CN207114779U - 一种无光电倍增管伽玛能谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿探测领域。目的是提供一种无光电倍增管伽玛能谱仪，包括电子学单元室，所述电子学单元室底面与探测器室顶面连接，所述电子学单元室顶面装有把手，所述探测器室内部封装有主探测器，主探测器外围设置多个反符合探测器，多个反符合探测器外层设计有屏蔽层，所述屏蔽层外围设计有由铅材料组成的防护层，所述电子学单元室内部包括充电电池以及控制电路，所述主探测器与多个反符合探测器均包括闪烁晶体，所述闪烁晶体顶面贴有外形为锥体的光耦合体，光耦合体的侧面贴有光电二极管。使得本实用新型的能谱仪具有体积和重量小的优点。

Description

一种无光电倍增管伽玛能谱仪

技术领域

本实用新型涉及矿探测领域，特别是指一种无光电倍增管伽玛能谱仪。

背景技术

在环境问题日益凸显和化石资源短缺的今天，积极推进核能开发，是我国能源建设的一项重要政策。核能、核电的大力发展就要求必须从源头确保充分的资源。鉴于铀矿资源在国防和国民经济建设中具有双重作用的地位，中国要保持核大国的国际地位，就必须有充足的铀资源作为保证，尽快探明一批铀资源，已经成为铀矿地质战线面临的十分紧迫的任务。

目前在铀矿勘查中，放射性勘探仍是寻找铀矿的首选方法，其中伽玛能谱仪是最重要、应用最广泛的设备之一。但传统伽玛能谱仪一般采用晶体加光电倍增管结构，采用光电倍增管会使得能谱仪体积大且重量重的缺点。在野外进行探测工作时，一般都是工作人员用手携带，在正式进行探测之前对人力进行了很大的消耗。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，该伽玛能谱仪具有体积和重量小的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种无光电倍增管伽玛能谱仪，包括电子学单元室，所述电子学单元室底面与探测器室顶面连接，所述电子学单元室顶面装有把手，所述探测器室内部封装有主探测器，主探测器外围设置多个反符合探测器，多个反符合探测器外层设计有屏蔽层，所述屏蔽层外围设计有由铅材料组成的防护层，所述电子学单元室内部包括依次连接的充电电池、电源转换电路以及控制电路，所述主探测器与多个反符合探测器均包括闪烁晶体，所述闪烁晶体顶面贴有外形为锥体的光耦合体，光耦合体的侧面贴有光电二极管。

优选地，所述能谱仪的外形为长方体，主探测器为立方体，4个外形为长方体的反符合探测器相互拼接构成井字型结构。

优选地，所述能谱仪的外形为圆柱体，主探测器为圆柱状，多个反符合探测器拼接构成与主探测器相配合的圆环状结构。

优选地，所述屏蔽层由纯铜板与钨钢板或铅板与钨钢板两层结构组成。

优选地，所述主探测器的闪烁晶体采用LaBr3︰Ce晶体或CsI：Tl晶体，所述反符合探测器的闪烁晶体采用厚度为4cm的CsI：Tl晶体。

优选地，所述光耦合体采用亚克力材料，所述光电二极管分别与稳谱电路、前置放大电路、偏置电源电路连接。

优选地，所述稳谱电路、前置放大电路、偏置电源电路的输出端分别与电子学单元室的控制电路连接。

优选地，所述主探测器采用九个光电二极管，所述反符合探测器采用一个光电二极管。

优选地，所述光电二极管的个数与前置放大电路与偏置电源电路的个数相同。

本实用新型具有以下有益效果：在本实用新型的技术方案中，因为主探测器与多个反符合探测器采用光电二极管与闪烁晶体的联合结构，光电二极管跟光电倍增管相比，光电二极管具有体积和重量小的优点，特别是在使用多个探测器的能谱仪上效果更显著，本实用新型的能谱仪与采用光电倍增管的能谱仪相比具有体积和重量小的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为主探测器与反符合探测器的结构示意图；

图4为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1-3所示，一种无光电倍增管伽玛能谱仪包括电子学单元室1，所述电子学单元室1顶面安装把手3，所述电子学单元室1内部还包括充电电池，充电电池的输出端与电源转换电路连接，电源转换电路的输出端与控制电路连接。所述探测器室2内部封装有主探测器5，主探测器5外围设置多个反符合探测器6，多个反符合探测器6外层设计有屏蔽层7，所屏蔽层7外围设计有防护层8。所述主探测器5与多个反符合探测器6均包括闪烁晶体10，所述闪烁晶体10顶面贴有外形为锥体的光耦合体11，光耦合体11的侧面贴有光电二极管12，且光耦合体11的侧面积与光电二极管12相匹配；所述光电二极管12分别与稳谱电路、前置放大电路以及偏置电源电路连接，且光电二极管12、稳谱电路、前置放大电路以及偏置电源电路制作在一块电路板上。所述电子学单元室1的控制电路通过板间连线分别与稳谱电路、前置放大电路以及偏置电源电路连接。

所述电子学单元室1的可充电电池额定输出7.2V电压，通过采用开关电源方案的电源转换电路，能够将7.2V电压同时转换输出+3.3V电压、+5V电压、－5V电压以及+12V电压，所述电源转换电路为控制电路提供所需电压。本能谱仪所使用的电源转换电路因采用开关电源方案转换效率高，使得电池续航时间大于9小时。

所述把手3的作用可使工作人员携带更方便，把手3与电子学单元室1可以是一体结构，也可以通过螺钉固定及类似方法安装在电子学单元室1上。

所述屏蔽层7，为兼顾机械性能与屏蔽效果，该屏蔽层7由高纯铜板与钨钢板两层结构或铅板与钨钢板两层结合组成，其作用是减少外部射线进入反符合探测器6而造成假符合事件。所述防护层8由铅材料组成，所述防护层8由底面板、前侧面板、后侧面板、左侧面板、右侧面板共5个部件组成，部件之间采用榫卯结构快速互连。所述防护层8设计成可拆卸式，在探测时再将防护层8安装在能谱仪上，能够减轻搬运过程中能谱仪的重量，所述防护层8使得驻地分析时可以大大降低环境本底放射性的影响，在保证精度的前提下，缩短测量时间，实现快速分析。

所述闪烁晶体10将探测到的伽马射线以及自然射线转换为光电子。所述主探测器5的闪烁晶体10采用LaBr3︰Ce晶体或CsI：Tl晶体，本实施例中主探测器5采用的是LaBr3︰Ce晶体，可使探测仪能量分辨率小于4％(铀的1760KeV)。所述反符合探测器6的闪烁晶体10采用厚度为4cm的CsI：Tl晶体。

所述光耦合体11将光电子耦合至光电二极管12上，光耦合体使用高透光率材料，如透光率高达94％的亚克力材料，提高光电子的收集效率。

所述光电二极管12接收到入射光电子后，产生“电子-空穴”对，进而输出电流信号，输出的电流信号与入射光子成正比。所述主探测器5采用多个光电二极管12，为了提高光电子的接收面积从而提高能量分辨率，而本实施例主探测器5采用9个光电二极管12。所述前置放大电路的个数与光电二极管的个数相同。所述反符合探测器6采用的光电二极管个数为至少一个，本实施例反符合探测器2采用的光电二极管个数为1个，故相对应的前置放大电路的个数也为1个。

所述稳谱电路通过监测每个光电二极管的漏电流以及探测器温度，调节每个光电二极管高压的电压值，使光电二极管在不同温度环境下，均保持一致的增压，解决温度对光电二极管带来的影响，从而解决谱漂较大问题。

所述偏置电源电路为光电二极管提供+70V电压，且光电二极管需要独立供电，故光电二极管的数量与偏置电源电路的数量一样。本实用新型偏置电源电路采用集成升压型开关电源结合电荷泵的方式，本实施例电源芯片采用LT3482方案，当然也可采用凌特公司的其他IC产品，比如LT3571。所述偏置电源电路输入电压为+9.6V，输出电压为+70V，为光电二极管提供+70V稳定电压。经过实际测试所述电源芯片可以实现输出范围覆盖60～80V，纹波噪声小于5mV，如果纹波噪声不满足要求可通过多加几级RC滤波电路进一步降低噪声，使得偏置电源电路输出电压稳定性高，纹波噪声低，转换效率高，提高了能谱仪的续航能力以及灵敏度。所述偏置电源电路PCB板的面积与一个一角钱硬币面积相当，所述偏置电源电路简洁小巧，极大的减小了能谱仪的体积与重量。

所述前置放大电路是一个封装在光电二极管12上的快电流放大电路，将光电二极12管输出的电流信号进行放大处理。所述电子学单元室1的控制电路将前置放大电路输出的脉冲信号进行符合处理后输出测量谱线。

结合图4所示，本实用新型在使用过程中，入射光子首先被主探测器5中的闪烁晶体10接收并产生光子，同时通过主探测器5中的光耦合体11耦合至九个光电二极管10中并经过九个前置放大电路输出脉冲信号。入射光子中能量较高的光子还将进入多个反符合探测器6中经过光耦合体11耦合至光电二极管12中并经过前置放大电路输出脉冲信号；然后，控制电路将会对主探测器5输出的脉冲信号和多个反符合探测器6输出的脉冲信号进行符合测量，因能量较高的入射光子同时在主探测器5与反符合探测器6中输出脉冲信号，故不满足符合要求，将会对能量较高的入射光子屏蔽掉，因能量较低的入射光子只会通过主探测器5输出脉冲信号，满足符合要求，控制电路将符合要求的输出脉冲信号进行分析处理，并输出测量谱线。

本实用新型能谱仪基于多光电二极管12、主探测器5与多反符合的探测器6的结构能有效减小能谱仪的体积和重量。再加上小体积的单元电路使得本实用新型仪器重量低于10Kg，具有结构简单、成本低以及便于携带的优点。采用多探测器联合模式能实现选择性探测来自地下近似垂直向上射出的伽玛射线，能更集中有效反映探测点地下直径约5cm、深度达近1m的圆锥柱状岩石土壤中铀元素的平均含量，对异常的判断更灵敏与准确，使得能谱仪的指向性好。

作为优选，一种无光电倍增管伽玛能谱仪的的外形是长方体，主探测器5为立方体，4个外形为长方体的反符合探测器6相互拼接成井字型结构。

作为优选，所述一种无光电倍增管伽玛能谱仪的外形还可以是圆柱体，主探测器5可为圆柱状，多个反符合探测器6拼接成与主探测器5相配合的圆环状结构，所谓相配合是指主探测器5刚好能放入到多个反符合探测器6组成的圆环状结构中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无光电倍增管伽玛能谱仪，包括电子学单元室(1)，所述电子学单元室(1)底面与探测器室(2)顶面连接，所述电子学单元室顶面装有把手(3)，其特征在于：所述探测器室(2)内部封装有主探测器(5)，主探测器(5)外围设置多个反符合探测器(6)，多个反符合探测器(6)外层设计有屏蔽层(7)，所述屏蔽层(7)外围设计有由铅材料组成的防护层(8)，所述电子学单元室(1)内部包括依次连接的充电电池、电源转换电路以及控制电路，所述主探测器(5)与多个反符合探测器(6)均包括闪烁晶体(10)，所述闪烁晶体(10)顶面贴有外形为锥体的光耦合体(11)，光耦合体(11)的侧面贴有光电二极管(12)。

2.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述能谱仪的外形为长方体，主探测器(5)为立方体，4个外形为长方体的反符合探测器(6)相互拼接构成井字型结构。

3.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述能谱仪的外形为圆柱体，主探测器(5)为圆柱状，多个反符合探测器(6)拼接构成与主探测器(5)相配合的圆环状结构。

4.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述屏蔽层(7)由纯铜板与钨钢板或铅板与钨钢板两层结构组成。

5.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述主探测器(5)的闪烁晶体(10)采用LaBr3︰Ce晶体或CsI：Tl晶体，所述反符合探测器(6)的闪烁晶体(10)采用厚度为4cm的CsI：Tl晶体。

6.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述光耦合体(11)采用亚克力材料，所述光电二极管(12)分别与稳谱电路、前置放大电路、偏置电源电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述稳谱电路、前置放大电路、偏置电源电路的输出端分别与电子学单元室(1)的控制电路连接。

8.根据权利要求1所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述主探测器(5)采用九个光电二极管(12)，所述反符合探测器(6)采用一个光电二极管(12)。

9.根据权利要求8所述的一种无光电倍增管伽玛能谱仪，其特征在于：所述光电二极管(12)的个数与前置放大电路与偏置电源电路的个数相同。