CN209387885U - 一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室，该平板电离室包括工作气体、入射窗、保护环、平板电极以及基座；其中基座内形成有圆柱形的电离室空腔，用以容纳工作气体；入射窗为一端开口一端封闭的圆柱体，其外侧壁上设置有螺纹，开口端扣合在所述电离室空腔底部上；所述电离室空腔的内侧壁上形成有与入射窗上螺纹相配合的螺纹，以使得入射窗通过旋钮的方式固定在基座上；电离室空腔的底部设置有圆形平板电极，所述平板电极沿其外沿设置有环形凹槽，保护环设置在该环形凹槽中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量装置，更特别地涉及一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室。
背景技术
脉冲式电离辐射在工业探伤、X射线诊断、闪光X射线照相技术、安检和科研等领域中广泛应用。脉冲式电离辐射(以下简称脉冲辐射)具有持续时间短且瞬时剂量率高的特点，但在稳态辐射场中刻度过的主动式电子剂量仪(active electronic dosemeters，以下简称AED)难以准确测量脉冲辐射的剂量。AED广泛用于辐射场的剂量监测，其直读式显示方式和报警功能给从业人员提供安全保障。AED在测量脉冲辐射场剂量时存在以下几个问题。首先仪表存在过响应问题，这必然影响监测结果的准确性；其次，AED的两次测量周期间隔可达几秒，如果脉冲辐射刚好发生在仪表测量周期间隔时间内，很可能发生漏记事件从而极大地影响测量结果的准确性，造成测量结果严重偏低；最后，如果一次大剂量的脉冲刚好发生在仪表的测量间隔时间内，必然会发生漏报事件，给射从业人员带来极大地安全隐患。需要针对毫秒级脉冲X、γ射线研发一种平板型电离室，用于脉冲X、γ射线剂量测量和人员防护领域。
实用新型内容
本实用新型针对现有脉冲X、γ射线辐射剂量无法准确测量这一技术难题，提供一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室，能够为脉冲X、γ射线剂量率进行测量，解决了毫秒级脉冲X、γ射线参考辐射需求。
根据本实用新型的用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室其特征在于该平板电离室包括工作气体、入射窗、保护环、平板电极以及基座；其中基座内形成有圆柱形的电离室空腔，用以容纳工作气体；入射窗为一端开口一端封闭的圆柱体，其外侧壁上设置有螺纹，开口端扣合在所述电离室空腔底部上；所述电离室空腔的内侧壁上形成有与入射窗上螺纹相配合的螺纹，以使得入射窗通过旋钮的方式固定在基座上；电离室空腔的底部设置有圆形平板电极，所述平板电极沿其外沿设置有环形凹槽，保护环设置在该环形凹槽中。
优选地，所述入射窗由聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛热塑性结晶聚合物制成。
优选地，所述平板电极的工作表面上喷涂有石墨涂层或者铝涂层。
优选地，所述平板电极由聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛热塑性结晶聚合物制成。
优选地，所述保护环的高度与电离室高度相当，所述保护环的宽度在2-6mm范围内；所述保护环由PEEK聚醚醚酮树脂制成。
优选地，所述涂层的厚度在在0.002-0.008mm范围内。
优选地，其特征在于，所述电离室内侧壁上形成有石墨层，厚度为0.002-0.1mm。
本实用新型中涉及的装置能够为脉冲X、γ射线剂量率进行测量，解决了毫秒级脉冲X、γ射线参考辐射需求。且该装置能够有效缩短极间距，在相同的工作电压下，次级电子能够更好的加速，使其收集速率达到微秒量级；其次，该电离室采取了能量补偿措施，内壁喷涂的铝层能够有效提升电离室对低能光子的响应，使得平板电离室的能量测量下限达到了20keV；最后，电离室收集极设计有2mm的保护环，用于提高电场的均匀性。
附图说明
图1为根据本实用新型的平板型空腔电离室结构示意图。
图2为根据本实用新型的电离室进行测量时电离室的等势线分布图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
根据本实用新型的电离室，其设计原理为：
当电离室置于脉冲X射线辐射场中时，假设满足带电粒子平衡，则脉冲X射线在电离室灵敏体积内的空气比释动能Kpulse与产生电
其中，Kpulse为脉冲X射线空气比释动能，W是在气体中产生一对离子所消耗的平均能量；Jg是空腔中每单位质量的气体释放出的一种符号的离子的总电荷，Qg可通过电子系统测量获得；
Jg＝Qg/mg (2)
mg是空腔中气体的质量，mg＝V·ρ，V为空腔体积，ρ为空腔内气体密度；为介质的质量碰撞阻止本领与产生带电电离粒子的气体的质量碰撞阻止本领之比，介质应是空腔电离室的外壁，此值可以查阅ICRU报告获得。W为气体中产生一对离子所消耗的平均能量，可通过ICRU报告获得，e为单位离子电荷；为空腔气体和电离室外壁的质量能量吸收系数的比值，可以通过ICRU报告获得；∏ki为修正因子，∏ki＝kh·kTP·ks。式中kh为空气湿度影响的修正；kTP为空气温度和气压影响的修正；ks为粒子复合的电离损失修正。
电离室复合作用是影响收集效率的主要因素，由于电极间电场不够强，正负离子可能在产生地点进行复合或者在迁移过程中进行符合。在连续脉冲辐射情况下电离室收集效率很容易达到99.9％以上，然而脉冲辐射所得剂量值需要对其收集效率进行修正，要针对脉冲持续时间和脉冲间距，尽可能使一个脉冲产生的离子在两个脉冲的间隔时间内完全被收集。在脉冲X射线剂量学研究领域中，干扰标准电离室的主要因素是离子的复合。根据理论计算得出，平板电离室收集效率与电离室极间距和高压密切相关，如选择1.5mm的极间距，收集电压为-320V，对单脉冲(剂量为10mGy)的收集效率超过96％，因此平板电离室极间距设计厚度为1.5mm。
此外，平板电离室外壁的材料、厚度和内壁涂层均会对平板电离室的能量响应特性产生影响。
基于此，如图1所示，根据本实用新型的用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室包括工作气体1，入射窗2，保护环3以及收集极4以及基座5。优选地，该电离室还包括绝缘体，该绝缘体设置在电离室导线连接处，采用聚醚醚酮树脂(PEEK)制造。用于减少漏电电流，并提高测量的灵敏度。
其中工作气体1为空气。
其中入射窗2为透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚甲醛热塑性结晶聚合物(POM，又称为超钢或者赛钢)。入射窗2为一端开口一端封闭的圆柱体，入射窗2的外侧壁上设置有螺纹,开口端扣合在所述电离室空腔底部上。基座5内层形成有圆柱形的电离室空腔，用以容纳工作气体1。电离室空腔内侧壁上形成有与入射窗2螺纹相配合的螺纹,以使得入射窗通过旋扭的方式固定在基座5上。优选地，电离室空腔的外径为100-110mm，灵敏区直径为80-90mm。
优选地，电离室内侧壁上形成有石墨层，厚度为0.002-0.1mm。基座5中空腔的底部设置有平板电极4。该平板电极又称为收集极，采用POM或者PMMA制成，其工作表面上喷涂有石墨或者铝涂层。涂层厚度在0.002-0.008mm范围内。更优选地，平板电极的上下表面均涂覆有石墨或者铝涂层。
平板电极的厚度，优选地为0.5mm-3mm。平板电极4为圆形，沿着平板电极的圆周，设置有环形的凹槽，保护环3嵌入在该圆形凹槽中。保护环的高度与电离室空腔高度相当，保护环的厚度在2-6mm范围内。保护环采用聚醚醚酮树脂(PEEK)制成。
在电离室设计中，灵敏体积区域内的电场均匀性对电离室性能具有重要影响。为了检验该电离室设计的合理性及极板间电场是否均匀，可以使用电场分析软件对400V电压下两极板间的电场分布情况进行模拟，如图2所示。
从图2的模拟结果可以看到，电离室在两极板间的电势线在电极边缘有一定畸变，因此对平板电离室的平板电极4上方设计有保护环，大大提高了电场的均匀性。
根据本实用新型的电离室进行测试时，将平板电离室置于稳态137Csγ射线参考辐射场中，使电离室的轴心与射线束轴心重合。辐射场参考条件见表2。确定平板电离室的灵敏度因子，建立起电离辐射剂量同电离电荷的关系Re，然后对平板电离室的漏电、饱和特性、重复性和线性进行测试。
表2γ射线参考辐射场中参考条件
(3)脉冲X射线剂量测量
采用平板电离室配静电计对脉冲X、γ射线参考辐射场的空气比释动能约定真值进行测量。
测量结果如下式所示：
Ka＝NK×M×CT,P×Ch (3)
式中：
NK为平板电离室的灵敏度因子；
M为平板电离室的电荷读数；
CT,P为空气温度和气压修正因子，由式(4)给出；
Ch为参考条件与测量条件之间相对湿度差别的修正因子，这个修正通常是很小的，因此对于一般所能达到的相对湿度范围，假定Ch＝1。
CT,P＝(P0×T)/(P×T0) (4)
上式中P和T是测量时空气的压强和温度；P0和T0是参考条件下的压强和
温度，P0＝101.3kPa，T0＝293.15K。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室，其特征在于该平板电离室包括工作气体、入射窗、保护环、平板电极以及基座；其中基座内形成有圆柱形的电离室空腔，用以容纳工作气体；入射窗为一端开口一端封闭的圆柱体，其外侧壁上设置有螺纹，开口端扣合在所述电离室空腔底部上；所述电离室空腔的内侧壁上形成有与入射窗上螺纹相配合的螺纹，以使得入射窗通过旋钮的方式固定在基座上；电离室空腔的底部设置有圆形平板电极，所述平板电极沿其外沿设置有环形凹槽，保护环设置在该环形凹槽中。
2.根据权利要求1所述的平板电离室，其特征在于，所述入射窗由聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛热塑性结晶聚合物制成。
3.根据权利要求1所述的平板电离室，其特征在于，所述平板电极的工作表面上喷涂有石墨涂层或者铝涂层。
4.根据权利要求3所述的平板电离室，其特征在于，所述平板电极由聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛热塑性结晶聚合物制成。
5.根据权利要求1所述的平板电离室，其特征在于，所述保护环的高度与电离室高度相当，所述保护环的宽度在2-6mm范围内；所述保护环由聚醚醚酮树脂制成。
6.根据权利要求3所述的平板电离室，其特征在于，所述涂层的厚度在0.002-0.008mm范围内。
7.根据权利要求1所述的平板电离室，其特征在于，所述电离室内侧壁上形成有石墨层，厚度为0.002-0.1mm。
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| CN109459780A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-12 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于脉冲X、γ射线剂量测量的平板电离室 |
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