基于MPPC的个人剂量计前端探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器。本发明专利技术一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器，其特征在于，包括：第一探测器外壳、第二探测器外壳、多像素光子计数器、圆柱形闪烁晶体和放大电路模块；所述第一探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成，上端内壁设有第一长方体槽，所述第一长方体槽用于固定所述多像素光子计数器；所述第二探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成。本发明专利技术的有益效果：1.该探测器体可用于较为狭小的环境下测量；2.该探测器选择使用较小体积的MPPC以及体积相对较小的闪烁晶体，从而大大节约了探测器制作成本。

【技术实现步骤摘要】
基于MPPC的个人剂量计前端探测器
本专利技术涉及射线探测领域，具体涉及一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器。
技术介绍
个人剂量计主要是为了满足个人剂量监测等国家标准的要求，对放射性工作人员在辐射环境中的伽马射线或者X射线进行探测。个人剂量计常常基于单片机技术，具有便携、精度高、智能化等特点。国内外很多核仪器仪表厂家包括CANBERRA，ORTEC，北京核仪器厂等单位。然而，目前市场上主流的个人剂量监测装置都使用盖革计数管(G-M计数管)作为探头。这种探头的工作电压较高，因此整机的功耗较高；同时，G-M计数管工作模式往往是计数模式，并不能够测量环境中的能谱；并且，G-M计数管的体积较大，整机的体积及重量并不适合随身佩戴。国内外个人剂量计的发展趋势是向着小型化，智能化，宽量程以及低功耗发展。同时，越来越多的应用场景需要对环境中的放射性进行更多信息的获取，因此需要进行核素的识别。为了能够满足核素识别的需求，因此，个人剂量计中的能谱测量功能必须具备。传统技术存在以下技术问题：闪烁晶体探测器，是常用的射线能量测量装置。通常是由传统型光电倍增管与闪烁晶体材料两部分组成；能够对γ射线、X射线、α射线、β等射线进行能谱的测量。常用的闪烁晶体包含碘化钠(NaI)、碘化铯(CsI)、锗酸铋(Bi4Ge3O12，BGO)等。闪烁晶体的作用是将射线转换成可见光。可见光则通过光电倍增管(PMT)转换成电信号，进而能够对信号的幅度等信息进行处理，得到射线的信息。光电倍增管与闪烁晶体材料之间通常选用硅脂进行光学耦合，增加光的透过率；光电倍增管和闪烁晶体材料作为整体应该隔绝环境中的可见光，应被包裹在特定的外壳内，使闪烁晶体中产生的可见光尽可能全部进入到光电倍增管中。该外壳的内壁通常需要进行反光处理。也应采用能够屏蔽外磁场的材料。但是在个人剂量计的开发中并不采用这种方式，其原因是传统光电倍增管体积比较大、易碎、工作电压高、对磁场的敏感性以及制造工艺复杂等缺点，面临测量范围局限、携带困难及受测量环境影响大等问题。使得个人剂量计不可能采用传统闪烁晶体和光电倍增管耦合的方式。现有的基于G-M计数管的个人剂量探测装置只能够进行辐射的计数测量，不能够进行环境中的能谱的测量。传统的能谱仪由于其成本高，体积大，工作电压高，测量环境受限、能耗高等特点，不适用于个人剂量计的开发。且传统型测量装置需要特殊供电方式及独立的脉冲信号放大电路。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器，对于传统型能谱仪测量环境影响大、成本高、不能微型化等问题，本专利技术中辐射探测装置选择体积比较小、价格低的多像素光子计数器(MultiPixelPhotonCounter，MPPC)来代替体积相对大、价格相对高的传统型光电倍增管(PMT)；采用体积相对比较小的闪烁晶体材料代替相同材料大体积的闪烁晶体；对于屏蔽材料及遮光处理，本专利技术针对MPPC和闪烁晶体材料尺寸设计相匹配的外壳，外壳材料选择铝合金，从而降低了测试装置成本，并且能够反射产生的可见光保证探测精度和效率。对于MPPC信号输出问题，相比于传统能谱仪需要特殊供电方式和信号放大电路，本专利技术测试装置设计简单的跨阻式放大电路进行对MPPC输出信号进行放大，从而实现数据快速采集以及测量装置简单化。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器，包括：第一探测器外壳、第二探测器外壳、多像素光子计数器、圆柱形闪烁晶体和放大电路模块；所述第一探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成，上端内壁设有第一长方体孔，所述第一长方体孔用于固定所述多像素光子计数器；所述第二探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成；所述第一探测器外壳的下端与所述第二探测器外壳的上端螺纹连接，用于封闭所述圆柱形闪烁晶体；所述多像素光子计数器的灵敏面与所述圆柱形闪烁晶体的一端采用光学硅脂作为光学耦合剂；所述圆柱形闪烁晶体远离所述多像素光子计数器的一端通过软胶垫片与所述第二探测器外壳接触；在所述多像素光子计数器和所述圆柱形闪烁晶体的外侧除圆柱形闪烁晶体与所述第二探测器外壳接触的一端外都设置特氟龙层；除所述多像素光子计数器远离所述圆柱形闪烁晶体的端面外，在所述特氟龙层外设置一层铝膜；所述放大电路模块对所述多像素光子计数器输出的脉冲信号进行放大。在其中一个实施例中，所述圆柱形闪烁晶体是碘化钠闪烁晶体。在其中一个实施例中，所述圆柱形闪烁晶体是锗酸铋闪烁晶体。在其中一个实施例中，所述圆柱形闪烁晶体是碘化铯闪烁晶体。在其中一个实施例中，所述第一探测器外壳的下端是内螺纹，所述第二探测器外壳的上端是外螺纹。在其中一个实施例中，所述第一探测器外壳的下端是外螺纹，所述第二探测器外壳的上端是内螺纹。本专利技术的有益效果：1.该探测器体可用于较为狭小的环境下测量；2.该探测器选择使用较小体积的MPPC以及体积相对较小的闪烁晶体，从而大大节约了探测器制作成本；3.该探测器使用专利技术者自己设计的MPPC信号放大电路，使该装置实现更快数据采集和实验线路简单化；4该探测器装置具有耐辐照、工作电压低、功率小以及不受磁场影响等优点。附图说明图1是本专利技术基于MPPC的个人剂量计前端探测器的结构示意图。图2是本专利技术基于MPPC的个人剂量计前端探测器中放大电路的电路示意图。图3是本专利技术基于MPPC的个人剂量计前端探测器γ射线的能量线性示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。随着新型光电转换器件技术的快速发展，硅光电倍增管(SiliconPhotomultiplier，SiPM)已经得到越来越多的应用。本次专利技术中使用的SiPM器件多像素光子计数器(MultiPixelPhotonCounter，MPPC)是由日本滨松光学株式会社开发的一种基于硅雪崩二极管的光子计数装置。该器件的采用盖革模拟雪崩光电二极管结构来实现超低量级光探测，从而在较小的体积、较低的工作电压和较小入射强度下具有较高的增益；因此，可以探测到强度很弱的光信号，且对紫外及蓝光探测效率更高。并且MPPC具有耐辐照、工作电压低、功率小以及不受磁场影响等优点。使得MPPC在个人剂量计开发中具有较大的前景。本测量装置设计，主要技术方案包括：1.首先设计用于包裹闪烁晶体材料和MPPC的外壳、外壳根据MPPC与闪烁晶体的尺寸进行了设计。所设计的外壳材料选择为铝合金，该外壳上端内壁上设有与MPPC尺寸一致的凹正方体，下端外壁设有外5mm螺纹，下端的内壁设有内5mm螺纹。下端内部放置0.2mm软胶垫片作为保护层，保证一定的应力使闪烁晶体与MPPC充分耦合，也能够使闪烁晶体不被磨损。外壳的设计中为了满足热胀冷缩的要求，保留了设计的余量。为了能够尽可能多的反射可见光，增加探测效率，外壳内部采用了抛光处理。2.将MPPC光接收灵敏面与圆柱形的闪烁晶体的一个端面涂抹光学硅脂，硅脂本身具有一定的粘度，因此可以保证MPPC与闪烁晶体的耦合。光学硅脂作为耦合剂的好处为能够将两种透射率不同的物质连接起来，并且保证耦合面之间没有空气泡，增加光的透过率。3.将第二步中连接的MPPC与闪烁晶体，为了让辐射产生的光发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器，其特征在于，包括：第一探测器外壳、第二探测器外壳、多像素光子计数器、圆柱形闪烁晶体和放大电路模块；所述第一探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成，上端内壁设有第一长方体孔，所述第一长方体孔用于固定所述多像素光子计数器；所述第二探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成；所述第一探测器外壳的下端与所述第二探测器外壳的上端螺纹连接，用于封闭所述圆柱形闪烁晶体；所述多像素光子计数器的灵敏面与所述圆柱形闪烁晶体的一端采用光学硅脂作为光学耦合剂；所述圆柱形闪烁晶体远离所述多像素光子计数器的一端通过软胶垫片与所述第二探测器外壳接触；在所述多像素光子计数器和所述圆柱形闪烁晶体的外侧除圆柱形闪烁晶体与所述第二探测器外壳接触的一端外都设置特氟龙层；除所述多像素光子计数器远离所述圆柱形闪烁晶体的端面外，在所述特氟龙层外设置一层铝膜；所述放大电路模块对所述多像素光子计数器输出的脉冲信号进行放大。

【技术特征摘要】
1.一种基于MPPC的个人剂量计前端探测器，其特征在于，包括：第一探测器外壳、第二探测器外壳、多像素光子计数器、圆柱形闪烁晶体和放大电路模块；所述第一探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成，上端内壁设有第一长方体孔，所述第一长方体孔用于固定所述多像素光子计数器；所述第二探测器外壳成圆柱形，由铝合金材料制成；所述第一探测器外壳的下端与所述第二探测器外壳的上端螺纹连接，用于封闭所述圆柱形闪烁晶体；所述多像素光子计数器的灵敏面与所述圆柱形闪烁晶体的一端采用光学硅脂作为光学耦合剂；所述圆柱形闪烁晶体远离所述多像素光子计数器的一端通过软胶垫片与所述第二探测器外壳接触；在所述多像素光子计数器和所述圆柱形闪烁晶体的外侧除圆柱形闪烁晶体与所述第二探测器外壳接触的一端外都设置特氟龙层；除所述多像素光子计数器远离所述圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈卫卫，柴林，
申请(专利权)人：苏州笃瑞监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32