CN108287362B - 反符合超低本底HPGeγ谱仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种反符合超低本底HPGeγ谱仪，包括样品室和杜瓦瓶，样品室设置有封闭空腔，杜瓦瓶的瓶口插接有冷指，冷指穿过封闭空腔底部延伸至封闭空腔内，冷指位于封闭空腔内部的一端固定连接有HPGe探测器，样品室从外到内依次设置有外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层，外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层均设置有封闭内腔，于消除建筑材料中的天然放射性核素和次级宇宙射线软成分对塑料闪烁探测器计数率和谱仪本底的影响，能够解决测试过程中本底干扰大、测量准确度低的问题。

Description

反符合超低本底HPGeγ谱仪

技术领域

本公开一般涉及环境监测领域，具体涉及核辐射监测领域，尤其涉及一种反符合超低本底HPGeγ谱仪。

背景技术

低本底γ谱仪在辐射防护、环境监测、大气现象、食品卫生等方面都有重要的应用。随着人们对环境保护工作的日益重视，对放射性分析水平的下限也提出了更高的要求，特别是在样品放射性极其微弱的情况下，要求最大限度地降低本底。

以HPGe为主探测器的γ谱仪本底成分的主要来源包括：(1)土壤及建筑材料中的天然放射性，主要是238U、232Th衰变的子体以及40K，也有重核自发裂变和(α，n)反应产生的中子；(2)屏蔽材料和探测原件中的放射性同位素和引入的放射性杂质或污染；(3)宇宙射线诱发的本底，包括μ子本身以及μ子在屏蔽材料上产生的中子、高能电子等产生的本底。如何降低本底减少测试过程中环境的干扰成为了行业问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种降低本底、提高测量准确性的反符合超低本底HPGeγ谱仪。

第一方面，本发明的反符合超低本底HPGeγ谱仪，包括样品室和杜瓦瓶，样品室设置有封闭空腔，杜瓦瓶的瓶口插接有冷指，冷指穿过封闭空腔底部延伸至封闭空腔内，冷指位于封闭空腔内部的一端固定连接有HPGe探测器，样品室从外到内依次设置有外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层，外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层均设置有封闭内腔。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过外铅层初步降低环境γ和宇宙射线软成分；塑闪层起反符合屏蔽，降低宇宙射线硬成分和中子本底；镉片层吸收热中子，降低热中子本底；内铅层进一步屏蔽环境中的γ与热中子在镉上产生的γ；铜层阻挡X射线和铅本身射线，外铅层和内铅层构成了物质屏蔽，用于消除建筑材料中的天然放射性核素和次级宇宙射线软成分对塑料闪烁探测器计数率和谱仪本底的影响，能够解决测试过程中本底干扰大、测量准确度低的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的实施例的反符合超低本底HPGeγ谱仪的结构示意图；

图2为本发明的实施例的反符合超低本底HPGeγ谱仪的杜瓦瓶和升降装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例的反符合超低本底HPGeγ谱仪的冷指的结构示意图；

图4为本发明的实施例的反符合超低本底HPGeγ谱仪的弹性固定圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，本发明的反符合超低本底HPGeγ谱仪，包括样品室10和杜瓦瓶20，样品室10设置有封闭空腔11，杜瓦瓶20的瓶口插接有冷指21，冷指21穿过封闭空腔11底部延伸至封闭空腔11内，冷指21位于封闭空腔11内的一端固定连接有HPGe探测器22，样品室10从外到内依次设置有外铅层12、塑闪层13、镉片层14、内铅层15和铜层16，外铅层12、塑闪层13、镉片层14、内铅层15和铜层16均设置有封闭内腔。

在本发明的实施例中，反符合超低本底HPGeγ谱仪，包括样品室和杜瓦瓶，样品室设置有封闭空腔，封闭空腔可以但不仅仅为圆柱形空腔，将封闭空腔设置为柱形空腔能够抑制宇宙射线μ子，还可以慢化或热化来自外部的快中子，杜瓦瓶的瓶口插接有冷指，冷指穿过封闭空腔底部延伸至封闭空腔内，冷指位于封闭空腔内部的一端固定连接有探测器，探测器的探头上可以放置马林杯，样品室从外到内依次设置有外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层，铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层均设置有封闭内腔，外铅层初步降低环境γ和宇宙射线软成分；塑闪层起反符合屏蔽，降低宇宙射线硬成分和中子本底；镉片层吸收热中子，降低热中子本底；内铅层进一步屏蔽环境中的γ与热中子在镉上产生的γ；铜层阻挡X射线和铅本身射线，外铅层和内铅层构成了物质屏蔽，用于消除建筑材料中的天然放射性核素和次级宇宙射线软成分对塑料闪烁探测器计数率和谱仪本底的影响，塑闪层用作反符合屏蔽，镉片层作为热中子屏蔽，吸收各个方向入射的中子，铜层的材料可选择为无氧铜层，用于屏蔽²¹⁰Pb子体²¹⁰Bi的射线产生的轫致辐射，使用物质屏蔽、反符合屏蔽和热中子屏蔽紧密结合降低本底。采用物质屏蔽降低宇宙射线软成分和周围的天然辐射本底；以塑料闪烁体作为反符合探测器，采用反符合技术可以大幅度降低次级宇宙射线μ子产生的本底，同时经塑料闪烁体的慢化和反符合技术，亦有效抑制快中子非弹性散射引发的本底；通过有效的热中子屏蔽可大幅度降低屏蔽材料等热中子俘获反应产生的本底。反符合屏蔽联合热中子屏蔽有效的降低μ子和中子本底，对低本底γ谱仪可进一步降低本底水平。

进一步的，封闭空腔11底部设置有阶梯孔111，冷指21套接有阶梯轴23，阶梯轴23与阶梯孔111套接配合使封闭空腔的内腔与外界隔绝，阶梯孔111靠近封闭空腔11的孔径大于阶梯孔111远离封闭空腔11的孔径。

在本发明的实施例中，封闭空腔底部设置有阶梯孔，冷指套接有阶梯轴，阶梯轴与阶梯孔套接配合，阶梯孔靠近封闭空腔的孔径大于阶梯孔远离封闭空腔的孔径，冷指能够跟随杜瓦瓶沿竖直方向上运动，实现将HPGe探测器伸入或者抽出样品室内，当需要进行更换样品时，可以直接将冷指抽出，阶梯轴脱离阶梯孔，冷指从样品室内抽出，然后对样品室内的样品进行更换，在将冷指插入样品室内进行检测，阶梯轴紧贴阶梯孔，将样品室的内腔隔成封闭空腔，操作简单方便，避免了现有技术需要将样品室进行拆除来更换样品。

进一步的，阶梯轴23设置有铜轴232和铅轴231，铅轴231设置在杜瓦瓶20与铜轴232之间，铜轴232设置在铅轴231与HPGe探测器22之间，铅轴231的直径大于铜轴232的直径，铅轴231与阶梯孔111套接配合。

在本发明的实施例中，当阶梯轴紧贴阶梯孔时，阶梯轴和阶梯孔配合将样品室内腔隔成封闭空腔，降低本底，减少外界的干扰，同时，在阶梯轴和阶梯孔的配合处能够构成一个完整的封闭的屏蔽层，有效地对物质进行屏蔽，有效地降低本底，提高了检测结果的精确性，当需要对马林杯234中的样品进行更换时，可以使杜瓦瓶整体下降，阶梯轴脱离阶梯孔，当马林杯234完全脱离样品室的封闭空腔时，对马林杯进行更换样品，更换完成后，在将杜瓦瓶上升，使阶梯轴紧贴阶梯孔，然后探测器在样品室内对马林杯中的样品进行检测，提高了更换效率。

进一步的，铅轴231外侧包覆有钢套235，钢套235与阶梯孔111套接配合。

在本发明的实施例中，铅轴外侧包覆有钢套提高铅轴的支撑力，弥补的铅轴强度不够的问题，钢套与阶梯孔套接配合，对封闭空腔进行多层屏蔽，进一步地降低本体，提高检测结果的准确性。

参考图1和2，进一步的，包括升降装置30，升降装置30设置有托盘31，杜瓦瓶20固定在托盘31上，托盘31滑动连接有滑轨34，托盘31固定连接有螺母，螺母螺接有螺杆35，螺杆35与滑轨34可滑动地固定连接。

在本发明的实施例中，包括升降装置，升降装置设置有托盘，杜瓦瓶固定在托盘上，可选的，杜瓦瓶的瓶底固定有固定片，固定片螺接在托盘上，实现杜瓦瓶可拆卸地固定在托盘上，方便安装和运输，托盘滑动连接有滑轨，托盘能够沿滑轨的方向进行滑动，托盘固定连接有螺母，螺母螺接有螺杆，可以使用驱动电机驱动螺杆转动，实现托盘的上下运动，从而带动杜瓦瓶的上下运动，当需要更换样品时，使托盘向下运动，将冷指抽出，阶梯轴脱离阶梯孔，冷指从样品室内抽出，然后对样品室内的样品进行更换，在将冷指插入样品室内进行检测，阶梯轴紧贴阶梯孔，将样品室的内腔隔成封闭空腔，操作简单方便，避免了现有技术需要将样品室进行拆除来更换样品。螺杆与滑轨固定连接。

进一步的，托盘31固定连接有连接板32，连接板32背向托盘31的一侧固定连接有滑块33，滑块33与滑轨34滑动连接。

在本发明的实施例中，托盘固定连接有连接板，可以但不仅仅为，连接板和托盘垂直，连接板和托盘之间还固定有加强板，进一步加强连接结构，连接板背向托盘的一侧固定连接有滑块，滑块与滑轨滑动连接，滑块在滑轨上滑动，实现导向作用。

进一步的，在竖直方向上，样品室10设置在杜瓦瓶20之上。

在本发明的实施例中，在竖直方向上，样品室设置在杜瓦瓶之上，使用马林杯样品盒，通过控制升降装置对杜瓦瓶进行上下调节，实现了样品的简单快速地更换，解决了更换样品时需要大量人员和时间的问题。而且使设备更加整体化和结构化，节省更大的空间。

进一步的，杜瓦瓶20的排气口通过软管40与封闭空腔11连通。

在本发明的实施例中，杜瓦瓶的排气口通过软管与封闭空腔连通，具体地，样品室底部开有小孔，杜瓦瓶会在使用过程中自然蒸发氮气，通过软管将杜瓦瓶自然蒸发氮气的排气口与小孔相连接，将杜瓦瓶内的自然蒸发氮气导入样品室的封闭空腔内。不仅去除了空气中氡气对本底的影响，进一步降低了本底的水平，而且还充分利用了自然蒸发的氮气，使资源得到了最大化的利用，节约成本。

参考图3和4，进一步的，HPGe探测器22与冷指21套接，冷指21套接有弹性固定圈211，弹性固定圈211紧贴HPGe探测器22面向杜瓦瓶20的一侧，弹性固定圈211设置有缺口212，弹性固定圈211相对设置有两个固定孔，两个固定孔分别设置在缺口212的两侧，螺钉穿过一个固定孔与另一个固定孔螺接。

在本发明的实施例中，HPGe探测器与冷指套接，冷指套接有弹性固定圈，弹性固定圈紧贴探测器面向杜瓦瓶的一侧，弹性固定圈设置有缺口，固定圈相对设置有两个固定孔，两个固定孔分别设置在缺口的两侧，螺钉穿过一个固定孔与另一个固定孔螺接，通过弹性固定圈固定在冷指上的位置，实现对HPGe探测器位置的调节。

进一步的，杜瓦瓶20的瓶口固定有金属套圈213，金属套圈213与杜瓦瓶20之间固定有橡胶塞214。

在本发明的实施例中，杜瓦瓶的瓶口固定有金属套圈，金属套圈与杜瓦瓶之间固定有橡胶塞，通过金属螺丝穿过金属套圈和橡胶塞，来将金属套圈和橡胶塞固定在杜瓦瓶的瓶口，冷指穿过金属套圈和橡胶塞，提高了杜瓦瓶的保温效果，减少热对流。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，包括样品室和杜瓦瓶，所述样品室设置有封闭空腔，所述杜瓦瓶的瓶口插接有冷指，所述冷指穿过所述封闭空腔底部延伸至所述封闭空腔内，所述冷指位于所述封闭空腔内的一端固定连接有HPGe探测器，所述样品室从外到内依次设置有外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层，所述外铅层、塑闪层、镉片层、内铅层和铜层均设置有封闭内腔，所述封闭空腔底部设置有阶梯孔，所述冷指套接有阶梯轴，所述阶梯轴与所述阶梯孔套接配合使所述封闭空腔的内腔与外界隔绝，所述阶梯孔靠近所述封闭空腔的孔径小于所述阶梯孔远离所述封闭空腔的孔径，在竖直方向上，所述样品室设置在所述杜瓦瓶之上，包括升降装置，所述升降装置设置有托盘，所述杜瓦瓶固定在所述托盘上，所述托盘滑动连接有滑轨，所述托盘固定连接有螺母，所述螺母螺接有螺杆，所述螺杆与所述滑轨可转动地固定连接。

2.根据权利要求1所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述阶梯轴设置有铜轴和铅轴，所述铅轴设置在所述杜瓦瓶与所述铜轴之间，所述铜轴设置在所述铅轴与所述HPGe探测器之间，所述铅轴的直径大于所述铜轴的直径，所述铅轴与所述阶梯孔套接配合。

3.根据权利要求2所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述铅轴外侧包覆有钢套，所述钢套与所述阶梯孔套接配合。

4.根据权利要求1所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述托盘固定连接有连接板，所述连接板背向所述托盘的一侧固定连接有滑块，所述滑块与所述滑轨滑动连接。

5.根据权利要求1所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述杜瓦瓶的排气口通过软管与所述封闭空腔连通。

6.根据权利要求1所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述HPGe探测器与所述冷指套接，所述冷指套接有弹性固定圈，所述弹性固定圈紧贴所述HPGe探测器面向所述杜瓦瓶的一侧，所述弹性固定圈设置有缺口，所述弹性固定圈相对设置有两个固定孔，所述两个固定孔分别设置在所述缺口的两侧，螺钉穿过一个固定孔与另一个固定孔螺接。

7.根据权利要求1所述的反符合超低本底HPGeγ谱仪，其特征在于，所述杜瓦瓶的瓶口固定有金属套圈，所述金属套圈与所述杜瓦瓶之间固定有橡胶塞。