一種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室。本實用新型包括電離室外殼，其內部設有一內部組件；所述內部組件包括間隔排列的多個高壓極板、收集極板，所述高壓極板通過第一組極柱固定且電連接到第一電極；所述收集極板通過第二組極柱固定且電連接至第二電極；所述高壓極板與所述收集極板之間絕緣。與現有技術相比，本實用新型能測量能量范圍為80keV～8MeV，劑量率范圍為本底到436mGy/h的光子輻射場的劑量率大小，大大提高了劑量率測量范圍。
【專利說明】一種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種適用于測量高劑量率脈沖光子輻射場的高氣壓電離室，具體說是為測量能量范圍80keV?8MeV，劑量率范圍從環境本底到436mGy/h的Y輻射場，而設計的一種多層平板電離室。
【背景技術】
[0002]電離室是一種用于測量核輻射的探測器，可以用來測量輻射的劑量大小。Y射線在電離室氣體中產生次級電子，次級電子在其運動徑跡上使氣體原子電離，產生一系列正負離子對。正負離子對的數目與粒子在電離室室內氣體中沉積的能量有關，而產生一對離子所需的平均能量與所充氣體的性質有關。在靈敏體積內的電場下，電子、正離子分別向兩極漂移，弓I起相應極板的感應電荷量發生變化，從而在外接電路中形成電流，通過對電流大小的測量，推出輻射量值的大小。
[0003]由于各種能量的帶電粒子與物質發生復雜的相互作用，加速器產生的光子輻射能量范圍較寬，且劑量率較大。為了準確評估加速器輻射場的大小，必須選擇合適的探測器和適當的方法對此進行監測。
[0004]在現有技術中，用于監測光子輻射的充氣電離室主要有柱形和球型兩種。兩者一般均采用外殼為高壓極，中心材料為收集極的結構，由于結構的原因，電離效應產生的正負離子無法快速的到達相應的電極板，不能用于測量高劑量率和寬能區光子輻射場。
實用新型內容
[0005]針對現有技術中存在的技術問題，為測量劑量率較聞、寬能量區間的的Y射線福射場的準確劑量值，本實用新型的目的在于提供一種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，通過減小正負離子對在兩極板之間的漂移時間得以實現。
[0006]為達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:
[0007]—種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于包括電離室外殼，其內部設有一內部組件；所述內部組件包括間隔排列的多個高壓極板、收集極板，所述高壓極板通過第一組極柱固定且電連接到第一電極；所述收集極板通過第二組極柱固定且電連接至第二電極；所述高壓極板與所述收集極板之間絕緣。
[0008]進一步的，所述高壓極板邊緣外側設有多個與第一組極柱匹配的小孔；所述第一組極柱通過所述高壓極板上的小孔將其固定且電連接到第一電極；所述收集極板邊緣外側設有多個與第二組極柱匹配的小孔；所述第二組極柱通過所述收集極板上的小孔將其固定且電連接到第二電極。
[0009]進一步的，所述高壓極板與所述收集極板為同等大小的圓形且同軸間隔排列；所述第一組極柱與所述第二組極柱等間隔的間隔分布于所述高壓極板或收集極板邊緣外側。
[0010]進一步的，所述高壓極板與所述收集極板之間的間隔為2.0mm，最上層和最下層均為所述高壓極板。[0011]進一步的，所述高壓極板、收集極板均為厚度1.0mm的鋁板；所述第一組極柱、第二組極柱中的極柱均為ICrlSNiSTi類型的不銹鋼材料。
[0012]進一步的，所述電離室外殼外側設有一保護殼；所述電離室外殼與所述保護殼之間填充有減震絕緣材料。
[0013]進一步的，所述減震絕緣材料為聚氨酯。
[0014]本電離室包括內部組件、內充高氣壓氣體、電離室外殼、減震絕緣材料和保護殼，所述的內部組件包括高壓極板，收集極板，在高壓極板和收集極板上邊緣處均勻設置四個小孔，分別由四根極柱(共八根)固定住高壓極板和收集極板；所述的高壓極板和收集極板間隔排列，且在極板面的投影上相互錯開45度；所述八根極柱分別穿過高壓極板和收集極板的四個小孔，極板中心為原點，相鄰極柱與原點的連線正好為45度。
[0015]所述的電離室內的高壓極板厚度為1.0mm的高純鋁板，有效直徑170mm，層數為
66ο
[0016]所述的電離室內的收集極板厚度為1.0mm的高純招板,有效直徑170mm,層數為65。
[0017]所述的高壓極板和收集極板上所設置的四個小孔，小孔半徑為2.5_。
[0018]所述八根極柱，半徑均為2.5mm的lCrl8Ni8Ti類型的不銹鋼材料。
[0019]所述電離室外殼為Φ219*517πιπι柱形外殼，材料為lCrl8Ni8Ti類型的不銹鋼。
[0020]所述高氣壓氣體為IS氣，內充于電離室外殼內，氣壓為2.5MPa。
[0021]所述減震絕緣材料位于電離室外殼和保護殼之間，材料為聚氨酯。
[0022]所述保護殼為Φ 260*524mm柱形外殼,材料為普通不銹鋼。
[0023]本實用新型相對于現有技術，其優點如下:
[0024]該電離室的高壓極板與收集極板間場強較大，正負離子可以快速移動，信號能夠快速成形，同時減少了正負離子的復合，在大量光子入射時仍能保持這樣的狀態。因為測量加速器輻射場時，輻射是脈沖式的，脈沖瞬間的輻射劑量率遠遠大于其平均劑量率，復合修正因子變得相當重要。因此能測量能量范圍為80keV?8MeV，劑量率范圍為本底到436mGy/h的光子輻射場的劑量率大小，大大提高了劑量率測量范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為多層高氣壓電離室的整體和極板結構示意圖；
[0026]圖1 (a)為電離室結構圖，圖1 (b)為高壓極板、收集極板的結構圖；
[0027]圖2為多層高氣壓電離室的內部結構示意圖；
[0028]圖2 Ca)為內部組件的截面圖，圖2 (b)為內部組件的頂部視圖；
[0029]圖3為多層高氣壓電離室的能量響應模擬結果和實驗測量結果的比較；
[0030]圖4為多層高氣壓電離室的線性實驗測量結果。
【具體實施方式】
[0031]參見圖1，多層高氣壓電離室在此高壓殼內充氬氣，陰影部分為多個極板和極柱。小件為極板的示意圖，中心為圓形實體，外圍有四個小孔。
[0032]參見圖2，多層高氣壓電離室包括內部組件、內充高氣壓氣體、電離室外殼、減震絕緣材料和保護殼。電離室的電極板之間間隔2.0mm，最上層和最下層均為高壓極板，高壓極板和收集極板間隔排列，四根直徑為5.0mm的極柱分別穿過高壓極板和收集極板，組成電離室內部組件。因為高壓極極板和收集極極板間隔排列，設為極板和極板；極柱共有8根，設為1、2、3、4、5、6、7、8 ;可見高壓極板都套在1、3、5、7的極柱上，收集極板都套在2、4、6、8的極柱上。1、3、5、7四根極柱通過引線連接到一電極上，形成電信號；2、4、6、8四根極柱通過引線連接到另一電極上，形成電信號；兩電極之間形成回路輸出電流信號。
[0033]參見圖3，電離室的能量響應曲線。能響的定義是:在一定能量的光子輻射場中，探測器測得的輻射量的測量值與該點輻射量真值之間的比值。當測量值能真實反映輻射量真值時，即在任何能量點比值均為I時，電離室狀態最好。圖3描述的是實驗和蒙特卡羅模擬所取得的能量響應曲線的對比:由此可見，在有源的50keV?1250keV之間，模擬值和實驗值符合較好。從模擬結果還可以得出在80keV?8MeV，能量響應較為平坦。
[0034]參見圖4，電離室的劑量線性曲線。反映出隨著劑量率變化，電離室所能測量到的劑量率，如果比值為1，說明性能良好。可以看出在78yGy/h?37.7mGy/h之間線性非常好，當大于37.7mGy/h時，沒有劑量率合適的源，所以直到662mGy/h，變大了 50% ;通過近似估算，可認為在劑量為436mGy/h時，線性依然良好。
[0035]針對電離室模型利用蒙特卡洛粒子輸運程序進行模擬計算。在用MCNP程序對電離室的結構進行描述時，使用真實的幾何模型，為節省機時，盡量少采用“余”運算。在定義相似柵元時，采用LIKE BUT TRCL，極大地減少了程序描述語言的行數，減少了發生錯誤的可能。采用F6(平均沉積能量)卡對整個電離室的靈敏體積計數，由于該電離室結構較復雜，MCNP不能自動計算體積或者面積，產生致命錯誤，需要利用SD(分段計數卡)提供各段柵元的質量供F6型計數使用。根據不同能量光子，用于模擬計算的粒子數大于等于106個，結果的統計誤差均小于0.6%。
【權利要求】
1.一種適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于包括電離室外殼，其內部設有一內部組件；所述內部組件包括間隔排列的多個高壓極板、收集極板，所述高壓極板通過第一組極柱固定且電連接到第一電極；所述收集極板通過第二組極柱固定且電連接至第二電極；所述高壓極板與所述收集極板之間絕緣。
2.如權利要求1所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述高壓極板邊緣外側設有多個與第一組極柱匹配的小孔；所述第一組極柱通過所述高壓極板上的小孔將其固定且電連接到第一電極；所述收集極板邊緣外側設有多個與第二組極柱匹配的小孔；所述第二組極柱通過所述收集極板上的小孔將其固定且電連接到第二電極。
3.如權利要求2所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述高壓極板與所述收集極板為同等大小的圓形且同軸間隔排列；所述第一組極柱與所述第二組極柱等間隔的間隔分布于所述高壓極板或收集極板邊緣外側。
4.如權利要求1或2或3所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述高壓極板與所述收集極板之間的間隔為2.0mm，最上層和最下層均為所述高壓極板。
5.如權利要求4所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述高壓極板、收集極板均為厚度1.0mm的鋁板；所述第一組極柱、第二組極柱中的極柱均為lCrl8Ni8Ti類型的不銹鋼材料。
6.如權利要求4所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述電離室外殼外側設有一保護殼；所述電離室外殼與所述保護殼之間填充有減震絕緣材料。
7.如權利要求6所述的適用于探測高劑量率輻射場的多層高氣壓電離室，其特征在于所述減震絕緣材料為聚氨酯。
【文檔編號】H01J47/02GK203787385SQ201420074835
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】王慶斌, 丁亞東, 王攀峰, 馬忠劍, 張清江, 李俊剛, 李楠, 蔡小平 申請人:中國科學院高能物理研究所