CN203787385U - 一种适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室。本实用新型包括电离室外壳，其内部设有一内部组件；所述内部组件包括间隔排列的多个高压极板、收集极板，所述高压极板通过第一组极柱固定且电连接到第一电极；所述收集极板通过第二组极柱固定且电连接至第二电极；所述高压极板与所述收集极板之间绝缘。与现有技术相比，本实用新型能测量能量范围为80keV～8MeV，剂量率范围为本底到436mGy/h的光子辐射场的剂量率大小，大大提高了剂量率测量范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于测量高剂量率脉冲光子辐射场的高气压电离室，具体说是为测量能量范围80keV～8MeV，剂量率范围从环境本底到436mGy/h的γ辐射场，而设计的一种多层平板电离室。
背景技术
电离室是一种用于测量核辐射的探测器，可以用来测量辐射的剂量大小。γ射线在电离室气体中产生次级电子，次级电子在其运动径迹上使气体原子电离，产生一系列正负离子对。正负离子对的数目与粒子在电离室室内气体中沉积的能量有关，而产生一对离子所需的平均能量与所充气体的性质有关。在灵敏体积内的电场下，电子、正离子分别向两极漂移，引起相应极板的感应电荷量发生变化，从而在外接电路中形成电流，通过对电流大小的测量，推出辐射量值的大小。
由于各种能量的带电粒子与物质发生复杂的相互作用，加速器产生的光子辐射能量范围较宽，且剂量率较大。为了准确评估加速器辐射场的大小，必须选择合适的探测器和适当的方法对此进行监测。
在现有技术中，用于监测光子辐射的充气电离室主要有柱形和球型两种。两者一般均采用外壳为高压极，中心材料为收集极的结构，由于结构的原因，电离效应产生的正负离子无法快速的到达相应的电极板，不能用于测量高剂量率和宽能区光子辐射场。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，为测量剂量率较高、宽能量区间的的γ射线辐射场的准确剂量值，本实用新型的目的在于提供一种适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，通过减小正负离子对在两极板之间的漂移时间得以实现。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于包括电离室外壳，其内部设有一内部组件；所述内部组件包括间隔排列的多个高压极板、收集极板，所述高压极板通过第一组极柱固定且电连接到第一电极；所述收集极板通过第二组极柱固定且电连接至第二电极；所述高压极板与所述收集极板之间绝缘。
进一步的，所述高压极板边缘外侧设有多个与第一组极柱匹配的小孔；所述第一组极柱通过所述高压极板上的小孔将其固定且电连接到第一电极；所述收集极板边缘外侧设有多个与第二组极柱匹配的小孔；所述第二组极柱通过所述收集极板上的小孔将其固定且电连接到第二电极。
进一步的，所述高压极板与所述收集极板为同等大小的圆形且同轴间隔排列；所述第一组极柱与所述第二组极柱等间隔的间隔分布于所述高压极板或收集极板边缘外侧。
进一步的，所述高压极板与所述收集极板之间的间隔为2.0mm，最上层和最下层均为所述高压极板。
进一步的，所述高压极板、收集极板均为厚度1.0mm的铝板；所述第一组极柱、第二组极柱中的极柱均为1Cr18Ni8Ti类型的不锈钢材料。
进一步的，所述电离室外壳外侧设有一保护壳；所述电离室外壳与所述保护壳之间填充有减震绝缘材料。
进一步的，所述减震绝缘材料为聚氨酯。
本电离室包括内部组件、内充高气压气体、电离室外壳、减震绝缘材料和保护壳，所述的内部组件包括高压极板，收集极板，在高压极板和收集极板上边缘处均匀设置四个小孔，分别由四根极柱(共八根)固定住高压极板和收集极板；所述的高压极板和收集极板间隔排列，且在极板面的投影上相互错开45度；所述八根极柱分别穿过高压极板和收集极板的四个小孔，极板中心为原点，相邻极柱与原点的连线正好为45度。
所述的电离室内的高压极板厚度为1.0mm的高纯铝板，有效直径170mm，层数为66。
所述的电离室内的收集极板厚度为1.0mm的高纯铝板，有效直径170mm，层数为65。
所述的高压极板和收集极板上所设置的四个小孔，小孔半径为2.5mm。
所述八根极柱，半径均为2.5mm的1Cr18Ni8Ti类型的不锈钢材料。
所述电离室外壳为Φ219*517mm柱形外壳，材料为1Cr18Ni8Ti类型的不锈钢。
所述高气压气体为氩气，内充于电离室外壳内，气压为2.5MPa。
所述减震绝缘材料位于电离室外壳和保护壳之间，材料为聚氨酯。
所述保护壳为Φ260*524mm柱形外壳，材料为普通不锈钢。
本实用新型相对于现有技术，其优点如下：
该电离室的高压极板与收集极板间场强较大，正负离子可以快速移动，信号能够快速成形，同时减少了正负离子的复合，在大量光子入射时仍能保持这样的状态。因为测量加速器辐射场时，辐射是脉冲式的，脉冲瞬间的辐射剂量率远远大于其平均剂量率，复合修正因子变得相当重要。因此能测量能量范围为80keV～8MeV，剂量率范围为本底到436mGy/h的光子辐射场的剂量率大小，大大提高了剂量率测量范围。
附图说明
图1为多层高气压电离室的整体和极板结构示意图；
图1（a）为电离室结构图，图1（b）为高压极板、收集极板的结构图；
图2为多层高气压电离室的内部结构示意图；
图2（a）为内部组件的截面图，图2（b）为内部组件的顶部视图；
图3为多层高气压电离室的能量响应模拟结果和实验测量结果的比较；
图4为多层高气压电离室的线性实验测量结果。
具体实施方式
参见图1，多层高气压电离室在此高压壳内充氩气，阴影部分为多个极板和极柱。小件为极板的示意图，中心为圆形实体，***有四个小孔。
参见图2，多层高气压电离室包括内部组件、内充高气压气体、电离室外壳、减震绝缘材料和保护壳。电离室的电极板之间间隔2.0mm，最上层和最下层均为高压极板，高压极板和收集极板间隔排列，四根直径为5.0mm的极柱分别穿过高压极板和收集极板，组成电离室内部组件。因为高压极极板和收集极极板间隔排列，设为极板和极板；极柱共有8根，设为1、2、3、4、5、6、7、8；可见高压极板都套在1、3、5、7的极柱上，收集极板都套在2、4、6、8的极柱上。1、3、5、7四根极柱通过引线连接到一电极上，形成电信号；2、4、6、8四根极柱通过引线连接到另一电极上，形成电信号；两电极之间形成回路输出电流信号。
参见图3，电离室的能量响应曲线。能响的定义是：在一定能量的光子辐射场中，探测器测得的辐射量的测量值与该点辐射量真值之间的比值。当测量值能真实反映辐射量真值时，即在任何能量点比值均为1时，电离室状态最好。图3描述的是实验和蒙特卡罗模拟所取得的能量响应曲线的对比：由此可见，在有源的50keV～1250keV之间，模拟值和实验值符合较好。从模拟结果还可以得出在80keV～8MeV，能量响应较为平坦。
参见图4，电离室的剂量线性曲线。反映出随着剂量率变化，电离室所能测量到的剂量率，如果比值为1，说明性能良好。可以看出在78μGy/h～37.7mGy/h之间线性非常好，当大于37.7mGy/h时，没有剂量率合适的源，所以直到662mGy/h，变大了50%；通过近似估算，可认为在剂量为436mGy/h时，线性依然良好。
针对电离室模型利用蒙特卡洛粒子输运程序进行模拟计算。在用MCNP程序对电离室的结构进行描述时，使用真实的几何模型，为节省机时，尽量少采用“余”运算。在定义相似栅元时，采用LIKE BUT TRCL，极大地减少了程序描述语言的行数，减少了发生错误的可能。采用F6(平均沉积能量)卡对整个电离室的灵敏体积计数，由于该电离室结构较复杂，MCNP不能自动计算体积或者面积，产生致命错误，需要利用SD(分段计数卡)提供各段栅元的质量供F6型计数使用。根据不同能量光子，用于模拟计算的粒子数大于等于106个，结果的统计误差均小于0.6%。
Claims (7)
1.一种适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于包括电离室外壳，其内部设有一内部组件；所述内部组件包括间隔排列的多个高压极板、收集极板，所述高压极板通过第一组极柱固定且电连接到第一电极；所述收集极板通过第二组极柱固定且电连接至第二电极；所述高压极板与所述收集极板之间绝缘。
2.如权利要求1所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述高压极板边缘外侧设有多个与第一组极柱匹配的小孔；所述第一组极柱通过所述高压极板上的小孔将其固定且电连接到第一电极；所述收集极板边缘外侧设有多个与第二组极柱匹配的小孔；所述第二组极柱通过所述收集极板上的小孔将其固定且电连接到第二电极。
3.如权利要求2所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述高压极板与所述收集极板为同等大小的圆形且同轴间隔排列；所述第一组极柱与所述第二组极柱等间隔的间隔分布于所述高压极板或收集极板边缘外侧。
4.如权利要求1或2或3所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述高压极板与所述收集极板之间的间隔为2.0mm，最上层和最下层均为所述高压极板。
5.如权利要求4所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述高压极板、收集极板均为厚度1.0mm的铝板；所述第一组极柱、第二组极柱中的极柱均为1Cr18Ni8Ti类型的不锈钢材料。
6.如权利要求4所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述电离室外壳外侧设有一保护壳；所述电离室外壳与所述保护壳之间填充有减震绝缘材料。
7.如权利要求6所述的适用于探测高剂量率辐射场的多层高气压电离室，其特征在于所述减震绝缘材料为聚氨酯。
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