CN204374429U - 一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，探测器包括底部、筒体、充气管路、阀门、光电倍增管、反光层和避光层。底部、筒体、充气管路和阀门组成中空的圆柱体密闭容器，放射性气体核素样品充入探测器空腔中，该探测器既是承载气体样品的源盒(耐压范围为0-2.5×10⁵Pa)，又是测量β射线的探测器，对气体样品具有4π立体角，提高了气体放射性核素β射线探测效率和能量分辨率。

Description

一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器

技术领域

本实用新型涉及一种用于放射性气体核素测量的充气式探测器，具体涉及放射性气体核素β射线测量。

背景技术

随着国内外核电站数量的逐渐增加，核设施发生异常释放或事故，会造成放射性气体泄漏到大气中，带来了新的环境监测问题，由于这些放射性气体在大气中扩散稀释并不断衰变，大气中放射性氙活度很低，因此，开展痕量放射性气体活度测量，提高气体核素活度测量探测灵敏度，可为核事故预警、应急和评估提供宝贵数据，对保护公众、保护环境辐射安全起到积极的作用。

β-γ符合测量方法是一种探测灵敏度较高的气体放射性核素测量方法，文献“CTBT惰性气体氙样品中放射性氙同位素活度测量方法”(核电子学与探测技术，2011，第31卷第2期)介绍了采用塑料闪烁体β探测器和NaI(Tl)γ探测器符合测量氙同位素活度的方法，为进一步提高β-γ符合测量方法的分辨率和灵敏度，我们提出采用采用塑料闪烁体β探测器与HPGe探测器进行符合测量的方法，但现有的β探测器由于两端放置光电倍增管，不能与HPGe探测器配合使用，且体积(样品容量)较小，无法满足较大体积样品测量。

发明内容

为了解决现有β探测器无法与HPGe探测器配合使用的技术问题，本实用新型提供了一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器。

本实用新型的技术解决方案是：

一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特殊之处在于：包括

底部、筒体、光电倍增管、充气管路及阀门；

所述底部和光电倍增管分别位于筒体两端与筒体共同形成一密闭容器，所述底部和筒体的材料为探测材料，

所述充气管路通过设置在筒体侧壁上的通孔与筒体相连通，所述阀门设置在充气管路上，

所述底部及筒体外还设置有反光层，所述充气式探测器的最外侧还包裹有避光层。

上述底部及筒体的形状均与光电倍增管的形状相匹配。

上述光电倍增管的形状为圆柱形，所述筒体为与光电倍增管形状相匹配的空心圆柱，所述底部为形状与筒体相匹配的圆片。

上述底部的外径为50mm，壁厚5mm；

所述圆筒的直径为50mm，厚度为2mm；

所述密闭容器空间体积为13mL。

上述探测材料为塑料闪烁体。

还包裹在底部外表面的反光层的为镜面反射层，包裹在筒体外的反光层为漫反射层。

上述镜面反射层为铝箔或ESR高反射率镜面反射膜，

所述漫反射层为聚四氟乙烯膜，

所述避光层的材料为黑胶带或铝。

上述底部与筒体体之间粘结，所述筒体与充气管路之间粘结。

本实用新型具有的有益效果：

1、本实用新型的探测器为单侧光电倍增管结构，可与HPGe探测器配合使用。

2、本实用新型的探测器为中空的圆柱体结构，既是β探测器又是承载气体样品的源盒，又实现了β射线的高效探测，β射线探测器效率大于90％，与现有探测器75％的β效率相比，具有非常显著的进步，能够满足痕量放射性气体活度测量的需要。

3、本实用新型所述探测器底部厚度仅为2mm，减小了对γ射线吸收。

4、本实用新型所述探测器结构精巧，β射线探测效率高，外径50mm，可与光电倍增管很好匹配。

5、本实用新型所述探测器内部空间体积为13mL，可满足较大体积样品测量。

附图说明

图1为中空充气式塑料闪烁体探测器装配前结构示意图；

图2为中空充气式塑料闪烁体探测器装配后结构示意图；

图3为中空充气式塑料闪烁体探测器封装后结构示意图；

图4为β-γ符合获取的¹³³Xe样品的原始γ能谱和符合γ能谱；

1—底部；2—筒体；3—光电倍增管；4—高压接口；5—信号接口；6—阀门；7—充气管路；8—镜面反射膜；9—漫反射膜；10—避光层；11—¹³³Xe原始γ能谱；12—¹³³Xe符合γ能谱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1-3所示，本实用新型的一种充气式探测器包括底部1、筒体2、光电倍增管3、充气管路7及阀门6、高压接口4、信号接口5，底部1、光电倍增管3分别设置在筒体2的两端使得筒体2形成中空的容器，底部1和筒体2材料均为探测材料，充气管路7通过设置在筒体2侧壁上的通孔与筒体2相连通，阀门6设置在充气管路7上，在封装时，还需在筒体2和底部1外贴反光层，在整个充气式探测器的最外侧裹有避光层10。

本实用新型探测器的探测原理是：β射线与探测材料相互作用产生荧光，荧光经发射层反射进入光电倍增管将光信号转换为电信号。本发明的探测材料可选用塑料闪烁体外，别的材料不太容易加工。

以上描述为本发明充气式探测器的基本结构，该结构一端为光电倍增管3，另一端为底部1，设置底部1的一端放置在HPGe探测器上，实现充气式探测器与HPGe探测器的符合，由于本发明的探测器只具有一个光电倍增管3，因此，为了提高本发明探测器的探测效率，本发明在底部1的外侧及筒体2的外侧壁增添高效反光层的作用是以防止β射线产生的荧光损失，提高探测灵敏度及效率。另外，在整个探测器的外表面包裹避光层10的作用是防止外界的光进入，引起不必要的信号。

另外，本发明的底部1及筒体2的形状不一定是圆的，别的形状也可以，但是现在光电倍增管一般是圆形，为方便匹配，本发明的底部形状可选圆形，筒体的形状可选圆柱形，除此之外，圆形的探测效率也高。

进一步的，本发明对反光层进行了差别设计，在底部1外包裹的反射层为镜面反射层8，以使荧光高效向对面设置的光电倍增管3方向反射；再在筒体2外包裹的反射层为漫反射层9，其优点是通过多次漫反射，使荧光尽可能反射进入光电倍增管3。

进一步的，本发明充气管路7材料为不锈钢、铝或铜，镜面反射膜8为铝箔或ESR高反射率镜面反射膜，厚度为200μm，对γ射线吸收极小，其中ESR高反射率镜面反射膜反射率达到99％，保证在塑料闪烁体中产生的荧光反射进入光电倍增管；漫反射膜9为聚四氟乙烯膜，反射率达到98％，避光材料为黑胶带或铝。所选的反射和避光材料原子序数均较低，减小了符合测量中其对γ射线的吸收。

再进一步的，申请人为了满足较大体积样品测量并进一步提高探测效率，对本发明的结构尺寸进行了进一步的优化，具体是：筒体外径为50mm，与光电倍增管光阴极匹配，直接用硅油耦合连接，壁厚5mm，提高荧光收集效率；探测材料侧壁上的通孔为2mm；底部直径为50mm，厚度为2mm，可减小其对γ射线的吸收；密闭容器空间体积为13mL，可满足较大体积样品测量。另外长径比不太好限定，体积是可以做大的，做大了效率会有所降低，太小不太容易加工。

对本发明中空充气式塑料闪烁体探测器进行抽真空测试和耐压测试，结果表明该探测器可承载2.5×10⁵Pa的压力，密封性能良好。

充入¹³³Xe样品，采用下式对本发明的探测器β射线探测效率进行了测试，测量的符合能谱12和原始能谱11示于图4，结果表明，该探测器对¹³³Xeβ射线探测效率大于90％。

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}=\frac{n_{\mathrm{\γc}}}{n_{\mathrm{\γ}}\·P_{\mathrm{\β}}}$

式中，n_γ为原始谱γ射线峰计数率；

n_γc为符合谱γ射线峰计数率；

P_β为β射线发射几率。

Claims (8)

1.一种用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：包括底部、筒体、光电倍增管、充气管路及阀门；

所述底部和光电倍增管分别位于筒体两端与筒体共同形成一密闭容器，所述底部和筒体的材料为探测材料，

所述充气管路通过设置在筒体侧壁上的通孔与筒体相连通，所述阀门设置在充气管路上，

所述底部及筒体外还设置有反光层，所述充气式探测器的最外侧还包裹有避光层。

2.根据权利要求1所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：

所述底部及筒体的形状均与光电倍增管的形状相匹配。

3.根据权利要求2所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：

所述光电倍增管的形状为圆柱形，所述筒体为与光电倍增管形状相匹配的空心圆柱，所述底部为形状与筒体相匹配的圆片。

4.根据权利要求3所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：

所述底部的外径为50mm，壁厚5mm；

所述筒体的直径为50mm，厚度为2mm；

所述密闭容器空间体积为13mL。

5.据权利要求1或2或3或4所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：所述探测材料为塑料闪烁体。

6.根据权利要求5所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：

包裹在底部外表面的反光层的为镜面反射层，包裹在筒体外的反光层为漫反射层。

7.根据权利要求6所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其 特征在于：

所述镜面反射层为铝箔或ESR高反射率镜面反射膜，

所述漫反射层为聚四氟乙烯膜，

所述避光层的材料为黑胶带或铝。

8.根据权利要求7所述的用于放射性气体核素测量的充气式β探测器，其特征在于：

所述底部与筒体体之间粘结，所述筒体与充气管路之间粘结。