WO2021022955A1 - 一种辐射探测装置 - Google Patents

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姜浩
朱玉珍
朱李强
王侃
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苏州瑞派宁科技有限公司
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    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments

Abstract

一种辐射探测装置,包括探测器(30)以及外壳(10),外壳(10)内具有一容置空间,探测器(30)容置于容置空间内,外壳(10)的厚度不小于对应射线的半值层厚度的五倍,半值层厚度为将射线能量衰减为初始值一半的物质的厚度,外壳(10)上设置有自外壳(10)外部延伸至容置空间内的通孔(14)。将探测器(30)和外壳(10)放入废液中即可进行测量,无需改造放射性废液池,无需多次采样测量,操作方便,提高了测量效率,降低了成本;同时通过外壳(10)隔绝了外部射线对探测器(30)的影响,最大限度的提高了测量数据的精准度。

Description

一种辐射探测装置 技术领域
本发明涉及辐射探测领域,更具体地涉及用于放射性废液监测的一种辐射探测装置。
背景技术
随着核技术在医疗领域的应用推广,越来越多的大型三级医院开设了核素治疗病房并利用高能放射性核素进行各种疾病的治疗,比如,利用碘131核素对分化型甲状腺癌术后的患者进行治疗,由于分化型甲状腺癌组织同正常甲状腺组织一样可以特异性地摄取碘,甲状腺癌患者口服大剂量的碘131后,经由血液被甲状腺组织、残余癌组织及转移灶摄取,碘131在衰变过程中发出的β射线对癌细胞产生杀伤作用,导致残余癌组织坏死,从而降低肿瘤术后的复发和转移几率。但是,由于治疗过程中使用的放射性核素碘131的半衰期可以长达8.3天,并且会随着病人的排泄物流出,因此,医院通常会将这些排泄物收集至放射性衰变池内,排泄物废液在放射性衰变池内自然衰变,待其比活度低于国家要求安全限值(如碘131为10000Bq/L)时才可排放。对于放射性液体,比活度指单位体积液体内放射性核素的活度值,单位为比克/升(Bq/L)。活度又称衰变率,指样品在单位时间内衰变掉的原子数。
为此,在排泄物废液的自然衰变期内,需要实时监测放射性衰变池内的比活度值。现有技术中监测具有放射性的排泄物废液的方法包括采样法和旁路探测器法,其中,采样法在测量时,需要通过人工从放射性衰变池内采集排泄物废液样本,再分别测量其体积(mL)和活度(Bq),从而计算其比活度;旁路探测器法需要在衰变池的排放管道1处外接出一段旁路管道2以将排泄物废液引出到外部,辐射探测器3贴紧安装在旁路管道2上,通过辐射探测器3的测量反推排放管道1内排泄物废液的比活度,如图1所示。
然而,现有技术在对放射性衰变池内的比活度进行监控时,至少存在以 下问题:首先,采样法人工操作繁琐,且操作人员需频繁接触危险的放射性液体,风险较高;其次,采样区域具有局限性,通常只能在放射性衰变池的液面处进行采样,无法真实反映整个衰变池内排泄物废液的比活度情况;第三、测量结果无实时性,采样后再进行数据采集,导致数据滞后,无法提供实时的比活度值;第四、旁路探测器法需对目前已有管道进行修改,安装复杂,成本高;最后,测量偏差大,环境中的辐射会对探测器结果产生影响,而且安装时管道(厚度、直径等)环境的不同都会使探测器的测量值发生偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种辐射探测装置,从而解决上述至少一种问题。
本发明提供的辐射探测装置,该辐射探测装置包括探测器以及外壳,所述外壳内具有一容置空间,所述探测器容置于所述容置空间内,所述外壳的厚度不小于对应射线的半值层厚度的五倍,所述半值层厚度为将所述射线能量衰减为初始值一半的物质的厚度,所述外壳上设置有自所述外壳外部延伸至所述容置空间内的通孔。
根据本发明的一个实施例,所述外壳的厚度均匀。
根据本发明的一个实施例,所述外壳具有相对平行布置的第一壳体、第二壳体以及连接所述第一壳体和所述第二壳体的第三壳体,所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体围成所述容置空间。
根据本发明的一个实施例,所述第一壳体、所述第二壳体以及所述第三壳体一体成型。
根据本发明的一个实施例,所述外壳采用铅、钨、铁、砖块或者混凝土制作。
根据本发明的一个实施例,所述通孔的延伸方向形成的平面与所述探测器所在的位置不重合。
根据本发明的一个实施例,所述外壳上设置有卡接器,线缆穿过所述卡接器并且与所述外壳内部的所述探测器通信连接,所述探测器通过所述线缆发送计数率数据。
根据本发明的一个实施例,所述辐射探测装置还包括线缆,所述线缆穿过所述通孔并且与所述探测器通信连接,所述探测器通过所述线缆发送计数率数据。
根据本发明的一个实施例,所述探测器具有无线发送模块,所述探测器通过所述无线发送模块发送计数率数据。
根据本发明的一个实施例,所述通孔共两个,两个所述通孔之间具有间距。
根据本发明的一个实施例,两个所述通孔的延伸方向相互平行,所述探测器与两个所述通孔的延伸方向形成的平面互不重叠。
根据本发明的一个实施例,所述通孔共两排,其中每一排所述通孔均位于同一平面上,所述探测器设置于两排所述通孔所在的平面之间。
根据本发明的一个实施例,每一排所述通孔的大小相同且相互之间的间隔均匀。
根据本发明的一个实施例,所述外壳呈圆柱形,两排所述通孔均位于所述外壳的侧壁上并且关于所述外壳对称布置,所述通孔为圆柱形通孔。
根据本发明的一个实施例,两排所述通孔之间的间距H>2h(R-t)/t,其中,h表示所述通孔的直径,R表示所述外壳的半径,t表示所述外壳的厚度。
本发明提供的辐射探测装置具有以下优点:首先,全程监测仅需采样一次,无需像传统采样法一样需在每次监测时均通过人工采样,监测全程可自动化记录测量数据,避免了工作人员暴露在辐射环境的风险,提高了测量效率;其次,通过固定线缆深度可任意设置采样点,可根据实际情况灵活的安装探测器的位置,以达到在不同深度和位置采样测量的目的;第三,本发明仅需把探测器和外壳放入废液中即可进行测量,避免了对现有管道进行任何的改造,可以实现低成本测量;最后,本发明通过外壳隔绝了外部环境射线对探测器的影响,最大限度的提高了测量数据的精准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据现有技术的旁路探测器法测量放射性废液的比活度的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的辐射探测装置的立体示意图;
图3是根据图2的辐射探测装置的剖面示意图;
图4是根据图3的实施例进行改进的辐射探测装置的立体示意图;
图5是根据图4的辐射探测装置的剖面示意图;
图6是根据本发明另一个实施例的辐射探测装置的立体示意图;
图7是根据图6的辐射探测装置的剖面示意图;
图8是根据本发明又一个实施例的辐射探测装置的立体示意图;
图9是根据图8实施例的辐射探测装置的剖面示意图;
图10是根据图8实施例的辐射探测装置的安全区计算的剖面示意图;
图11是根据图8实施例的辐射探测装置的安全区计算的另一剖面示意图;
图12是根据本发明又一个实施例的辐射探测装置的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明做进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
需要说明的是,当部件/零件被称为“设置在”另一个部件/零件上,它可以直接设置在另一个部件/零件上或者也可以存在居中的部件/零件。当部件/零件被称为“连接/联接”至另一个部件/零件,它可以是直接连接/联接至另一个部件/零件或者可能同时存在居中部件/零件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或部件/零件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或部件/零件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述 具体实施例的目的,而并不是旨在限制本发明。
另外,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象,两者之间并不存在先后顺序,也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
图2是根据本发明的一个实施例的辐射探测装置的立体示意图,由图2可知,本发明提供的辐射探测装置具有外壳10,外壳10具有相对布置的第一壳体11和第二壳体12,第一壳体11和第二壳体12之间具有第三壳体13,第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13一起围成了内部具有容置空间的盒状或者罐状的外壳10;第一壳体11上设置有卡接器15,卡接器15固定在第一壳体11的顶部,线缆20穿过卡接器15以及第一壳体11后延伸至外壳10的内部,线缆20同时通过卡接器15固定于第一壳体11上;外壳10上还设置有通孔14,比如,通孔14可以设置于第一壳体11或者第三壳体13上,通孔14的形状可以为圆形、矩形或者其它形状。
本领域技术人员应当理解的是,当外壳10放入放射性衰变池内时,通孔14可以使得排泄物废液流入外壳10内部,当外壳10从放射性衰变池内取出时,排泄物废液可以通过通孔14从外壳10内流出。
进一步地,图3是根据图2的辐射探测装置的剖面示意图,由图3结合图2可知,卡接器15的其中一部分穿过第一壳体11并固定在第一壳体11上,线缆20的其中一部分穿过卡接器15以及第一壳体11后延伸至外壳10的内部,线缆20同时通过卡接器15固定于第一壳体11上,线缆20的末端与探测器30通信连接;由图3可以更清楚的看出,通孔14靠近第一壳体11设置,通孔14与探测器30之间具有间距,即探测器30的位置与通孔14所在的平面不重合,从而防止进行测试时壳外的排泄物废液发出的射线照射入外壳10的内部,影响探测器30所测量数据的准确性。
第一壳体11、第二壳体12以及第三壳体13均应当采用高密度材质制作,比如铅、钨、铁、砖块或者混凝土等,从而为容置于外壳10内部的探测器30创造一个不受壳外辐射干扰的固定体积的空间,这有利于准确确定排泄物废液中的放射数据。同时,本领域技术人员应当注意的是,为了保证外壳的辐射屏蔽性能,第一壳体11、第二壳体12以及第三壳体13的厚度均至少应达到废液中对应最高能量射线的5倍半值层厚度,半值层厚度表示可以将射 线能量衰减为初始值一半的物质的厚度,比如,碘131核素发出的γ射线能量为364keV,若外壳10的材质采用铅(铅对应的364keV射线的半值层约为3.5mm,可以通过相关技术手册获取),则外壳10的厚度至少应达到17.5mm(即5×3.5mm)。
探测器30可以采用本领域常见的用于测量液体中高能射线计数率的仪器,比如闪烁晶体探测器等。优选地,探测器30应具有密封性能,从而使得当探测器30浸入排泄物废液中时仍可正常工作,这是本领域技术人员容易实现的,在此不再赘述。探测器30所测量的计数率即为单位时间内接收到的事件的数量,高能射线中的高能光子入射到探测器30中的闪烁晶体后,闪烁晶体将高能光子转换为可见光并通过与闪烁晶体耦合的光电转换器件进一步将可见光转换为电信号,每一个高能光子转换为可见光称为一个事件。
本领域技术人员应当注意的是,为了安装以及测量的方便,如图4和图5所示,可以直接将线缆20通过通孔14伸入外壳10内部并与探测器30通信连接,第一需使得线缆20不堵塞通孔14,即使得线缆20不影响排泄物废液流入、流出外壳10的内部;第二需使得探测器30放置于壳外射线不能直接照射到的地方,比如图4中探测器30放置于靠近第一壳体11处的角落,当外壳10和探测器放入放射性衰变池内时,探测器30仅测量壳体10内部的辐射数据。
图6为根据本发明另一个实施例的辐射探测装置的立体示意图,图7为根据图6的辐射探测装置的剖面示意图,在图6和图7的实施例中,通过增加100的附图标记对与上一实施例相同或者相似的部件进行标示,在此仅描述不同之处,结合图6和图7可知,外壳110上还可以设置两个通孔114,两个通孔114均设置于第三壳体113上,其中一个通孔114靠近第一壳体111设置,另一个通孔114靠近第二壳体112设置,两个通孔114之间具有一间距,从而当外壳110放入排泄物废液或者从排泄物废液中取出时,液体流通效果更佳。探测器130设置于外壳110内部并且通过线缆115与外部计算机通信连接,探测器130的位置与任何一个通孔14所在的平面不重合,从而防止进行测试时壳外的排泄物废液发出的射线照射入外壳110的内部,影响探测器130所测量数据的准确性。本领域技术人员应当注意的是,通孔114的位置还可以设置为:其中一个通孔114设置于第一壳体111上,另一个通 孔114设置于第二壳体112或者第三壳体113上,只需保证两个通孔114不在同一个平面上即可,这属于本领域技术人员根据本发明的内容容易实现的,在此不再赘述。
图8是根据本发明又一个实施例的辐射探测装置的立体示意图,图9是根据图8的辐射探测装置的剖面示意图,在图8和图9的实施例中,通过增加200的附图标记对与图2实施例相同或者相似的部件进行标示,在此仅描述不同之处,结合图8和图9可知,通孔214可以设置为两排,每一排通孔214均沿第三壳体213的圆周方向等间隔布置,其中一排通孔214靠近第一壳体211,另外一排通孔214靠近第二壳体212。通孔214还可以设置为大于两排,同时相邻通孔214之间的间距也可以设置为不同,通孔214还可以分别设置于第一壳体211以及第二壳体212上,这属于本领域技术人员结合本申请的技术启示容易想到的,在此不再赘述。每一排通孔214在第三壳体213的高度方向的位置保持一致,靠近第一壳体211的一排通孔214与靠近第二壳体212的另外一排通孔214之间具有间距,探测器230设置于该间距区间内,即探测器230的位置与任何一排通孔214所在的平面不重合,从而防止进行测试时壳外的排泄物废液发出的射线照射入外壳210的内部,影响探测器230所测量数据的准确性。
进一步地,如图10所示,由于测量时外壳210需浸入放射性衰变池内,排泄物废液中的射线方向随机发散,虽然外壳210可以阻挡大部分来自壳外的射线入射至外壳210的内部,但仍有一部分射线将透过通孔214而入射到外壳210的内部,倘若这部分射线入射到探测器230上,将使得探测器230的探测结果发生误差,为了消除这一误差,需要进一步对外壳10进行设计。由于每个通孔214处从壳外入射的射线方向是随机的,对于靠近第一壳体211处的通孔214而言,当入射射线以水平或者偏向第一壳体211的方向入射时,射线不能直接照射至探测器230上,对探测器230基本无影响,当入射射线以偏向第二壳体212的方向入射时,射线有可能直接照射至探测器230上,将对探测器230的探测结果产生影响;同理,对于靠近第二壳体212处的通孔214而言,当入射射线以水平或者偏向第二壳体212的方向入射时,射线不能直接照射至探测器230上,对探测器230基本无影响,当入射射线以偏向第一壳体211的方向入射时,射线有可能直接照射至探测器230上,将对探测器230的探测结果产生影响。因此,如图5所示,当两排通孔214 之间的间距H足够长时,将产生一个不受直接入射射线影响的安全区,即多边形ABCDEF所包围的区域,在该区域内探测器230将仅收到来自于外壳210内部的排泄物废液中的射线照射,此时探测器230所探测的数据能够准确反映外壳210内部的辐射水平。
因此,结合图10和图11可知,间距H可以通过以下方式确定:当外壳210采用圆罐形,并且将两排通孔214对称设计时,第一壳体211和第二壳体212的半记为R,圆柱形通孔214的直径记为h,通孔214的直径为与第一壳体211或者第二壳体212所在平面垂直的方向,通孔214的深度记为t,该深度t也即外壳210的厚度,壳外射线向壳内入射时具有临界交点O,此时根据比例关系可知:
h/t=(H/2)/(R-t)
,从而可以推出H=2h(R-t)/t。为了使壳外射线不直接照射至探测器30上,需使得H>2h(R-t)/t。当外壳10采用其他形状时,本领域技术人员可以通过图8和图9的技术启示无需创造性的推出相应的间距H的最小值,在此不再赘述。
更进一步地,由于放射性衰变池内可能包含多种能量的射线,为了应对不同放射性衰变池内的不同情况,本发明中可以预先收集放射性衰变池内的射线能量分布情况,从而计算相应的外壳的厚度t,并且根据设计的通孔的直径h计算不同厚度t和直径h对应的间距H的大小,从而预先制成多个不同尺寸的外壳,从而便于在实际测量时根据需要选择不同尺寸的外壳进行测量,提高测量效率。
本领域技术人员需要理解的是,在图8-图11的实施例中,通孔214设置为两排,实际上,通孔214的排数可以根据需要进行设置,而不仅仅局限于两排。同时,通孔214的具体形状以及相邻两个通孔214之间的形状也可以根据需要选择。当通孔214的排数、形状以及间距选定后,本领域技术人员可以根据上述实施例的启示确定相应参数的大小,在此不再赘述。
图12是根据本发明又一个实施例的辐射探测装置的剖面示意图,在图12的实施例中,相同或者类似的部件通过增加300的附图标记进行标示,在此仅描述与图2实施例相比的不同之处。探测器330中包含了无线发送器331,无线发送器331通过固定杆316固定于外壳的内部,比如可以固定于第一壳体311上;该无线发送器331可以将探测器330所采集到的计数率数 据发送至配套的计算机进行处理。此时,卡接器315相应的不再穿过第一壳体311,而是设置于第一壳体311的顶部以便于连接线缆320,从而便于将外壳放入放射性衰变池中,此时线缆320不再具有数据传输功能而是仅作为收放绳索使用。
本发明提供的辐射探测装置在使用时应当注意,当需要对放射性衰变池内的辐射情况进行监测时,首先需要与相关人员确认收集、分析放射性衰变池内所含放射性核素的种类,比如对于医院的放射科,医生在进行放射性核素治疗时均会记录放射性核素的种类,通过医务人员可以很轻易的获取放射科对应的放射性衰变池内的放射性核素的种类。当放射性核素的种类确定时,由于每一种核素所对应的能量是已知的,可以选择能量最高的核素作为参考计算外壳的厚度,进而根据需要选择不同规格的外壳。当进行监测时,首先需要采集体积为V 1的排泄物废液样品,然后使用活度计测量该样品的活度值H 1并使用探测器测量该样品的计数率C 1,从而计算得到该排泄物废液样品的比活度为:H 1/V 1,比活度转换参数Q=H 1/(C 1V 1)。当比活度转换参数确定后,可将其输入探测器或者计算机内,同时将外壳和探测器通过线缆放入放射性衰变池内,此时探测器实时测量放射性衰变池内的实时计数率值,放射性衰变池内的实时比活度数值变化情况即可通过下式监控:
实时比活度=实时计数率值×Q。
本发明提供的辐射监测装置,具有以下优点:首先,全程监测仅需采样一次,无需像传统采样法一样需在每次监测时均通过人工采样,监测全程可自动化记录测量数据,避免了工作人员暴露在辐射环境的风险,提高了测量效率;其次,通过固定线缆深度可任意设置采样点,可根据实际情况灵活的安装探测器的位置,以达到在不同深度和位置采样测量的目的;第三,本发明仅需把探测器和外壳放入废液中即可进行测量,避免了对现有管道进行任何的改造,可以实现低成本测量;最后,本发明通过外壳隔绝了外部环境射线对探测器的影响,最大限度的提高了测量数据的精准度。
以上所述的,仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的范围,本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰,皆落入本发明的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (15)

  1. 一种辐射探测装置,其特征在于,所述辐射探测装置包括:
    探测器;以及
    外壳,所述外壳内具有一容置空间,所述探测器容置于所述容置空间内,所述外壳的厚度不小于对应射线的半值层厚度的五倍,所述半值层厚度为将所述射线能量衰减为初始值一半的物质的厚度,所述外壳上设置有自所述外壳外部延伸至所述容置空间内的通孔。
  2. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述外壳的厚度均匀。
  3. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述外壳具有相对平行布置的第一壳体、第二壳体以及连接所述第一壳体和所述第二壳体的第三壳体,所述第一壳体、所述第二壳体和所述第三壳体围成所述容置空间。
  4. 根据权利要求3所述的辐射探测装置,其特征在于,所述第一壳体、所述第二壳体以及所述第三壳体一体成型。
  5. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述外壳采用铅、钨、铁、砖块或者混凝土制作。
  6. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述通孔的延伸方向形成的平面与所述探测器所在的位置不重合。
  7. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述外壳上设置有卡接器,线缆穿过所述卡接器并且与所述外壳内部的所述探测器通信连接,所述探测器通过所述线缆发送计数率数据。
  8. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述辐射探测装置还包括线缆,所述线缆穿过所述通孔并且与所述探测器通信连接,所述探测器通过所述线缆发送计数率数据。
  9. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述探测器具有无线发送模块,所述探测器通过所述无线发送模块发送计数率数据。
  10. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述通孔共两个, 两个所述通孔之间具有间距。
  11. 根据权利要求10所述的辐射探测装置,其特征在于,两个所述通孔的延伸方向相互平行,所述探测器与两个所述通孔的延伸方向形成的平面互不重叠。
  12. 根据权利要求1所述的辐射探测装置,其特征在于,所述通孔共两排,其中每一排所述通孔均位于同一平面上,所述探测器设置于两排所述通孔所在的平面之间。
  13. 根据权利要求12所述的辐射探测装置,其特征在于,每一排所述通孔的大小相同且相互之间的间隔均匀。
  14. 根据权利要求13所述的辐射探测装置,其特征在于,所述外壳呈圆柱形,两排所述通孔均位于所述外壳的侧壁上并且关于所述外壳对称布置,所述通孔为圆柱形通孔。
  15. 根据权利要求14所述的辐射探测装置,其特征在于,两排所述通孔之间的间距H>2h(R-t)/t,其中,h表示所述通孔的直径,R表示所述外壳的半径,t表示所述外壳的厚度。
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