CN220231986U - 一种探测氡含量的采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种探测氡含量的采集装置，包括样本容器，所述样本容器内填充有与与氡样本作用产生光子的液闪，所述样本容器侧壁包裹有反射光子的反射膜，并开设有样本进口；接收光子的探测组件，探测组件包括分别贴设于所述样本容器两端的两组硅光电倍增管，每组硅光电倍增管的中心与样本容器两端的端面轴线重合。可以对低本底具有高效的探测灵敏度，并且具有较高的探测准确性。
Description
技术领域
本实用新型属于氡测量领域，尤其涉及一种探测氡含量的采集装置。
背景技术
在低本底实验中，本底的控制是实验成功的关键因素之一，而氡是暗物质、中微子等低本底实验的主要本底来源，对氡浓度的测量和除氡是低本底实验运行必不可少的部分，目前对极低氡浓度的探测也是研究热点问题。对氡及其子体的常用测量方法有：电离室法、静电吸附法、液体闪烁体测量法。其中，相比较电离室和静电吸附法，液体闪烁体测量法具有其特有的优势，一方面，液体闪烁体对氡具有较高的溶解系数，可以提升探测器的探测下限到mBq量级；第二，液体闪烁体中铀钍含量低；第三：探测器体积易增大，易实现氡富集；最后，液体闪烁体对α、β、γ具有很好的甄别能力。正因为液体闪烁体特有的优势，现有很多利用液体闪烁体测量法对氡及其子体的放射性进行测量的实验。
目前，在对氡及其子体放射性进行测量时，主要是由液体闪烁体和光电倍增管组成。例如，CN205120975U公开了一种测氡仪，包括主体和多个探测器，所述探测器上部设置有闪烁室，下部设置有光电倍增管。所述光电倍增管插入闪烁室中并与闪烁室形成气密连接。所述闪烁室外沿径向设置有风管，所述风管上设置有集气阀，所述集气阀关闭时闪烁室呈气密结构。所述主体上设置有与探测器下部相配合的安装孔，所述安装孔内设置有与光电倍增管配合的电路接头。所述探测器插入安装孔内时光电倍增管与主体内电路连通。虽然可以通过确保闪烁室的气密性实现氡的检测，但是采用的光电倍增管工作电压高，可达上千伏特，并且硅光电倍增管的成本较高。另外，该设备检测准确性较低，也无法应用于低温环境中；主要在于，闪烁室内产生的光子较多无法被光电倍增管探测，并且低温下光电倍增管的性能参数较弱，其探测灵敏度较低。
因此，如何提供一种低工作电压、成本低且检测准确度高的探测器是本领域亟待解决的技术问题。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种探测氡含量的采集装置，可以对低本底具有高效的探测灵敏度，并且具有较高的探测准确性。
第一方面，本实用新型提供一种探测氡含量的采集装置，包括：
样本容器，所述样本容器内填充有与与氡样本作用产生光子的液闪，所述样本容器侧壁包裹有反射光子的反射膜，并开设有样本进口；
接收光子的探测组件，探测组件包括分别贴设于所述样本容器两端的两组硅光电倍增管，每组硅光电倍增管的中心与样本容器两端的端面轴线重合。
进一步的，每组硅光电倍增管包括沿样本容器端面的径向紧密平行排列的多排硅光电倍增管，且每排首尾的硅光电倍增管与样本容器端面的外圆相交。
进一步的，每组硅光电倍增管包括以样本容器端面轴线为中心向外侧发散布置的若干硅光电倍增管，且相邻硅光电倍增管之间的间隙铺设有反射膜。
进一步的，贴设于样本容器两端面的两组硅光电倍增管具有相同的排列方式，其中一组硅光电倍增管以端面的轴线为转轴旋转预定角度与另一组硅光电倍增管重合。
进一步的，预定角度为10～45°。
进一步的，采集装置还包括与每组硅光电倍增管一一对应的电路板，一组硅光电倍增管布置于电路板的同一侧，并且硅光电倍增管一侧与电路板连接，另一侧与样本容器的端面贴合。
进一步的，采集装置还包括依次信号连接的温度传感器、预设调节组件和降温组件，温度传感器位于样本容器内，样本容器位于降温组件内，预设调节组件根据温度传感器监测的样本容器温度调节降温组件，以使得样本容器温度处于预设温度范围。
进一步的，预设温度范围为-80～-50℃。
进一步的，采集装置还包括屏蔽外壳，屏蔽外壳包括位于内侧的铜层和位于外侧的铅层，样本容器和硅光电倍增管位于铜层内。
进一步的，反射膜为ESR反射膜，厚度为1.5-3mm。
进一步的，液体闪烁体包括线性烷基苯、2,5-二苯基噁唑和对-双-(σ-甲基苯乙烯基)苯。
与现有技术相比，本实用新型根据硅光电倍增管自身的特性，以及硅光电倍增管的排列特点和反射膜的布置，可以使得硅光电倍增管在-80～-50℃的低温环境下，具有极佳的性能参数和较高的探测准确性，从而使得该采集装置能够更有效的测量低温环境中的低本底水平。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示出根据本实用新型实施例的一种探测氡含量的采集装置的结构示意图；
图2是示出根据本实用新型某一实施例的硅光电倍增管的布置示意图；
图3是示出根据本实用新型某一实施例的采集装置的结构示意图。
附图标记说明：1-样本容器，2-探测组件，21-硅光电倍增管，3-第屏蔽外壳。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本实用新型的实施例。
参见图1所示，本实用新型提供一种探测氡含量的采集装置，包括：
样本容器1，所述样本容器1内填充有与与氡样本作用产生光子的液闪，所述样本容器1侧壁包裹有反射光子的反射膜，并开设有样本进口；其中，样本进口可以通过在样本容器1侧壁布置一个法兰，将待测的氡样本通过法兰输入到液体闪烁体中；
接收光子的探测组件2，探测组件2包括分别贴设于所述样本容器1两端的两组硅光电倍增管21，每组硅光电倍增管21的中心与样本容器1两端的端面轴线重合；
结果输出组件，结果输出组件与两组硅光电倍增管21信号连接，并被配置为根据接收的光子得到氡浓度。
本实用新型通过反射膜对样本容器1内产生的光子进行反射，使得氡样本在液闪(液体闪烁体)内产生的光子可以最大程度的被两端的硅光电倍增管21接收，同时，硅光电倍增管21通过特定的排列方式，可以进一步使得硅光电倍增管21实现对光子的接收。硅光电倍增管21通过将预定时间内接收的光子计数率进行发送至结果输出组件进行输出氡样本中的氡浓度。其中，结果输出组件通过光子计数率进行得到氡浓度，具体满足以下公式：
式中，B为硅光电倍增管21检测到的光子计数率，δ为液体闪烁体的探测效率，n为氡及子体的活度增长，λ为液闪容器内填充液体闪烁体的体积系数，V0为液闪容器的容积，K为氡在液体闪烁体中的溶解系数。
本实施例在通过对硅光电倍增管21进行特定排列，以提高探测准确性时，在一个应用场景中，如图2所示，本实施例可以每组硅光电倍增管21包括以样本容器1端面轴线为中心向外侧发散布置的若干硅光电倍增管21，且相邻硅光电倍增管21之间的间隙铺设有反射膜。通过对硅光电倍增管21的发散布置，可以使得硅光电倍增管21均匀布置于密闭容器两端面上，并且在相邻间隔内设置反射膜，可以在降低硅光电倍增管21数量的基础上，可以完成对全部光子的接收，具有较大的经济效益。在另一个应用场景中，如图1所示，可以将每组硅光电倍增管21包括沿样本容器1端面的径向紧密平行排列的多排硅光电倍增管21，且每排首尾的硅光电倍增管21与样本容器1端面的外圆相交。该排列方式可以最大限度的保证样本容器1两端面覆盖有硅光电倍增管21，即在有限的面积上提高硅光电倍增管21的数量，以此可以提高光子被硅光电倍增管21的探测的概率，从而提高了最终的探测准确性。由于硅光电倍增管21在布置于样本容器1两端面时，会存在一定未布置硅光电倍增管21的位置，可以在此位置敷设反射膜，从而将无法被硅光电倍增管21接收的光子进行反射至硅光电倍增管21，可以进一步提高该采集装置的探测准确性。
其中，样本容器1为透明有机玻璃容器，其直径为4.8cm，高为10cm，液体闪烁体的质量为110g。该采集装置总体积大约为1.5*104cm3。反射膜为ESR反射膜，厚度为1.5-3mm。优选地，反射膜的厚度2mm，设置反射膜提高的光子探测效率为25～40％，进一步的，样本容器1两端覆盖的反射膜所提高的光子探测效率为9％，而样本容器1侧壁覆盖的反射膜提高的光子探测效率为25％。
另外，为了进一步提高样本容器1两端的硅光电倍增管21对光子的探测率，可以将贴设于样本容器1两端面的两组硅光电倍增管21设置为具有相同的排列方式，其中一组硅光电倍增管21以端面的轴线为转轴旋转预定角度与另一组硅光电倍增管21重合，优选地，预定角度为10～45°。通过将两组硅光电倍增管21进行错位设置，从而可以使其中一端面未设置硅光电倍增管21且被反射膜进行反射的光子被另一端面进行接收，进而保证氡在液闪中产生的光子能够在短时间内被硅光电倍增管21进行接收，并最终实现对氡浓度的输出，从而在一定程度上提高了采集装置的探测准确性。单个硅光电倍增管21的表面积6*6mm2，有效感光面积为26.64mm2，光谱响应范围为270～900nm，增益为7.0*105。
本实施例为了实现将硅光电倍增管21贴设于样本容器1两端并完成对光子探测的目的，采集装置还包括与每组硅光电倍增管21一一对应的电路板，每组硅光电倍增管21均通过电路板与结果输出组件连接，一组硅光电倍增管21布置于电路板的同一侧，并且硅光电倍增管21一侧与电路板连接，另一侧与样本容器1的端面贴合。即通过电路板对硅光电倍增管21实现支撑和与结构输出组件的输出连接，可以便于将尺寸较小的硅光电倍增管21平整的贴设于样本容器1两端，并且完成对探测结果的输出。其中，样本容器1、反射膜和电路板通过光学胶耦合固定。
由于氡在不同温度下的吸附系数不同，氡浓度也会发生较大的变化，在低本底暗物质实验和中微子实验中，探测介质通常是在低温下(液氩或液氙的温度)工作，目前对常温下氡的测量方法比较多，但是对于在低温下的测量的技术尚缺。并且光电倍增管在低温情况下的性能参数，如量子效率、探测效率较低。
本实用新型是在低温环境下，基于SiPM(Silicon photomultiplier，硅光电倍增管21)的液体闪烁体对mBq/m3极低氡浓度测量时，信号与本底的筛选方案与其实现技术开展的基础研究，并在此研究基础上设计和研制出一种兼具高探测效率和高置信度的氡及其子体浓度测量的探测器样机，为进一步将其发展成为一种结构简单、性能可靠的极低氡浓度的高灵敏度测量打下良好的技术基础，为中微子和暗物质中放射性本底的测量提供方法和技术支持。为了使得采集装置位于低温环境，可以设置相应结构对其进行温度控制。在实际应用场景中，采集装置还可以包括依次信号连接的温度传感器、预设调节组件和降温组件，温度传感器位于样本容器1内，样本容器1位于降温组件内，预设调节组件根据温度传感器监测的样本容器1温度调节降温组件，以使得样本容器1温度处于预设温度范围，预设温度范围为-80～-50℃，该预设温度范围即为采集装置工作时的低温环境温度范围。通过对工作温度进行准确的控制，可以有效的降低硅光电倍增管21的热噪声水平，并能在低工作电压下满足其高探测效率及高增益的要求，从而在低温下硅光电倍增管21具有极佳的性能参数，保证硅光电倍增管21具有较高的探测灵敏度。另外，为了保证在较低环境温度下，氡在液闪中具有较高的溶解系数，可以对液闪的材料进行选择，优选地，液体闪烁体可以包括线性烷基苯、2,5-二苯基噁唑和对-双-(σ-甲基苯乙烯基)苯。
由于氡在衰变过程中具有辐射，因此，为了降低对环境的影响，可以通过设置对应结构对其进行屏蔽。在实际应用场景中，参见图3所示，采集装置还可以包括屏蔽外壳3，屏蔽外壳3包括位于内侧的铜层和位于外侧的铅层，样本容器1和硅光电倍增管21位于铜层内，结果输出组件位于铅层外。
以上介绍了本实用新型的较佳实施方式，旨在使得本实用新型的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本实用新型所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种探测氡含量的采集装置，其特征在于，包括：
样本容器(1)，所述样本容器(1)内填充有与氡样本作用产生光子的液闪，所述样本容器(1)侧壁包裹有反射光子的反射膜，并开设有样本进口；
接收光子的探测组件(2)，探测组件(2)包括分别贴设于所述样本容器(1)两端的两组硅光电倍增管(21)，每组硅光电倍增管(21)的中心与样本容器(1)两端的端面轴线重合。
2.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，每组硅光电倍增管(21)包括沿样本容器(1)端面的径向紧密平行排列的多排硅光电倍增管(21)，且每排首尾的硅光电倍增管(21)与样本容器(1)端面的外圆相交。
3.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，每组硅光电倍增管(21)包括以样本容器(1)端面轴线为中心向外侧发散布置的若干硅光电倍增管(21)，且相邻硅光电倍增管(21)之间的间隙铺设有反射膜。
4.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，贴设于样本容器(1)两端面的两组硅光电倍增管(21)具有相同的排列方式，其中一组硅光电倍增管(21)以端面的轴线为转轴旋转预定角度与另一组硅光电倍增管(21)重合。
5.如权利要求4所述采集装置，其特征在于，预定角度为10～45°。
6.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，采集装置还包括与每组硅光电倍增管(21)一一对应的电路板，一组硅光电倍增管(21)布置于电路板的同一侧，并且硅光电倍增管(21)一侧与电路板连接，另一侧与样本容器(1)的端面贴合。
7.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，采集装置还包括依次信号连接的温度传感器、预设调节组件和降温组件，温度传感器位于样本容器(1)内，样本容器(1)位于降温组件内，预设调节组件根据温度传感器监测的样本容器(1)温度调节降温组件，以使得样本容器(1)温度处于预设温度范围。
8.如权利要求7所述采集装置，其特征在于，预设温度范围为-80～-50℃。
9.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，采集装置还包括屏蔽外壳(3)，屏蔽外壳(3)包括位于内侧的铜层和位于外侧的铅层，样本容器(1)和硅光电倍增管(21)位于铜层内。
10.如权利要求1所述采集装置，其特征在于，反射膜为ESR反射膜，厚度为1.5-3mm。
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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