气口，壳体内充有组织等效气体。
2.如权利要求1所述的宽量程组织等效正比计数器，其特征在于：所述阳极板上与导电组织等效材料板上的阵列式开孔一一对应的阵列式阳极单元由面积不等的两块以上区块式阳极单元代替。
3.如权利要求1所述的宽量程组织等效正比计数器，其特征在于：所述导电组织等效材料板的材质选用A150组织等效塑料。
4.如权利要求1所述的宽量程组织等效正比计数器，其特征在于：所述GEM膜由两张以上叠置在一起的GEM膜代替。
5.如权利要求1所述的宽量程组织等效正比计数器，其特征在于：所述壳体采用铝壳体。
6.一种如权利要求1所述的宽量程组织等效正比计数器应用于辐射场测量的方法，包括如下步骤：第一步，将宽量程组织等效正比计数器置于待测辐射场中；第二步，随着待测辐射场注量率水平的提高，则应通过多路信号采集系统采集越少的阵列式阳极单元输出的信号并进行信号合并，反之采集越多的阵列式阳极单元输出的信号并进行信号合并；第三步，对第二步采集到的信号进行处理，完成辐射场的测量。
7.一种如权利要求2所述的宽量程组织等效正比计数器应用于辐射场测量的方法，包括如下步骤：第一步，将宽量程组织等效正比计数器置于待测辐射场中；第二步，随着待测辐射场注量率水平的提高，则应通过多路信号采集系统采集面积越低的区块式阳极单元输出的信号，反之采集面积越高的区块式阳极单元输出的信号；第三步，对第二步采集到的信号进行处理，完成辐射场的测量。
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