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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf ein Aufhängungssystem
zum Schutz von Geräten,
die in einem externen Gehäuse
montiert sind und im Besonderen auf ein Aufhängungssystem für einen widerstandsfähigen Strahlungsdetektor.
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Typischerweise
umfassen Strahlungsdetektoren eine Lichterfassungs- und Mengenbestimmungseinrichtung,
wie z. B. eine Photo-Vervielfacherröhre sowie ein Szintillatorelement,
das ein Kristall oder eine geeignete Zusammensetzung sein kann.
Das Szintillatorelement funktioniert, indem es Strahlung aus seiner
Umgebung einfängt
und diese Energie in Licht umwandelt. Die Strahlung kann natürliche Umgebungsstrahlung
oder Strahlung von strahlungsemittierendem Material sein, das in
die Nähe
des Strahlungsdetektors verbracht wurde.
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Das
in dem Szintillatorelement durch den Strahlungseinfalls erzeugte
Licht wird durch ein optisches Fenster in die Photo-Vervielfacherröhre übertragen.
Die Lichtimpulse werden in elektrische Impulse umgewandelt, die
an ein Messsystem übertragen werden.
Normalerweise werden zwischen dem Szintillatorelement und dem Lichterfassungselement
optische Verbindungselemente genutzt, um eine bessere Lichtübertragung
zu erzielen und können
auch verwendet werden, um eine Dynamiktrennung zwischen dem Szintillatorelement
und dem Lichterfassungselement zu schaffen.
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Das
Portal-Strahlungsmonitoring hat bei den heutigen Möglichkeiten
des illegalen Transports von nuklearen Waffen, radiologischen („schmutzigen") Bomben und anderen
illegalen radioaktiven Materialien an Bedeutung zugenommen. Das
effektive Portal-Strahlungsmonitoring bietet eine Möglichkeit,
den unzulässigen
Transport sowie die unzulässige
Verwendung dieser strahlungsemittierenden Materialien zu erkennen
und zu vereiteln. Da jedoch die Transportmittel für die radioaktiven
Materialien vielfältig sind,
muss das Portal-Monitoring
auf eine breite Masse Transportsysteme angewendet werden. Zu den Transportarten,
bei denen das Portal-Strahlungsmonitoring
durchzuführen
ist, gehören
Transporte auf See, Transporte mit der Bahn, Kraftfahrzeuge und Personen.
Folglich ist die Portal-Strahlungsmonitoringausstattung,
die die Strahlungsdetektoren umfasst, einer breiten Vielfalt an
Umweltbedingungen ausgesetzt.
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Bestehende
Portal-Monitoringstrahlungsdetektoren unterliegen während ihres
normalen Gebrauchs oft einem variierenden Maß an Stößen und Vibration. In einigen
Fällen
kann die Stoß- oder Vibrationsbelastung
ziemlich heftig sein. Es ist daher vorteilhaft, die Strahlungsdetektoren
zu schützen,
so dass sie keine Schäden
durch Stöße und Vibration davontragen.
Beispiele dieser Auswirkungen können hohe
Hintergrundzählungen,
Rauschen im Antwortspektrum des Detektors und sogar Bruch des Detektors
umfassen. Typische Verfahren zum Schutz dieser Detektoren umfassen
die Verwendung dicker Elastomere, Schaumstoffe etc.
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Bestehende
Stoß-
und Vibrationsdämpfungssysteme
bestehen typischerweise aus entweder einer Elastomermanschette,
die um den Strahlungsdetektor angebracht wird, oder einem Schaum polster,
das um den Strahlungsdetektor gewickelt wird. Aufgrund der Größeneinschränkungen
in Portal-Monitoringstrahlungsdetektoren
können
diese Verfahren nicht generell eingesetzt werden. In vielen Fällen wird
einfach der Kristall in ein reflektierendes Material gewickelt und
anschließend
in ein 1 mm dickes Edelstahlgehäuse
eingefügt.
Der Kristall weist typischerweise die Form eines 4 × 4 Inch
(10 cm × 10 cm)
Rechtecks auf, das 16 Inches (40 cm) lang ist. Außerdem kann
der Kristall andere Formen aufweisen, allgemein umfassend ein 2 × 4 Inch
(5 cm × 10 cm)
Rechteck, das 16 Inches (40 cm) lang ist.
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Typischerweise
werden weiche Elastomermaterialien verwendet, um für eine Pufferwirkung
zu sorgen und je größer der
erwartete Stoß ist,
desto dicker ist das zu verwendende Elastomer. Dieses Material kann
in Form von Manschetten oder Ummantelungen geformt sein und erreicht
werden, indem das vibrationsempfindliche Material in ein Elastomer
gegossen wird. Elastomere neigen nach größeren Temperaturveränderungen
dazu, aufgrund ihres hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
oder aufgrund hoher mechanischer Belastung die Form zu ändern.
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In
einem solchen Verfahren zur Herstellung von Strahlungsdetektoren
wird ein Natriumiodidkristall unter Verwendung einer Teflon®-Manschette
in ein Metallgehäuse
suspendiert. Ein Teflon®-Band wird um die Außenseite
des Szintillatorkristalls gewickelt, bis die Abmessungen dem Innenraum
des Gehäuses
entsprechen. Der umwickelte Kristall wird anschließend in
das Gehäuse
eingesetzt.
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Ein
anderes Montageverfahren verwendet Schaumstoff. Das Natriumiodid
muss zuerst mit einem Reflektor umgeben werden, um die innere Photoreflektion
zu verbessern. Im Anschluss daran wird der Kristall dann mit Hilfe
verschiedener Systeme, die im Innern des wasserdichten Gehäuses angebracht sind,
in das Gehäuse
eingesetzt.
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Ein
größeres Szintillatorelement
erhöht
den Querschnitt und somit die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gammaquant
oder Neutron in das Element eintritt. Ebenso erhöht eine größere Dicke die Wahrscheinlichkeit,
dass die einfallende Strahlung eher eine Szintillation erzeugen
wird, als einfach nur durch das Element durchzugehen. Ferner können die
Materialien, die den Szintillatorkristall umgeben, die einfallende
Strahlung abschwächen.
Dicke und Eigenschaft der Schutzmaterialien und des Gehäuses können die
Empfindlichkeit des Gerätes
nachteilig beeinflussen.
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Es
gibt zahlreiche Patente, die für
verschiedene Arten und Modelle von Strahlungssensoren erteilt wurden,
die die vorstehend erwähnten
Aufhängungssystemarten
verwenden. Ein anderes Konzept zum Schutz eines Detektorkristalls
umfasst die Verwendung von metallischen Blattfedern um die Umfangsfläche eines
zylindrischen Szintillatorkristalls. In Frederick et al. (
U.S. 5,962,855 ) stellt ein
Strahlungsdetektor mit annähernd
zylindrischer Form und einer Einschränkung der axialen Seitenwand,
welche den Detektor umgibt, und Radialfedern, die außerhalb
der Einschränkung
platziert wurden, eine feste Einschränkung in axialer und radialer
Richtung bereit. Ebenfalls in Frederick (
U.S. 6,355,932 ) befindet sich ein
erstes Set aus verlängerten
Radialfedern ringsum die Umfangsfläche eines Lichtdetektors radial
zwischen dem Gehäuse
und dem Lichtdetektor und ein zweites Set aus ähnlichen Radialfedern ringsum
die Umfangsfläche
eines Strahlungsdetektors, in dem die Detektoren zylindrisch geformt
sind. Diese Frederick-Patente
wurden an General Electric abgetreten und generell in der Herstellung
und Konstruktion zylindrischer Szintillatordetektoren zur Anwendung
in der Öl-
und Gasexploration eingesetzt. Allerdings nutzen diese Patente Federn
rings um die gesamte Detektorfläche,
wodurch der Detektor teilweise gegen die einfallende Strahlung abgeschirmt
wird, die er messen soll.
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Dementsprechend
besteht Bedarf für
die Bereitstellung eines widerstandsfähigen Aufhängungssystems zum Schutz des
Szintillatorkristalls in einer quadratischen, rechteckigen oder
anderen polygonalen Form vor mechanischen Stößen, Vibration und Temperaturinduzierten
Kräften.
Ferner besteht der Bedarf, ein Aufhängungssystem zu schaffen, das
die Abschirmung des Detektors gegen die einfallende Strahlung minimiert,
die er messen soll.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufhängungssystem zum Schutz innerer
Geräte in
einem externen Gehäuse
und im Besonderen zum Schutz der Elemente eines in einem Gehäuse montierten
Strahlungsdetektorbauteils vor äußeren Stößen und
Vibration.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aufhängeeinrichtung bereitgestellt, bei
der die Federungselemente zwischen einem geschützt aufgehängten inneren Gerät und einem äußeren Gehäuse in Position
gehalten werden. Die Aufhängeeinrichtung
umfasst mindestens eine Ablage, wobei jede Ablage so groß ist, dass
sie ein Federungselement und mindestens einen Halterand halten kann,
wobei ein Halterand an jeder Seite der Ablage ohne ein anderes Haltemittel
für das
Federungselement angebracht ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strahlungsdetektorbauteil geschaffen.
Das Strahlungsdetektorbauteil umfasst ein Gehäuse, ein Strahlungsdetektorelement
sowie ein Lichterfassungselement, das betriebsmäßig mit dem Strahlungsdetektorelement
verbunden ist. Das Strahlungsdetektorelement befindet sich in dem
Gehäuse.
Das Bauteil umfasst ebenfalls eine Mehrzahl durchgehender wellenförmiger Federn,
die sich entlang der äußeren Peripherie
des Strahlungsdetektorelementes radial zwischen dem Gehäuse und
dem Strahlungsdetektorelement befinden.
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Noch
ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen Portal-Strahlungsmonitor. Der
Portal-Strahlungsmonitor umfasst eine Mehrzahl Strahlungsdetektorbauteile,
von denen jedes Strahlungsdetektorbauteil ein Lichterfassungselement
und ein Strahlungsdetektorelement umfasst, wobei das Strahlungsdetektorelement
eine Mehrzahl durchgehender wellenförmiger Federn stützt, die
sich entlang der äußeren Peripherie
des Lichtdetektorelementes radial zwischen einem Gehäuse und
dem Strahlungsdetektorelement befinden. Der Portal-Strahlungsmonitor
umfasst ferner eine bauliche Stütze
für das
symmetrische Anbringen der Mehrzahl Strahlungsdetektorbauteile in
Bezug auf die Objekte, die von dem Portal-Strahlungsmonitor überprüft werden. Der Monitor verwendet
Verbindungsmittel zum Verbinden von Strahlungsausgabesignalen eines
jeden Strahlungsdetektorbauteils, elektronische Verarbeitungsmittel
zum Verarbeiten der Strahlungsausgabesignale von der Mehrzahl Strahlungsdetektorbauteile,
und ein elektronisches Anzeigemittel zum Anzeigen der Strahlungsausgabesignale
der Strahlungsdetektorbauteile.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Diese
und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden besser verstanden werden, wenn die nachstehende ausführliche
Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren gelesen wird,
in denen gleiche Zeichen durchweg gleiche Teile darstellen, wobei:
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1 eine
isometrische Schnittansicht eines Strahlungsdetektorbauteils gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2A eine
Vorderansicht des Strahlungsdetektorbauteils darstellt;
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2B eine
Endansicht des Strahlungsdetektorbauteils darstellt;
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3 einen
schrägen
Querschnitt des Strahlungsdetektorbauteils in dem Strahlungsdetektorelement
darstellt;
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4 eine
vergrößerte isometrische
Ansicht der durchgehenden wellenförmigen Federn darstellt, die
entlang der Kante eines Strahlungsdetektorelements angebracht sind;
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5 eine
vergrößerte Ansicht
der für
ein Strahlungsdetektorelement bereitgestellten Suspension an einer
axialen Kante des Elements darstellt; und
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6 einen
beispielhaften Portal-Strahlungsmonitor darstellt, der die erfindungsgemäßen Strahlungsdetektorbauteile
verwendet, die eine Mehrzahl durchgehender wellenförmiger Federn
verwenden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
zuvor beschriebenen Verfahren sind möglicherweise nicht durchführbar, wenn
versucht wird, einen zerbrechlichen Szintillatordetektorkristall vor
stoß-
und vibrationsbedingtem Schaden zu schützen. Die nachstehenden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung haben viele Vorteile, die auf die Schaffung
eines kompakten Aufhängungssystems
zurückgehen,
das die inneren Geräte
vor Stößen und
Vibration schützt,
denen ein äußeres Gehäuse ausgesetzt
ist. Die geschützten
inneren Geräte
können
sich in ihrer Funktion unterscheiden und Messgeräte, Detektoren und andere empfindliche Geräte umfassen.
Das Aufhängungssystem
ist besonders für
Anwendungen geeignet, bei denen die Dicke des Volumens zwischen
dem inneren Gerät und
dem Gehäuse
begrenzt ist. Die geschützten
inneren Geräte
können
ebenfalls eine breite Palette an Formen und Größen aufweisen.
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Das
Federungselement kann eine Auswahl an federartigen Geräten umfassen,
umfassend ein durchgehendes wellenförmiges (onduliertes) Aufhängungssystem.
Die auf den Detektor wirkenden Stöße und Vibrationen werden durch
den Kristall übertragen,
so dass sich der Kristall im Gleichtakt mit dem Detektorgehäuse bewegt
und somit nicht auf das Gehäuse
aufprallen wird und Schaden am Kristall verursacht.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann sich auf den Schutz der Strahlungsmessgeräte beziehen.
Die Strahlungsmessgeräte
verwenden häufig
Szintillatordetektoren, um die einfallende Strahlung zu erfassen.
Ein typischer Strahlungsdetektor umfasst die folgenden Bestandteile:
einen Szintillatorkristall (üblicherweise
mit Thallium versetztes Natriumiodid, aber nicht ausschließlich),
eine Photo-Vervielfacherröhre
(PMT), ein Gehäuse
um jeden Kristall und die PMT, und ein optisches Fenster sowie ein
Aufhängungssystem
im Innern des Gehäuses,
nicht aber um die äußeren Abmessungen
des Kristalls und der PMT. Der mit Thallium versetzte Natriumiodidkristall
(NaI(TI)) wird seit 1920 in Strahlungsdetektoren verwendet und weist gut
bekannte Eigenschaften für
Gammaempfindlichkeit, spektrale Auflösung und Lichtausgabe auf.
Es können
auch andere Szintillatormaterialien verwendet werden, wie z. B.,
aber nicht darauf begrenzt, Cäsiumiodid
(CsI), Lanthanumhalogenide (LaHalogenide), etc.
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Der
Kristall enthält
in einer beispielhaften Form entweder eine rechteckige oder eine
quadratische äußere Abmessung
als schrägen
Querschnitt. Typische Maße
für diese
Kristalle in der Anwendung als Portal-Detektor können 2 Inch breit × 4 Inch
tief × 16
Inch lang oder 4 Inch breit × 4
Inch lang × 16
Inch lang sein (5 cm × 10
cm × 40
cm oder 10 cm × 10
cm × 40
cm). Diese besonderen Abmessungen sind nicht ausschließlich, stellen
aber die allgemeinen Grenzen dar, die Fachleute bisher verwendet
haben, um Strahlungsdetektoren für
diese Zwecke herzustellen.
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Die
Erfindung kann als ein Gammastrahlungsdetektor verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform
des Detektors ist ein Gammastrahlungsdetektor im Innern eines Gehäuses, das
nahe einem Portal platziert wird, das Personen, Autos, Frachtgut
oder andere Objekte passieren können. Die
einzigartigen Eigenschaften dieses Detektors machen ihn ideal für Portale,
die hohe Vibrationsmengen erfahren wie sich nähernde Züge oder schwere Trucks etc.
und für
portable Portal-Monitore, die
geschüttelt
werden oder runterfallen können, wenn
sie von einem Ort zum nächsten
transportiert werden.
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Individuelle
Detektorelementkristalle können mit
den einzelnen Detektorelementkristallen in im Wesentlichen symmetrischer
Anordnung um die Peripherie eines Portal-Strahlungsmessgeräts verwendet werden.
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Die
durchgehenden wellenförmigen
Federn bestehen typischerweise aus flachen Metallstreifen, die in
Bögen geformt
sind und ein durchgehendes Wellenmuster entlang der Länge der
Feder bilden. Diese Wellenkonfiguration der Federn kann in dem begrenzten
Zwischenraum zwischen dem Strahlungsdetektorelement und dem Gehäuse platziert werden.
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Die
durchgehenden wellenförmigen
Federn lassen ebenfalls eine Wärmeausdehnung
des Materials zu, wenn der Detektor einem breiten Temperaturbereich
unterliegt. Dieses Konzept ist nicht nur auf Natriumiodid begrenzt.
Es können
auch andere Szintillatormaterialien wie CsI, La Halogenide etc.
verwendet werden.
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Ferner
werden in verschiedenen polygonalen Kristallanordnungen zum axialen
Halt die durchgehenden wellenförmigen
Federn ausschließlich
an den axialen Kanten des Szintillatorkristalls platziert. Die axiale
Platzierung der Federn entlang der Kanten belastet die Kristallperipherie
weniger als die umlaufende Platzierung bei Frederick. Somit wird
weniger Material, das als Abschirmung für die einfallende Strahlung
agieren kann, zwischen die äußere Umgebung,
welche überprüft wird,
und den Kristall platziert, wodurch die Aufrechterhaltung der Empfindlichkeit
des Szintillatordetektors unterstützt wird.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung schafft ein Aufhängungssystem, um die Elemente
zwischen einem zu suspendierenden inne ren Gerät und einem äußeren Gehäuse in Position
zu halten. Die Aufhängeeinrichtung
umfasst mindestens eine Ablage, wobei die Ablage so groß ist, dass
sie ein Federungselement und mindestens einen Halterand halten kann, wobei
ein Halterand an jeder Seite der Ablage angebracht ist, die keine
anderen Haltemittel für
das Federungselement aufweist. Die Aufhängeeinrichtung kann ferner
ein Verbindungselement befassen, das sich zwischen den Ablagen befindet
und an die angrenzende Kante einer jeden Ablage angebracht ist, um
eine Ablage parallel zur Außenperipherie
des zu suspendierenden inneren Geräts und eine zweite Ablage parallel
zu einem angrenzenden Bereich an der Außenperipherie des inneren Gerätes zu positionieren.
Das zu suspendierende innere Gerät
umfasst eine ganze Reihe Elemente, die geschützt werden können, indem
sie in ein Außengehäuse suspendiert werden,
das ein Strahlungsdetektorelement und ein Lichterfassungselement
umfasst.
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Das
zu suspendierende Gerät
kann viele Formen aufweisen, die einen kreisförmigen schrägen Querschnitt umfassen, und
kann zum Beispiel ein gerader Zylinder sein. Das zu suspendierende
Gerät kann
ebenfalls einen polygonal geformten Querschnitt aufweisen, der ein
Quadrat, ein Rechteck und ein Sechseck umfassen kann. Diese Geräte werden im
Wesentlichen als gerade Prismen geformt, wenn sie als Detektorelemente
eingesetzt werden. Das Suspendiergerät kann an viele verschiedene
Formen, umfassend die vorstehend beschriebenen, angepasst werden.
In einer beispielhaften Anwendung, in der das innere suspendierte
Gerät ein
Strahlungsdetektorelement ist, wird die Aufhängeeinrichtung als Federführungsschiene
bezeichnet.
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Die
Ablagen der Aufhängeeinrichtung
nehmen die Federelemente auf, die für eine Abschwächung der
Stoß-
und Vibrationskräfte
sorgt, die dem Außengehäuse auferlegt
werden. Die gegen das innere Gerät
gestützten
Federelemente können
durchgehende wellenförmige
Federn aufweisen.
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Eine
Mehrzahl Ablagen der Aufhängeeinrichtung
kann an der axialen Länge
des Strahlungsdetektors verlaufen. Bei einer polygonalen Aufhängeeinrichtung
mit axialen Kanten kann eine Ablage auf jeder Seite einer axialen
Kante der Aufhängeeinrichtung
positioniert sein. Ein Verbindungselement kann sich nach außen um jede
axiale Kante des suspendierten Gerätes und über die gesamte Länge der
axialen Kante erstrecken und an jeder Ablage angebracht sein, die
auf beiden Seiten der zugehörigen axialen
Kante verläuft.
Das Verbindungselement kann die Form einer konvex gewölbten Schlaufe
aufweisen, die so groß ist,
dass sie sich um die axiale Kante des in Suspension befindlichen
inneren Gerätes
erstreckt.
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Unter
Druck und Entspannung, zum Beispiel von Stoß und Vibration, kann das Federelement
dazu neigen, sich seitlich von der Ablage zu bewegen. Eine Mehrzahl
Halteränder
kann bereitgestellt werden, um das Federelement in der Ablage zu
halten und zu verhindern, dass das Federelement von der Ablage und
der zugehörigen
axialen Kante gleitet. Haltekanten können auf jeder Kante der Ablagen
bereitgestellt werden, welche keine anderen Haltemittel aufweisen,
um die seitliche Bewegung des Federelements zu verhindern. Falls
die Ablagen auf jeder Seite einer axialen Kante des inneren Gerätes positioniert
sind, kann das Verbindungselement zwischen den Ablagen als ein Mittel
dienen, die seitliche Bewegung des Federelements in Richtung der
axialen Kante zu verhindern, so dass in diesem Fall kein zweiter
Halterand nötig
ist. Al lerdings kann in anderen Anwendungen ein Halterand an beiden
Kanten der Ablage bereitgestellt werden.
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Die
Aufhängeeinrichtung
kann aus geformtem Blech, extrudiertem Metall oder einem äquivalenten
Prozess bestehen. Kunststoffe, Keramik oder andere Materialien können ebenfalls
für bestimmte Anwendungen
Vorteile haben.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein widerstandsfähiges Strahlungsdetektorbauteil
bereitgestellt. Das Strahlungsdetektorbauteil umfasst ein Strahlungsdetektorelement
sowie ein Lichterfassungselement, das operational mit dem Strahlungsdetektorelement
verbunden ist. Das Strahlungsdetektorelement kann einen quadratischen
oder rechteckigen schrägen
Querschnitt aufweisen. Allerdings ist das Strahlungsdetektorelement
nicht auf diese Formen begrenzt, sondern kann auch polygonale und
kreisförmige
Querschnitte (z. B. sechseckige Prismen oder Zylinder) umfassen.
Dieses Bauteil kann ein radiales Aufhängungssystem umfassen, um Schaden
an dem zerbrechlichen Szintillatorkristall durch mechanische Stöße, Vibration und
Temperaturbedingte Kräfte
zu verhindern.
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Das
für das
Strahlungsdetektorelement verwendete Federelement kann aus durchgehenden wellenförmigen Metallfedern
bestehen, die entlang der Länge
der Stirnflächen
des Szintillatorkristalls verlaufen. Diese durchgehenden wellenförmigen Federn
können
für die
gegebenen Anwendungen aus jedem geeigneten Metall oder aus Keramik
hergestellt werden. Die Federn können
mit Teflon beschichtet werden, um unter Wärmeausdehnung und Wärmeschwund
und unter mechanischem Stoß und Vibration
eine einfachere Bewegung zu ermöglichen. Da
die Federn entlang der flachen Flächen (oder Tangentenkante im
Falle eines Zylinders) des Kristalls passen und in ein Gehäuse eingeführt werden,
werden sie einem gewissen Maß an
Kompression unterliegen, was es ihnen ermöglicht, den Kristall vor Stößen und
Vibration zu schützen.
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Die
durchgehenden wellenförmigen
Federn können
sich auf den Ablagen der Aufhängeeinrichtung
befinden, die zum Beispiel als Federführungsschiene für das Strahlungsdetektorelement
bezeichnet wird. Die Federführungsschiene
kann die Ablagen und einen Halterand an den Ablagen mit Außenkanten
umfassen, die keine weiteren Mittel zum Halten der Federn umfassen.
Die durchgehenden wellenförmigen
Federn befinden sich entlang der äußeren Peripherie des Strahlungsdetektorelementes
radial zwischen dem Gehäuse
und dem Strahlungsdetektorelement. Die Federn können sich axial entlang jeder
Fläche
des Strahlungsdetektorelements befinden. Bei einem zylindrischen
Strahlungsdetektorelement können
die Federn ringsum das Detektorelement platziert werden. Bei einem
Detektorelement mit einem polygonalen Querschnitt und axialen Kanten
können
sich die Federn angrenzend an jede axiale Kante auf jeder Fläche des
Strahlungsdetektorelements befinden.
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Ferner
können
die Federn angrenzend an jede axiale Kante und auf jede Seite einer
axialen Kante des Strahlungsdetektorelements platziert werden. In
dieser Anordnung kann eine Feder auf einer Ablage axial entlang
der Fläche
auf einer Seite der axialen Kante und eine zweite Feder auf der
Ablage axial entlang der Fläche
auf der zweiten Seite der axialen Kante des Detektors angebracht
werden. Ein Verbindungselement der Federführungsschiene kann die Ablagekanten,
die am nächsten
an jeder axialen Kante liegen und sich als konvex gewölbte Schlaufe
um die Kante des Detektors erstrecken, verbinden, und dabei helfen,
die Suspension an jeder Kante des Detektors in Position zu halten.
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Das
Strahlungsdetektorbauteil wird ebenfalls ein axiales Aufhängungssystem
aufweisen, welches aus einer oder mehreren axialen Feder(n) besteht, die
an das Ende des Kristalls angebracht sind. Auf beiden Seiten der
Federn werden Druckplatten verwendet, um die Belastung der Federn
und des Kristalls gleichmäßig zu verteilen.
Ein axiales Federungsbauteil wird ebenfalls um die Basis der PMT
verwendet. Zusätzlich
zum Schutz vor Schaden durch Stöße und Vibration
unterstützt
die axiale Suspension die Aufrechterhaltung der optischen Verbindung
zwischen dem Kristall, der PMT und dem optischen Fenster, das sich
zwischen diesen beiden Bestandteilen befindet.
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Das
Gehäuse
des Strahlungsdetektorelements kann aus einem geeigneten Material,
vorzugsweise dünnwandigem
Titan, Aluminium oder Stahl bestehen. Das Material darf die einfallende
Gammastrahlung nicht inakzeptabel abschwächen und muss ebenfalls den
im normalen Betrieb darauf einwirkenden inneren und äußeren Kräften standhalten.
Zusätzlich
wird mit der Integration des Aufhängungssystems, wie vorstehend
beschrieben, der Kristall von der Gehäusewand versetzt, und ermöglicht damit
zusätzlichen
Schutz, wenn die Seite des Detektorgehäuses in irgendeiner Form beeinträchtigt wird. Da
letztlich der Kristall nicht in engem Kontakt mit dem Metall steht,
sondern stattdessen eine Luftschicht als Isolator zwischen sich
und dem Gehäuse aufweist,
ist es wenig wahrscheinlich, dass er einem Wärmestoß erleidet, wie das bei anderen ähnlich aufgebauten
Detektoren der Fall ist.
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Obwohl
im vorstehenden Beispiel nicht dargestellt oder angewendet, können die
durchgehenden wellenförmigen
Federn auch zum Suspendieren einer Photo-Vervielfacherröhre (PMT)
verwendet werden. Die Verwendung der durchgehenden wellenförmigen Federn
zum Schutz der PMT eignet sich am besten dort, wo der verfügbare Platz
zwischen einer Außenfläche der
PMT und der Innenfläche
des PMT-Gehäuses
begrenzt ist, wobei die Federn an eine Verwendung in begrenztem
Platz angepasst sind.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Portal-Strahlungsmonitor bereitgestellt. Die Strahlungsdetektorenbauteile,
welche die durchgehenden wellenförmigen
Federn zum Schutz des Strahlendetektorelements verwenden, können physisch
in einer Stützstruktur
montiert werden, um ein das Portal passierendes Objekt noch effektiver
zu überprüfen. Die
Größe und die
Ausrichtung der Stützstruktur
und die Zahl der verwendeten Strahlungsdetektorbauteile können auf
der genauen Größe und der
Art des zu überprüfenden Objekts
basieren. Die physikalische Montage an der Stützstruktur kann symmetrisches
Montieren eines einzelnen oder mehrerer Strahlungsdetektorelemente
verwenden, zum Beispiel an der rechten und linken Seite und ober- oder
unterhalb des zu überprüfenden Objektes.
Die Anschlusseinheit der Detektorbauteile kann ein Mittel zum Verbinden
von Strahlungsausgabesignalen eines jeden der Mehrzahl Strahlungsdetektorenbauteile
mit einem elektronischen Verarbeitungsmittel verbunden werden, um
die Strahlungsausgabesignale aus der Mehrzahl Strahlungsdetektorbauteile
zu verarbeiten. Ein elektronisches Anzeigemittel zum Anzeigen der
Strahlungsausgabesignale aus der Mehrzahl der Strahlungsdetektorbauteile
kann ebenfalls bereitgestellt werden, zusammen mit einem Alarm, der
ausgelöst
wird, wenn die voreingestellten Strahlungspegel erreicht sind. Die
verarbeiteten Strahlungssignale können ebenfalls mit anderen auf
die in der Überprüfung befindlichen
Objekte bezogenen Daten in dem Datenspeichermittel gespeichert werden.
Da die Mittel zum Verbinden, Verarbeiten, Anzeigen und Speichern
von Strahlungsausgabesignalen und darauf bezogenen Informationen
in der Technik gut bekannt sind, ist keine weitere Beschreibung notwendig.
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1 stellt
eine isometrische Schnittansicht eines Strahlungsdetektorbauteils
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Das Strahlungsdetektorbauteil 10 umfasst
ein Strahlungsdetektorelement 15, das sich in einem Strahlungsdetektorgehäuse 20 befindet,
ein optisches Fenster 25, das zwischen dem Strahlungsdetektorelement 15 und
einem Lichtdetektor 27 (Photo-Vervielfacherröhre – PMT) 30 und
einem PMT-Gehäuse 35 platziert
ist. Zwischen dem Strahlungsdetektorelement 15 und dem optischen
Fenster 25 und der Photo-Vervielfacherröhre 30 sind ebenfalls
optische Verbindungselemente (nicht dargestellt) bereitgestellt.
Das Strahlungsdetektorbauteil 10 umfasst ferner ein reflektierendes Material 40 ringsum
das Strahlungsdetektorelement 15, ein Set aus Federführungsschienen 45 und
Sets aus durchgehenden wellenförmigen
Federn 50 an jeder axialen Kante des Strahlungsdetektorelements 15.
Eine Anschlusseinheit 55 ist an dem Ende des Strahlungsdetektorbauteils 10 gegenüber dem
Strahlungsdetektorelement 15 für die PMT 30 bereitgestellt.
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1 stellt
ferner Elemente eines beispielhaften axialen Aufhängungssystems
für ein
Strahlungsdetektorbauteil 10 dar. Eine Druckplatte 60 ist an
dem Detektorende des Strahlungsdetektorbauteils bereitgestellt und
durch eine axiale Druckfeder 65 vorgespannt. Eine Druckplatte 70 am
Ende der PMT ist durch eine axiale Druckfeder 75 vorgespannt.
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2A stellt
eine Vorderansicht eines beispielhaften Strahlungsdetektorbauteils
dar. Ein schräger
Querschnitt des Strahlungsdetektorelementendes des Bauteils wird
dargestellt. Die Anschlusseinheit 55 ist mit Steckern 57 versehen,
um ein Strahlungsausgabesignal aus der PMT (1, 30)
mit einem elektronischen System zum Verarbeiten und Anzeigen des
Signals (nicht dargestellt) zu verbinden. Das PMT-Gehäuse 35 verschließt das PMT-Röhrenende
des Bauteils, das die Anschlusseinheit 55, die PMT-Röhre, das
optische Fenster, die Druckplatte und die axiale Druckfeder (1)
umfasst. 2B stellt eine Endansicht des
Strahlungsdetektorbauteils dar, das die Anschlusseinheit 55 mit
den Steckern 57 umfasst.
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3 stellt
einen schrägen
Querschnitt eines beispielhaften Strahlungsdetektorbauteils an dem
Strahlungsdetektorelement dar. Das beispielhafte Strahlungsdetektorelement 15 ist
mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt. Das Strahlungsdetektorelement 15 ist
von dem reflektierenden Material 40 umgeben. An jeder axialen
Kante 90 des Strahlungsdetektorelements 15 befindet
sich eine Federführungsschiene 45.
Zwischen jeder Federführungsschiene 45 und
dem Strahlungsdetektorgehäuse 20 sind
zwei durchgehende wellenförmige
Federn 50 gedrückt.
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4 stellt
eine vergrößerte isometrische Ansicht
der durchgehenden wellenförmigen
Federn dar, die entlang der Kante eines Strahlungsdetektorelements
angebracht sind. Die durchgehenden wellenförmigen Federn 50 sind
an den Flächen 85 des Strahlungsdetektorelements 15 dargestellt,
die an die Kante 90 des Strahlungsdetektorelements 15 grenzen.
Eine durchgehende wellenförmige
Feder 50 mit einer Breite W und einer Länge L befindet sich in jeder
Ablage 105 der Feder führungsschiene 45.
Die Ränder 110 bewahren
die durchgehende wellenförmige
Feder 50 vor dem Abrutschen von der Ablage, wenn sie einem
Zusammendrücken
und Entspannen unterliegt.
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5 stellt
eine vergrößerte Ansicht
der für ein
Strahlungsdetektorelement bereitgestellten Suspension an einer axialen
Kante des Elements dar. Ein in reflektierendes Material 40 eingewickeltes
Strahlungsdetektorelement 15 ist von einem Strahlungsdetektorgehäuse 20 umgeben.
Der Zwischenraum 80 zwischen dem Strahlungsdetektorelement 15 und dem
Strahlungsdetektorgehäuse
wird durch die Federführungsschiene 45 und
die durchgehenden wellenförmigen
Federn 50 aufrechterhalten. Die Federführungsschiene 45 umfasst
zwei Ablagen 105, eine an jeder Fläche 85 (4)
des Strahlungsdetektorelements, das an die axiale Kante 90 des
Strahlungsdetektorelements 15 grenzt. Jede Ablage ist breit
genug, um die Breite W (4) der durchgehenden wellenförmigen Feder 50 aufzunehmen
und erstreckt sich nominal über
die gesamte Länge
der axialen Kante 90 des Strahlungsdetektorelements 15,
und lang genug, um die Länge
L (4) der durchgehenden wellenförmigen Feder 50 aufzunehmen.
Jede Ablage 105 ist an ihrer Innenecke 95, die
der axialen Kante 90 des Strahlungsdetektorelements 15 am nächsten ist,
an einer konvex gewölbten
Schlaufe 100 angebracht, die sich zwischen den Ablagen 105 befindet.
Die konvex gewölbte
Schlaufe 100 verläuft über die
gesamte Länge
der Federführungsschiene 45.
An den Ablagen 105 sind an den Außenecken Halteränder 110 angebracht.
Jeder Halterand 110 bildet in Bezug auf seine zugehörige Ablage 105 einen Winkel
von ungefähr
45 Grad.
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Während das
beispielhafte Strahlungsdetektorelement mit einem rechteckigen Querschnitt
dargestellt ist, kann das Aufhängungssystem
in Verbindung mit einem polygonal geformten Detektor verwendet werden,
wobei die Federführungsschiene
anpassbar ist, um sich an den Ablagen auszurichten und somit die
durchgehenden wellenförmigen
Federn bündig
mit den Flächen
des Detektorelements sind, die an die gemeinsame Kante des Strahlungsdetektorelements
grenzen.
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Ferner
kann die Federführungsschiene
an zylindrische Strahlungsdetektorelemente angepasst werden. Bei
zylindrischen Detektorelementen kann eine einzelne Ablage mit Halterändern an
beiden Ecken verwendet werden, um die durchgehenden wellenförmigen Federn
ringsum den Detektor entlang der axialen Tangente an dem Zylinder
und radial zwischen dem Detektor und dem Gehäuse zu stützen. Ferner können die
Federführungsschienen
ebenfalls mit Doppelablagen versehen sein, die durch ein angemessen
geformtes Verbindungsteil verbunden sind, um die Ablagen an die
Krümmung
des Zylinders anzupassen. Bei der zylindrischen Detektoranwendung
können
Halteränder
an der Ecke einer jeden Ablage gebildet sein, welche nicht bereits
anderweitig mit einem Haltemittel für die Feder versehen ist.
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6 stellt
einen beispielhaften Portal-Strahlungsmonitor dar, der Strahlungsdetektorbauteile
verwendet, die eine Mehrzahl durchgehender wellenförmiger Federn 50 verwenden,
die sich entlang der äußeren Peripherie
des Lichtdetektorelements radial zwischen dem Strahlungsdetektorgehäuse 20 und
dem Strahlungsdetektorelement 15 befinden. Der Portal-Strahlungsmonitor 150 verwendet eine
Mehrzahl Strahlungsdetektorbauteile 170, die auf einer
Stützstruktur 160 angebracht
sind. Die Stützstruktur 160 weist
die Größe und die
Form der zu überprüfenden Objekte
auf. Es können
mehrere Strahlungsdetektorbauteile 170 an physikalische Stellen
auf der Stützstruktur 160 platziert
werden, um die ausgesandte Strahlung bestmöglich einzufangen, basierend
auf der Art der Objekte, die den Portalraum 180 des Portal-Strahlungsmonitors 150 passieren. Die
beispielhafte Anordnung der Strahlungsdetektorbauteile 170 in 6 ist
in Bezug auf den Portalraum 180, den die zu überprüfenden Objekte
passieren, symmetrisch. Der Portalraum 180 kann die Größe aufweisen,
um persönliche
Dinge wie Gepäck;
Kraftfahrzeuge; Trucks; Frachtcontainer; Züge oder beliebige Objekte zu überprüfen, die
auf Strahlungsemission zu untersuchen sind. Ein Verbindungsmittel 190 wird
bereitgestellt, um die Strahlungsdetektorausgabesignale 200 von
den einzelnen Strahlungsdetektorbauteilen 170 mit einem
elektronischen Verarbeitungsmittel 210 zu verbinden. Das
elektronische Verarbeitungsmittel 210 kann ein verarbeitetes
Strahlungssignal 220 an ein Anzeigemittel 230 und
an einen Alarm 240 liefern. Ein Datenspeichermittel 250 kann
verwendet werden, um die verarbeiteten Strahlungssignale 250 und
andere auf die überprüften Objekte
bezogenen Informationselemente (nicht dargestellt) zu speichern.
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Es
wird ein Strahlungsdetektorbauteil 10 geschaffen. Das Strahlungsdetektorbauteil 10 umfasst ein
Strahlungsdetektorelement 15 und ein Lichterfassungselement 27,
die operational verbunden sind. Das Strahlungsdetektorelement 15 befindet
sich im Innern eines Strahlungsdetektorgehäuses 20. Das Strahlungsdetektorbauteil 10 umfasst
ferner eine Mehrzahl durchgehender wellenförmiger Federn 50, die
sich entlang der äußeren Peripherie
des Strahlungsdetektorelements 15 radial zwischen dem Gehäuse 20 und
dem Strahlungsdetektorelement 15 befinden.
-
Während hierin
nur bestimmte Eigenschaften der Erfindung dargestellt und beschrieben
wurden, werden Fachleute viele Modifikationen und Änderungen
erkennen. Daher sollte verstanden werden, dass die angefügten Patentansprüche beabsichtigen,
all diese Modifikationen und Änderungen abzudecken,
die innerhalb des wahren Sinnes der Erfindung liegen.
-
- 10
- Strahlungsdetektorbauteil
- 15
- Strahlungsdetektorelement
- 20
- Strahlungsdetektorgehäuse
- 25
- optisches
Fenster
- 27
- Lichtdetektorelement
- 30
- Photo-Vervielfacherröhre
- 35
- Photo-Vervielfachergehäuse
- 40
- reflektierendes
Material
- 45
- Federführungsschiene
- 50
- durchgehende
wellenförmige
Feder
- 55
- Anschlusseinheit
- 60
- Detektordruckplatte
- 65
- axiale
Druckfeder
- 70
- Photo-Vervielfacherdruckplatte
- 75
- axiale
Druckfeder
- 80
- axiale
Kante
- 85
- axiale
Fläche
- 90
- Verbindungselement
- 95
- Außenfläche
- 100
- konvex
gewölbter
Rand
- 105
- Ablage
- 110
- Halterand
- 115
- Ablagekante
- 120
- Querschnitt
- 150
- Portal-Monitor
- 160
- Stützstruktur
- 170
- Detektorbauteil
- 180
- Überprüfungsraum
- 190
- Verbindungsmittel
- 200
- Strahlungsdetektorbauteilausgabesignal
- 210
- Verarbeitungsmittel
- 220
- verarbeitetes
Strahlungssignal
- 230
- Anzeigemittel
- 240
- Alarm
- 250
- Datenspeicher