CN208367221U - 一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于核技术应用领域的一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架。本实用新型设计了一种为测量γ射线的探测器准备的在输运带上使用的支撑结构，并且在尽量不影响对输运带上测量样品的γ射线探测效率的情况下，用多种材料组合的几何结构为γ射线探测器屏蔽放射源及自然环境本底产生的中子射线、α射线、β射线和γ/X射线干扰，降低对输运带上测量样品的放射性探测下限，提高测量精度。

Description

一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架

技术领域

本实用新型属于核技术应用领域，是一种在输运带上使用的为伽玛射线探测器屏蔽外界干扰射线的支架结构。

背景技术

在日常的核辐射测量工作中，通常都需要考虑各种干扰射线引起的本底计数，干扰射线主要来自周围环境中的放射性，降低本底计数对提高测量精度、降低探测下限有重要意义。例如在测量食品的放射性时，由于食品样品本身的放射性很弱，就需要考虑屏蔽自然环境本底，自然环境本底主要是由⁴⁰K和钍系、铀系和镭系衰变产生的²¹²Pb、²¹²Bi、²¹²Po、²⁰⁸Tl等放射性元素产生的α、β、γ射线，α射线的穿透力很弱，一张纸就可以将α射线阻挡，β射线穿透力稍强，一般用轻金属进行屏蔽，β射线轰击材料时，会产生一定量的X射线，γ射线穿透力最强，应使用原子序数较高密度较大的重金属元素例如铅板屏蔽，此外屏蔽材料特别是金属材料中会有微量放射性元素，这是因为屏蔽材料来自于自然界矿物质，例如来自太空的中子、μ子、高能γ射线会与地球的原子发生核反应生成放射性核素，另外1945年以来因为原子弹爆炸、反应堆故障引起的放射性尘埃将核裂变产生的中等质量放射性核素如¹³⁷Cs、⁹⁰Sr等通过大气层进入地球水圈和岩石圈，因此1945年以后生产的钢铁、铜材、铅板等放射性含量显著高于1945年以前的旧材。

在中子活化缓发能谱测量中，首先中子源辐照输运带上的样品，使样品中的原子核活化变成放射性核素在一定时间内出射特征γ射线，这种特征γ射线大部分在微秒时间内消失，称为瞬发特征γ射线，其特征是能量高、强度大、种类丰富容易出现特征射线的重叠，还有一部分特征γ射线半衰期较长，一般在分钟到小时级，称为缓发特征γ射线，其特征是能量较低(100keV-3MeV)、强度较弱、干扰较少基本不会出现射线重叠，样品在输运带继续向前运动到达探测器测量区域后，只剩余缓发特征γ射线，因为缓发特征γ射线强度较弱，更容易被外部干扰射线例如自然环境本底和中子源辐照的中子及中子辐照周围环境引发的干扰射线影响。

发明内容

本实用新型的目的在于为在输运带上测量γ射线的探测器做一个支撑结构，并且为γ射线探测器屏蔽放射源及自然环境本底的干扰，降低对输运带上待测样品的放射性探测下限，提高测量精度。

为实现上述目标本实用新型在输运带两侧从外到内依次用γ射线屏蔽板、X射线和热中子屏蔽板、电子屏蔽板阻止外来干扰射线进入输运带上的探测器探测区域，在探测器槽处由外到内用中子慢化层、γ射线屏蔽层、X射线和热中子屏蔽层阻止外来射线特别是中子直接进入探测器引起干扰。

对于输运带上的探测器探测区域的屏蔽，以γ射线屏蔽为主，在传送带两侧用屏蔽板阻挡两侧的干扰射线。用γ射线屏蔽材料足以屏蔽自然本底下的α、β射线，因此在最外侧用γ射线屏蔽板阻挡γ射线，γ射线屏蔽板材料由高密度、原子序数高的材料组成，用γ射线屏蔽板材料屏蔽γ射线后，会产生其他较弱的干扰射线，其来源如下：①当γ射线辐照到这种材料后，很容易激发原子产生X射线，例如铅的X射线在75keV左右；②γ射线与屏蔽材料发生光电效应、康普顿效应、电子对效应等，产生连续β射线；③高能β射线辐照到这种材料也会产生韧致辐射，韧致辐射是X射线的一种；④γ射线屏蔽板材料本身会含有微量的辐射，主要有γ射线、β射线。因此在γ射线屏蔽板内侧用一层较薄的X射线和热中子屏蔽板，X 射线和热中子屏蔽板用原子序数较低的轻金属与硼的合金，一般原子出射的X射线能够被轻金属屏蔽且轻金属原子被激发出射的X射线能量低于10keV，同时硼元素可以强烈吸收热中子达到屏蔽热中子的目的。低能γ射线和X射线与轻金属主要发生光电效应产生大量自由电子，因此最内侧用轻元素组成的电子屏蔽板将自由电子完全吸收。

对探测器的屏蔽，以γ射线和中子射线屏蔽为主，将圆柱形的伽玛射线探测器用空心圆台形的屏蔽层包裹起来。在最外侧用含氢元素比例高的材料做中子慢化层，中子与氢发生弹性碰撞损失动能最多，可以将中子动能降低，使快中子成为速度等于常温热运动的热中子。中子与中子慢化层反应会产生高能γ射线，因此用γ射线屏蔽层不仅屏蔽自然环境本底，也屏蔽中子产生的次生辐射。最内侧X射线和热中子屏蔽层由轻金属与硼的合金构成，不仅屏蔽低能γ射线和X射线，也能吸收经中子慢化层慢化的热中子。伽玛射线探测器放置在屏蔽材料围成的探测器槽中，探测器外壳一般由铝合金构成，因此可以阻挡自由电子进入探头内部。

此外，探测器屏蔽层和输运带屏蔽板之间用轻质坚固的棚板连接，用以支撑探测器及其屏蔽层，连接输运带两侧屏蔽板，并可以阻挡探测区域内待测样品产生的α射线、β射线。

本实用新型适用于工业在线核辐射检测场合，可有效降低自然环境和使用的放射源本身对探测器的干扰，达到优化γ射线测量环境，降低探测下限提高测量精度的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的主视图，图2为侧视图，图3为俯视图，图4为三维示意图。

1-中子慢化层，2-γ射线屏蔽层，3-X射线和热中子屏蔽层，4-探测器槽，5-γ射线屏蔽板，6-X射线和热中子屏蔽板，7-电子屏蔽板，8-棚板，9-支架腿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例1

一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架如图1、图2、图3所示，放置探测器的探测器槽(4)由中空圆台形的中子慢化层(1)、γ射线屏蔽层(2)和X射线和热中子屏蔽层(3)由外向内依次环绕，下方由棚板(8)支撑，棚板(8)下方两侧从外到内由γ射线屏蔽板(5)、X射线和热中子屏蔽板(6)、电子屏蔽板(7)组成，支架腿(9)支撑起装置。

样品经过放射源辐照由输运带传送到棚板(8)下方，周围自然环境本底和放射源产生的α射线和β射线被γ射线屏蔽板(5)完全阻挡，γ射线照射到γ射线屏蔽板(5)后大部分被阻挡，但产生X射线， X射线和热中子屏蔽板(6)将绝大部分X射线阻挡，产生的次生自由电子完全被电子屏蔽板(7)阻挡。如果周围环境中有中子辐射，中子经γ射线屏蔽板(5)慢化动能降低，能量较低的热中子被X射线和热中子屏蔽板(6)吸收，部分能量较高的中子仍然可以进入探测区域，但进入探测器槽(4)的概率大大降低。由于需要连续对输运带上的样品进行测量，为保证样品正常运动在输运带方向不能进行屏蔽，因此拉长γ射线屏蔽板(5)、X射线和热中子屏蔽板(6)、电子屏蔽板(7)沿输运带方向的长度，减小周围环境射线进入探测器槽(4)的立体角，达到减少射线干扰的目的。

对伽玛射线探测器的屏蔽在阻挡外界环境射线的基础上，还要保证对输运带上样品的探测效率。因此屏蔽体采用上窄下宽的圆台形设计，圆台侧面与下底面成60度角，保证更多的从探测区域的样品出射的射线进入探测器槽(4)而不会被伽玛射线探测器的屏蔽体阻挡。屏蔽体设计加强中子防护，最外层为含氢元素较高的中子慢化层(1)中子与氢弹性碰撞动能损失最大，可以迅速将能量较高的中子慢化为能量较低的中子，经γ射线屏蔽层(2)进一步慢化后，低能中子被X射线和热中子屏蔽层(3)完全吸收。对γ射线的屏蔽采用γ射线屏蔽层(2)和X射线和热中子屏蔽层(3)组合的方式，在屏蔽γ射线时可屏蔽次生的X射线，最后少量自由电子将被伽玛射线探测器的铝外壳阻挡。

所述探测器槽(4)为圆台体空间，上底面直径20cm，下底面直径60cm，高34.6cm，保证能够容下 6英寸以下的闪烁体探测器，底面较大保证对探测器对探测区域所张立体角，让探测区域尽量多的射线能够进入伽玛射线探测器。

所述中子慢化层(1)为高密度聚乙烯材质中空圆台体，高34.6cm，厚8cm。

所述γ射线屏蔽层(2)为铅材质中空圆台体，高34.6cm，厚1.5cm。

所述X射线和热中子屏蔽层(3)为铜硼合金TB10材质中空圆台体，铜硼合金TB10中铜硼比例为9： 1，高34.6cm，厚0.5cm。

所述γ射线屏蔽板(5)为铅材质薄立方体，高50cm，宽80cm，厚1cm。

所述X射线和热中子屏蔽板(6)为铜硼合金TB10材质薄立方体，铜硼合金TB10中铜硼比例为9： 1，高50cm，宽80cm，厚0.5cm。

所述电子屏蔽板(7)为高密度聚乙烯材质，厚度2cm，高52cm，宽82cm，保证γ射线屏蔽板(5) 和X射线和热中子屏蔽板(6)能够嵌入电子屏蔽板(7)并固定，且强度足够支撑探测器及其圆台体屏蔽层。

所述棚板(8)为高密度聚乙烯材质薄立方体，厚度1.5cm，长82cm，宽度＞70cm，宽度可根据输运带宽度增加；支架腿(9)为铝合金或聚乙烯，高度与输运带高度持平。

Claims (9)

1.一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于，放置探测器的探测器槽(4)由中空圆台形的中子慢化层(1)、γ射线屏蔽层(2)和X射线和热中子屏蔽层(3)由外向内依次环绕，下方由棚板(8)支撑，棚板(8)下方两侧从外到内由γ射线屏蔽板(5)、X射线和热中子屏蔽板(6)、电子屏蔽板(7)组成，支架腿(9)支撑起装置。

2.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述探测器槽(4)为圆台体空间，上底面直径20cm，下底面直径60cm，高34.6cm。

3.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述中子慢化层(1)为高密度聚乙烯材质中空圆台体，高34.6cm，厚8cm。

4.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述γ射线屏蔽层(2)为铅材质中空圆台体，高34.6cm，厚1.5cm。

5.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述X射线和热中子屏蔽层(3)为铜硼合金TB10材质中空圆台体，高34.6cm，厚0.5cm。

6.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述γ射线屏蔽板(5)为铅材质薄立方体，高50cm，宽80cm，厚1cm。

7.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述X射线和热中子屏蔽板(6)为铜硼合金TB10材质薄立方体，高50cm，宽80cm，厚0.5cm。

8.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述电子屏蔽板(7)为高密度聚乙烯材质，厚度2cm，高52cm，宽82cm。

9.根据权利要求1所述一种输运带上使用的核辐射屏蔽支架，其特征在于所述棚板(8)为高密度聚乙烯材质薄立方体，厚度1.5cm，长82cm，宽度＞70cm，宽度可根据输运带宽度增加；支架腿(9)为铝合金或聚乙烯，高度与输运带高度持平。