CN110794468A - 一种基于SiPM的表面污染探测器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于SiPM的表面污染探测器，属于核辐射探测技术，其包括探测器本体、闪烁体、多个SiPM探头以及信号处理模块。探测器本体内部形成多个腔室，腔室的一端贯通探测器本体的顶端并形成进口，腔室的另一端贯通探测器本体的底端并形成出口。闪烁体设于探测器本体的顶部，并封堵进口。每个出口设置有至少一个SiPM探头，SiPM探头用于将α、β射线激发闪烁体产生的并经过腔室的光信号转变成电信号。信号处理模块用于将电信号转变成数字信号。这种探测器利用小型独立腔室与SiPM探头的组合，有效地降低了光信号在腔室中的损耗，有效地提高了探测效率。由于SiPM探头分散分布，提高了探测器表面不同位置上探测效率的均匀性。

Description

一种基于SiPM的表面污染探测器

技术领域

本申请涉及核辐射探测技术领域，具体而言，涉及一种基于SiPM的表面污染探测器。

背景技术

目前市场常见α、β表面污染探测器，通过光电倍增管(PMT)作为光电转换器件，配合信号处理电路实现对放射性物质的探测。

由于使用PMT为光电转换器件，体积较大，由于PMT处于探头中心位置，导致整个探测区域内中心效率高，边缘区域探测效率较低，均匀性较差。

发明内容

本申请实施例提供一种基于SiPM的表面污染探测器，以改善探测效率均匀性差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种基于SiPM的表面污染探测器，包括探测器本体、闪烁体、多个SiPM探头以及信号处理模块；

所述探测器本体内部形成多个腔室，所述腔室的一端贯通所述探测器本体的顶端并形成进口，所述腔室的另一端贯通所述探测器本体的底端并形成出口；

所述闪烁体设于所述探测器本体的顶部，并封堵所述进口；

每个出口设置有至少一个SiPM探头，SiPM探头用于将α、β射线激发所述闪烁体产生的并经过所述腔室的光信号转变成电信号；

信号处理模块用于将所述电信号转变成数字信号。

上述技术方案中，在实际探测中，若探测位置存在α、β射线，α、β射线将激发闪烁体产生光信号，腔室作为光导将光信号导入SiPM探头，SiPM探头作为光电转换元件将光信号转变成电信号，信号处理模块对电信号进行处理，最终得到数字信号，获得探测结果。这种探测器闪烁体对应多个腔室，每个腔室的出口均设有至少一个SiPM探头，SiPM探头具有体积小的优点，利用小型独立腔室与SiPM探头的组合，有效地降低了光信号在腔室中的损耗，有效地提高了探测效率。此外，由于SiPM探头分散分布，提高了探测器表面不同位置上探测效率的均匀性，同时，采用这种分区域探测方式可以有效地对放射性物质进行定位。

另外，本申请实施例提供的基于SiPM的表面污染探测器还具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施例中，所述腔室为锥体；

所述进口位于所述腔室的大端，所述出口位于所述腔室的小端。

上述技术方案中，腔室为锥体，这种结构的腔室对光子具有很好的收集作用，使得闪烁体被激发出的光子从进口进入后能够尽可能多地到达出口并被SiPM探头接收，有效地提高了探测效率。

在本申请的一些实施例中，所述腔室为四棱锥。

上述技术方案中，腔室为四棱锥结构，这种结构的腔室对光子具有更好的收集作用，进一步提高了探测效率。

在本申请的一些实施例中，所述腔室的腔壁涂覆有漫反射层。

上述技术方案中，漫反射层的设置提高了对光子的反射性能，进一步提高了探测效率。

在本申请的一些实施例中，所述探测器本体包括多个连接体，每个连接体内对应设置一个腔室；

所述连接体的外轮廓形状与腔室的形状相同。

上述技术方案中，每个连接体对应设置一个腔室，连接体的外轮廓形状与腔室的形状相同，即连接体的形状也为锥形，这种结构使得各个连接体的小端之间存在间隙，减少了整个探测器本体的重量。

在本申请的一些实施例中，多个所述腔室矩形阵列分布于所述探测器本体内。

上述技术方案中，各个腔室矩形阵列分布于探测器本体内，腔室排布规则，进一步提高了探测效率的均匀性。

在本申请的一些实施中，所述信号处理模块设置于所述探测器本体的底部，所述SiPM探头设置于所述信号处理模块上。

上述技术方案中，信号处理模块设置于探测器本体的底部，且SiPM探头设置于所述信号处理模块上，结构紧凑，探测器具有很好的整体性。

在本申请的一些实施例中，所述基于SiPM的表面污染探测器还包括保护体，所述保护体设于所述闪烁体的顶部。

上述技术方案中，闪烁体顶部的保护体对闪烁体可起到很好的保护作用，保证闪烁体不易被损坏。此外，保护体还可起到避光作用。

在本申请的一些实施例中，所述基于SiPM的表面污染探测器还包括外壳，所述外壳顶部具有开口；

所述探测器本体、所述SiPM探头和所述信号处理模块均位于所述外壳内，所述闪烁体封堵于所述开口。

上述技术方案中，探测器本体、SiPM探头和信号处理模块均封装于外壳内，外壳可对探测器本体、SiPM探头和信号处理模块起到很好的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的基于SiPM的表面污染探测器去除保护体和外壳后的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的基于SiPM的表面污染探测器的剖视图；

图3为图1所示的探测器本体的俯视图。

图标：100-基于SiPM的表面污染探测器；10-探测器本体；11-腔室；111-进口；112-出口；12-连接体；20-闪烁体；30-探头；40-信号处理模块；50-保护体；60-外壳。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

实施例

本申请实施例提供一种基于SiPM的表面污染探测器100，具有探测效率均匀性好的优点。以下结合图1-图3对基于SiPM的表面污染探测器100进行详细阐述。

图1为本申请实施例提供的基于SiPM的表面污染探测器100去除保护体50和外壳60后的结构示意图；图2为本申请实施例提供的基于SiPM的表面污染探测器100的剖视图；图3为图1所示的探测器本体10的俯视图。

结合图1、图2，基于SiPM的表面污染探测器100包括探测器本体10、闪烁体20、多个SiPM(硅光电倍增管，Silicon photomultiplier)探头30以及信号处理模块40。

探测器本体10内部形成多个腔室11，腔室11的一端贯通探测器本体10的顶端并形成进口111，腔室11的另一端贯通探测器本体10的底端并形成出口112。闪烁体20设于探测器本体10的顶部，并封堵进口111。每个出口112设置有至少一个SiPM探头30，SiPM探头30用于将α、β射线激发闪烁体20产生的并经过腔室11的光信号转变成电信号。信号处理模块40用于将电信号转变成数字信号。

在实际探测中，若探测位置存在α、β射线，α、β射线将激发闪烁体20产生光信号，腔室11作为光导将光信号导入SiPM探头30，SiPM探头30作为光电转换元件将光信号转变成电信号，信号处理模块40对电信号进行处理，最终得到数字信号，获得探测结果。

上述结构中，闪烁体20对应多个腔室11，每个腔室11的出口112均设有至少一个SiPM探头30，SiPM探头30具有体积小的优点，利用小型独立腔室11与SiPM探头30的组合，有效地降低了光信号在腔室11中的损耗，有效地提高了探测效率。此外，每个腔室11对应的一组SiPM探头30采集到的信号，即为对应腔室11区域探测到的射线信号。一方面，每组SiPM探头30只能收集到闪烁体20对应区域产生的光子，且闪烁体20对应区域内产生的光子与SiPM探头30的距离基本相同，不同位置产生的光子被收集到的概率相近，提高了探测器表面不同位置上探测效率的均匀性；另一方面，采用这种分区域探测方式可以有效地对放射性物质进行定位。

其中，如图3所示，探测器本体10内的各个腔室11均为独立的空气腔室11，各个腔室11矩形阵列分布于探测器本体10内，腔室11排布规则紧密，进一步提高了探测效率的均匀性。

探测器本体10的顶部为矩形，各个腔室11均为探测本体顶部的区域。示例性的，腔室11为四个。

其中，腔室11作为光子的传输通道，其可以是多种形状，如，长方体、圆柱体、锥体等。

本实施例中，如图2所示，腔室11为锥体，进口111位于腔室11的大端，出口112位于腔室11的小端。这种结构的腔室11对光子具有很好的收集作用，使得闪烁体20被激发出的光子从进口111进入后能够尽可能多地到达出口112并被SiPM探头30接收，有效地提高了探测效率。

示例性的，腔室11为四棱锥。这种结构的腔室11对光子具有更好的收集作用，进一步提高了探测效率。

继续参照图3，由于腔室11为四棱锥结构，四个腔室11在探测器本体10的顶部构成“田”字形结构，腔室11的进口111和出口112均为矩形。

其中，腔室11的进口111与腔室11的出口112同轴布置。

在其他实施例中，腔室11也可以是三棱锥、五棱锥、六棱锥等。当然，腔室11也可以呈圆锥状。

进一步地，腔室11的腔壁涂覆有漫反射层。漫反射层的设置提高了对光子的反射性能，使得光子从进口111进入腔室11后经过漫反射层多次反射后能够尽可能多地到达出口112并被SiPM探头30接收，进一步提高了探测效率。

继续参照图1，探测器本体10包括多个连接体12，每个连接体12内对应设置一个腔室11。连接体12的外轮廓形状与腔室11的形状相同。

上述结构中，每个连接体12对应设置一个腔室11，连接体12的外轮廓形状与腔室11的形状相同，即连接体12的形状也为四棱锥形，连接体12也为上大下小的结构，使得各个连接体12的小端之间存在间隙，减少了整个探测器本体10的重量。

其中，每相邻的两个连接体12的大端的边缘相连。

闪烁体20在α、β射线的作用下能够发出光子，本实施例中，闪烁体20为塑料闪烁体20。

示例性的，闪烁体20为矩形板状结构，闪烁体20的矩形轮廓与探测器本体10顶部的矩形轮廓大小一致，闪烁体20连接于探测器本体10顶部后，闪烁体20封堵所有腔室11的进口111，各个腔室11基本将闪烁体20均分。

当然，闪烁体20可以通过多种方式固定于探测器本体10的顶部，比如闪烁体20通过粘接或连接件(螺栓、螺钉等)与探测器本体10固定。

SiPM探头30为光电转换元件，其作用是将光信号转变成电信号。每个腔室11对应一组SiPM探头30，每组SiPM探头30用于采集与其对应的腔室11区域探测到的射线信号。每组SiPM探头30中的SiPM探头30的数量可以是一个、两个、三个等。

信号处理模块40的作用是对电信号进行处理，最终将电信号转变成数字信号。信号处理模块40的电路结构具体可参见相关技术，在此不再赘述。

信号处理模块40为PCB(印制电路板，Printed Circuit Board)板。

可选地，信号处理模块40设置于探测器本体10的底部，SiPM探头30设置于信号处理模块40上，这种布置方式结构紧凑，探测器具有很好的整体性。

其中，各个SiPM探头30通过引线与信号处理模块40连接，以实现SiPM探头30与信号处理模块40的电连接。

需要说明的是，信号处理模块40中设有显示屏，在进行探测时，显示屏上可同时显示各个腔室11内SiPM探头30探测出的射线量，便于快速实现反射性物质定位。最终的探测结果为各个SiPM探测出的射线量的总和。假如，每组SiPM探头30中包含三个SiPM探头30，即每个腔室11的出口112对应设置三个SiPM探头30，由于腔室11为四个，则SiPM探头30总数为12个，最终的探测结果则为12个SiPM探头30探测出的射线量的总和。

进一步地，如图2所示，基于SiPM的表面污染探测器100还包括保护体50，保护体50设于闪烁体20的顶部。

闪烁体20顶部的保护体50对闪烁体20可起到很好的保护作用，保证闪烁体20不易被损坏。此外，保护体50位于闪烁体20的顶部还可起到避光作用。

示例性的，保护体50包括钢网和薄铝箔，薄铝箔覆盖于闪烁体20的顶部，钢网设于薄铝箔上方。

薄铝箔可以通过粘接的方式与闪烁体20连接；钢网也可通过粘接的方式与薄铝箔连接。

此外，本实施例中，基于SiPM的表面污染探测器100还包括外壳60，外壳60顶部具有开口。探测器本体10、SiPM探头30和信号处理模块40均位于外壳60内，闪烁体20封堵于开口，即探测器本体10、SiPM探头30和信号处理模块40均封装于外壳60内，外壳60可对探测器本体10、SiPM探头30和信号处理模块40起到很好的保护作用。

其中，外壳60包括四个侧壁和连接于四个侧壁底部的底壁，每个侧壁呈向外凸出的圆弧形，信号处理模块40放置于底壁上，每个侧壁的内表面与探测器本体10存在间隙。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，包括：

探测器本体，所述探测器本体内部形成多个腔室，所述腔室的一端贯通所述探测器本体的顶端并形成进口，所述腔室的另一端贯通所述探测器本体的底端并形成出口；

闪烁体，所述闪烁体设于所述探测器本体的顶部，并封堵所述进口；

多个SiPM探头，每个出口设置有至少一个SiPM探头，SiPM探头用于将α、β射线激发所述闪烁体产生的并经过所述腔室的光信号转变成电信号；

信号处理模块，用于将所述电信号转变成数字信号。

2.根据权利要求1所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述腔室为锥体；

所述进口位于所述腔室的大端，所述出口位于所述腔室的小端。

3.根据权利要求2所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述腔室为四棱锥。

4.根据权利要求2所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述探测器本体包括多个连接体，每个连接体内对应设置一个腔室；

所述连接体的外轮廓形状与腔室的形状相同。

5.根据权利要求1所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述腔室的腔壁涂覆有漫反射层。

6.根据权利要求1所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，多个所述腔室矩形阵列分布于所述探测器本体内。

7.根据权利要求1所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述信号处理模块设置于所述探测器本体的底部，所述SiPM探头设置于所述信号处理模块上。

8.根据权利要求1所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述基于SiPM的表面污染探测器还包括保护体，所述保护体设于所述闪烁体的顶部。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于SiPM的表面污染探测器，其特征在于，所述基于SiPM的表面污染探测器还包括外壳，所述外壳顶部具有开口；

所述探测器本体、所述SiPM探头和所述信号处理模块均位于所述外壳内，所述闪烁体封堵于所述开口。

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