CN114488269B - 一种正比计数器 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐射剂量测量技术领域，具体涉及一种正比计数器，用于X或γ射线脉冲辐射测量，包括设置在密封的屏蔽外壳(6)内的圆柱形的密封的阴极壳体(3)，在阴极壳体(3)的轴线位置设置的阳极丝(1)，阴极壳体(3)的一端设置信号导出接口(7)，阴极壳体(3)的另一端设置高压电源输入接口(8)。本发明由金属材质的屏蔽外壳(6)接地为正比计数器内部结构无干扰电磁屏蔽环境，由阳极丝(1)提供工作正高压，由阴极壳体(3)收集电离和正比倍增电荷漂移时的感应电荷并形成电流信号输出，可以有效避免常规正比计数器在高计数率测量、脉冲辐射测量场景中的空间电荷效应、脉冲堆积效应。

Description

一种正比计数器

技术领域

本发明属于辐射剂量测量技术领域，具体涉及一种正比计数器。

背景技术

正比计数器是一种气体核辐射探测器，其工作电压在正比区，可用于X、γ射线测量，广泛应用于辐射剂量测量、场所辐射监测等应用场合。

正比计数器的结构大多采用圆柱形，中心是阳极细丝，圆柱筒外壳是阴极，工作气体一般是隋性气体和少量负电性气体的混合物。入射粒子与筒内气体原子碰撞使原子电离，产生电子和正离子。在电场作用下，电子向中心阳极丝运动，正离子以比电子慢得多的速度向阴极漂移。电子在阳极丝附近受强电场作用加速获得能量可使原子再电离。从阳极丝引出的输出脉冲幅度较大，且与初始电离成正比。一般正比计数器阳极丝为正极性电位，计数器外壳为负极性电位，灵敏体积内形成电场使得电离电荷产生的电子向阳极漂移，并在阳极附近发生电子倍增，电子的漂移和倍增在阳极丝产生感应电荷Q，经阳极丝通过隔直电容输出至前置放大器，正比计数器一般采用电荷灵敏前置放大器，见图1所示，其输出电压V＝Q/C，其中C为电荷灵敏前置放大器的反馈电容，通常为pF量级。通常，前置放大器输出为负指数衰减电压信号，经过后续电路处理后通过对输出脉冲信号进行计数方式可以完成X、γ射线强度测量，即空气吸收剂量、周围剂量当量等辐射量的测量。

随着医用X光机、医用CT、医用电子直线加速器、医用质子加速器以及研究堆或加速器等的广泛建立及使用，它们在工作时产生的电离辐射不同于常规的连续辐射场，通常为脉冲式辐射场，具有持续时间短、单脉冲辐射注量率大等特点。此时，采用常规的正比计数器会因存在阳极丝处的空间电荷效应导致正比计数器增益变差，多个辐射光子同时入射产生单个“合峰”输出信号，后端核电子学电路产生脉冲堆积甚至“堵死”等现象，导致脉冲信号计数大幅度低于预期结果，导致在脉冲辐射场中的测量结果严重偏低甚至无响应，从而不能满足辐射防护的使用要求，威胁放射性工作人员健康与安全。

发明内容

为了解决常规正比计数器在脉冲辐射场测量中，因阳极丝发生空间电荷效应，脉冲堆积和后端核电子学读出电路计数饱和或发生“堵死”等现象导致实际输出脉冲信号幅度、计数率等与预期偏差较大或无反应的现象，本发明的目的是提供一种工作于电流模式的用于X、γ射线脉冲辐射测量的正比计数器，该正比计数器输出电流或总电荷量正比于辐射场强度，通过对输出电流或总电荷的测量，不仅可以适用于常规的X、γ射线连续辐射测量，还可以用于X、γ射线脉冲辐射测量，解决了常规正比计数器无法应用于脉冲辐射场的难题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种正比计数器，用于X或γ射线脉冲辐射测量，其中，包括设置在密封的屏蔽外壳内的圆柱形的密封的阴极壳体，在所述阴极壳体的轴线位置设置的阳极丝，所述阴极壳体的一端设置信号导出接口，所述阴极壳体的另一端设置高压电源输入接口。

进一步，在所述阴极壳体两端分别设有绝缘体，所述绝缘体使得所述阴极壳体不与所述屏蔽外壳相接触；所述绝缘体的材质包括聚四氟乙烯、尼龙或PEEK。

进一步，所述阴极壳体内填充工作气体，在所述阴极壳体的两端的轴心位置设置有第一绝缘端子，所述阳极丝通过所述第一绝缘端子固定设置在所述阴极壳体的轴线位置；所述阳极丝的顶端穿过所述阴极壳体与所述高压电源输入接口相连；所述阳极丝的尾端不与所述阴极壳体相接触，并与所述阴极壳体绝缘。

进一步，所述阴极壳体的材质为不锈钢或硬铝材料。

进一步，所述屏蔽外壳接地设置，用于为所述屏蔽外壳的内部提供电磁屏蔽环境。

进一步，所述阳极丝为直径2.5μm-20μm的金属细丝，材质包括铜或银。

进一步，在所述屏蔽外壳的两端预留接口，所述信号导出接口和所述高压电源输入接口通过所述接口延伸至所述屏蔽外壳之外，在所述接口上设置第二绝缘端子，防止所述信号导出接口和所述高压电源输入接口与所述屏蔽外壳相接触。

进一步，所述高压电源输入接口与所述阳极丝连接并导通，用于连接高压电源，为所述阳极丝提供工作高压，所述工作高压的电压为+800V～+3000V；所述信号导出接口与所述阴极壳体连接，用于连接外置的前置放大器；所述阴极壳体用于收集正比计数器内电离电荷，所述电离电荷的信号采用直流耦合输出方式输出至所述前置放大器。

进一步，所述屏蔽外壳为金属材质，所述第一绝缘端子和所述第二绝缘端子为陶瓷材质；所述高压电源输入接口的类型包括SHV连接器或MHV连接器；所述信号导出接口的类型包括BNC连接器或SMA连接器。

进一步，所述工作气体由惰性气体和负电性气体构成；所述惰性气体为氩气、氪气或疝气；所述负电性气体为甲烷。

本发明的有益效果在于：

由金属材质的屏蔽外壳6接地为正比计数器内部结构无干扰电磁屏蔽环境，由阳极丝1提供工作正高压，由阴极壳体3收集电离和正比倍增电荷漂移时的感应电荷并形成电流信号输出，可以有效避免常规正比计数器在高计数率测量、脉冲辐射测量场景中的空间电荷效应、脉冲堆积效应，同时采用电流读出及相关配套的核电子学电路可以避免常规的后端核电子学死时间导致的堆积和堵死现象。

附图说明

图1是本发明背景技术部分所述的现有的正比计数器的结构及工作原理示意图；

图2是本发明具体实施方式中所述的一种正比计数器的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中所述的一种正比计数器的工作原理示意图；

图中：1-阳极丝，2-工作气体，3-阴极壳体，4-第一绝缘端子，5-绝缘体，6-屏蔽外壳，7-信号导出接口，8-高压电源输入接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图2所示，本发明提供的一种正比计数器，用于X或γ射线脉冲辐射测量，其中，包括设置在密封的屏蔽外壳6内的圆柱形的密封的阴极壳体3，在阴极壳体3的轴线位置设置的阳极丝1，阴极壳体3的一端设置信号导出接口7，阴极壳体3的另一端设置高压电源输入接口8。

在阴极壳体3两端分别设有绝缘体5，绝缘体5使得阴极壳体3不与屏蔽外壳6相接触，防止接触导通；绝缘体5的材质包括聚四氟乙烯、尼龙或PEEK等高绝缘材料。

阴极壳体3内填充工作气体2，在阴极壳体3的两端的轴心位置设置有第一绝缘端子4，阳极丝1通过第一绝缘端子4焊接固定设置在阴极壳体3的轴线位置(保证阴极壳体3内部的工作气体2不泄漏)；阳极丝1的顶端穿过阴极壳体3与高压电源输入接口8相连；阳极丝1的尾端不与阴极壳体3相接触，并与阴极壳体3绝缘。

阴极壳体3的材质为不锈钢或硬铝材料。

屏蔽外壳6接地设置(即零电位)，用于静电屏蔽为屏蔽外壳6的内部提供电磁屏蔽环境。

阳极丝1为直径2.5μm-20μm的金属细丝，材质包括铜或银。

在屏蔽外壳6的两端预留接口，信号导出接口7和高压电源输入接口8通过接口延伸至屏蔽外壳6之外，在接口上设置第二绝缘端子，防止信号导出接口7和高压电源输入接口8与屏蔽外壳6相接触。

屏蔽外壳6为金属材质，第一绝缘端子4和第二绝缘端子为陶瓷材质；高压电源输入接口8的类型包括SHV连接器或MHV连接器或其他高压连接器；信号导出接口7的类型包括BNC连接器或SMA连接器或其他类型连接器。

工作气体2由惰性气体和(少量)负电性气体构成；惰性气体为氩气、氪气或疝气；负电性气体为甲烷。

高压电源输入接口8与阳极丝1电气连接并导通，用于连接高压电源，为阳极丝1提供工作高压，工作高压的电压为+800V～+3000V；信号导出接口7与阴极壳体3连接并导通，用于连接外置的前置放大器；阴极壳体3用于收集正比计数器内电离电荷，电离电荷的信号采用直流耦合输出方式输出至前置放大器；当高压电源输入接口8连接+800V～+3000V的工作高压时，正比计数器处于电流输出模式，电离产生电荷信号经过正比放大后在阴极壳体3内感应生成电流信号，电流信号由阴极壳体3通过信号导出接口7输出，通过直流耦合的前置放大器(高速对数放大器)完成宽量程电流信号测量，工作原理如图3所示，此时，输出的电流信号正比于入射正比计数器内的X、γ射线强度；通过测量电流信号值，正比计数器的灵敏度获得入射辐射的强度(如空气吸收剂量、周围剂量当量等)。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种正比计数器，用于X或γ射线脉冲辐射测量，其特征是：包括设置在密封的屏蔽外壳（6）内的圆柱形的密封的阴极壳体（3），在所述阴极壳体（3）的轴线位置设置的阳极丝（1），所述阴极壳体（3）的一端设置信号导出接口（7），所述阴极壳体（3）的另一端设置高压电源输入接口（8）；所述阴极壳体（3）内填充工作气体（2），在所述阴极壳体（3）的两端的轴心位置设置有第一绝缘端子（4），所述阳极丝（1）通过所述第一绝缘端子（4）固定设置在所述阴极壳体（3）的轴线位置；所述阳极丝（1）的顶端穿过所述阴极壳体（3）与所述高压电源输入接口（8）相连；所述阳极丝（1）的尾端不与所述阴极壳体（3）相接触，并与所述阴极壳体（3）绝缘；所述高压电源输入接口（8）与所述阳极丝（1）连接并导通，用于连接高压电源，为所述阳极丝（1）提供工作高压，所述工作高压的电压为+800V～+3000V；所述信号导出接口（7）与所述阴极壳体（3）连接，用于连接外置的前置放大器；所述阴极壳体（3）用于收集正比计数器内电离电荷，所述电离电荷的信号采用直流耦合输出方式输出至所述前置放大器。

2.如权利要求1所述的一种正比计数器，其特征是：在所述阴极壳体（3）两端分别设有绝缘体（5），所述绝缘体（5）使得所述阴极壳体（3）不与所述屏蔽外壳（6）相接触；所述绝缘体（5）的材质包括聚四氟乙烯、尼龙或PEEK。

3.如权利要求2所述的一种正比计数器，其特征是：所述阴极壳体（3）的材质为不锈钢或硬铝材料。

4.如权利要求3所述的一种正比计数器，其特征是：所述屏蔽外壳（6）接地设置，用于为所述屏蔽外壳（6）的内部提供电磁屏蔽环境。

5.如权利要求4所述的一种正比计数器，其特征是：所述阳极丝（1）为直径2.5μm-20μm的金属细丝，材质包括铜或银。

6.如权利要求5所述的一种正比计数器，其特征是：在所述屏蔽外壳（6）的两端预留接口，所述信号导出接口（7）和所述高压电源输入接口（8）通过所述接口延伸至所述屏蔽外壳（6）之外，在所述接口上设置第二绝缘端子，防止所述信号导出接口（7）和所述高压电源输入接口（8）与所述屏蔽外壳（6）相接触。

7.如权利要求6所述的一种正比计数器，其特征是：所述屏蔽外壳（6）为金属材质，所述第一绝缘端子（4）和所述第二绝缘端子为陶瓷材质；所述高压电源输入接口（8）的类型包括SHV连接器或MHV连接器；所述信号导出接口（7）的类型包括BNC连接器或SMA连接器。

8.如权利要求7所述的一种正比计数器，其特征是：所述工作气体（2）由惰性气体和负电性气体构成；所述惰性气体为氩气、氪气或疝气；所述负电性气体为甲烷。