一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及核辐射探测技术领域，提供一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，包括探测器、光纤、信号处理单元和退火组件，进行剂量率测量时探测器和信号处理单元分别与光纤的两端连接，需要退火时断开信号处理单元和光纤，将光纤和退火组件连接，实现远程退火，退火后探测器无需更换可继续进行剂量率的测量。本发明专利技术测量装置具有小型化可密集布点，抗电磁干扰能力强，耐恶劣热力学环境条件，可远程测量及退火，测量范围宽等特点。

A device for measuring dose rate of gamma radiation field based on long-life luminescent materials and single photon counting technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置
本专利技术涉及核辐射探测
，具体涉及一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，用于远程宽量程范围的强γ辐射场剂量率测量，特别适用于被测位置热力学环境恶劣、电磁环境复杂、空间狭小、人员不宜接近、需要远程测量或密集布点的场合。
技术介绍
目前通常使用电离室探测器、闪烁体探测器、气体探测器等进行γ辐射场剂量率的测量，此类探测器通常体积较大，无法在狭小空间，或者辐射照射区域集中的场合使用，且无法大范围布点。此类探测器通常需要包括前置信号处理电路对传感器的输出信号进行处理，否则无法进行远距离传输，所使用的电子器件通常无法耐受恶劣热力学环境条件，且耐辐照性能差。此类探测器在复杂电磁场环境中使用时，容易受到外界电磁场的干扰，出现测量值波动大、误报警等现象。目前LiF:Mg,Ti等释光材料主要用于个人剂量监测领域，测量对象为累积辐射照射剂量，累积剂量的每次读取都需要就地使用专用读取设备，无法进行远程剂量率测量。无论是核设施事故及事故后高辐射区域的剂量率测量，高放射性废物贮存容器的剂量率测量，还是放射性治疗过程中局部剂量率变化的测量，都需要使用具有小型化，耐恶劣热力学环境条件，抗电磁干扰能力强，可远程测量的剂量率测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术缺陷，提供一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，该测量装置具有小型化可密集布点，抗电磁干扰能力强，耐恶劣热力学环境条件，可远程测量及退火，测量范围宽等特点。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，所述测量装置包括探测器、光纤、信号处理单元和退火组件，进行剂量率测量时探测器和信号处理单元分别与光纤的两端连接，需要退火时断开信号处理单元和光纤，将光纤和退火组件连接，实现远程退火，退火后探测器无需更换可继续进行剂量率的测量。在上述技术方案中，探测器安装在辐射场中，信号处理单元和退火组件安装在人员宜居的场所，光纤长度可大于50m，能够实现剂量率的远程测量。在上述技术方案中，所述探测器包括探测器筒体、释光材料、释光材料套筒、定位卡环、透镜、导光锥和光纤接头。所述释光材料置于释光材料套筒内，所述探测器筒体开口侧为内螺纹，内部依次放入释光材料套筒（含释光材料）、定位卡环、透镜和导光锥，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻释光材料，所述光纤接头一端为光纤连接器，另一端为外螺纹，与探测器筒体开口侧的内螺纹匹配，所述光纤接头与探测器筒体通过螺纹连接和固定，所述光纤与探测器连接后光纤的端面中心点位于透镜的焦点上。在上述技术方案中，所述探测器的典型尺寸为ϕ1.5cm×4.5cm，体积小可进行大范围布点，实现辐射场剂量率的大范围多点精确测量。在上述技术方案中，所述探测器内部无电子学器件和电缆，抗电磁干扰能力强，耐恶劣热力学环境条件能力强。在上述技术方案中，所述释光材料为Al2O3:C晶体，典型尺寸为ϕ1cm×1cm，所述释光材料受到γ辐射照射后主要产生寿命约为35ms，波长峰值约为420nm，半高宽约为60nm的荧光，所述荧光寿命长，可进行单光子计数测量，脉冲对分辨率不大于20ns，剂量率测量范围比NaI（Tl）等传统闪烁体探测器宽几个量级。在上述技术方案中，所述释光材料套筒的材质为高反射率特氟龙，内表面在350nm-550nm波段平均反射率不小于96%，所述导光锥的材质为不锈钢，内表面精密抛光并可镀Al膜或Ag膜。在上述技术方案中，所述透镜为非球面透镜，两侧表面镀增透膜，在350nm-550nm波段的平均反射率小于0.5%（每个表面）。在上述技术方案中，所述光纤为纤芯直径典型值为1000μm或1500μm、数值孔径为0.22或0.39、在400nm波长的衰减系数小于50dB/km的大芯径高羟基石英光纤。在上述技术方案中，所述信号处理单元包括光电倍增管、高压模块及分压电路、脉冲放大甄别整形电路、计数器、剂量率计算显示模块和光纤连接器。在上述技术方案中，所述光电倍增管为经过筛选的适用于单光子计数应用的光电倍增器，放大倍数不小于2×106，脉冲上升时间小于2ns，暗计数率小于10cps，入射窗为硼硅玻璃，光阴极为辐射灵敏度峰值典型值约为88mA/W（420nm）的双碱材料或者辐射灵敏度峰值典型值约为110mA/W（400nm）或130mA/W（400nm）的超级双碱材料，光阴极有效直径典型值为8mm。在上述技术方案中，所述脉冲放大甄别整形电路包括放大器、甄别器和脉冲整形器，分别对光电倍增管输出的电流脉冲进行放大、甄别和整形，所述脉冲放大甄别整形电路的带宽不小于300MHz，具有固定的不大于20ns的脉冲对分辨率（pulse-pairresolution），所述脉冲整形器输出宽度典型值为10ns的TTL或CMOS电平。在上述技术方案中，所述退火组件用于释光材料的远程退火，包括激光光源、准直透镜、聚焦透镜和光纤连接器，所述激光光源为二极管激光器或小型二极管泵浦固体激光器，波长小于550nm，功率不小于50mW。本专利技术的探测器尺寸为cm量级，较传统剂量率探测器尺寸小很多，不仅可以用于狭小空间或放射性治疗中局部定点辐射照射的剂量率测量，还可以通过大范围布点实现辐射场剂量率的大范围多点精确测量和剂量率梯度测量，本专利技术的探测器内部无电子学器件和电缆，抗电磁干扰能力强，耐恶劣热力学环境条件能力强，本专利技术的光纤长度可大于50m，能够实现剂量率的远程测量，尤其是事故及事故后高辐射区域剂量率的远程测量，本专利技术采用远程退火技术，探测器退火后可重复使用，使用寿命长，本专利技术采用单光子计数技术，脉冲对分辨率为10ns量级，剂量率测量范围较NaI（Tl）等传统闪烁体探测器宽几个量级。附图说明图1是本专利技术基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置的总体装配示意图。图2是本专利技术基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置探测器的结构示意图。图3是本专利技术基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置信号处理单元和退火组件的结构示意图。其中：1.探测器、2.光纤、3.信号处理单元、4.退火组件、5.探测器筒体、6.释光材料、7.释光材料套筒、8.定位卡环、9.透镜、10.导光锥、11.光纤接头、12.光电倍增管、13.高压模块及分压电路、14.脉冲放大甄别整形电路、15.计数器、16.剂量率计算显示模块、17.光纤连接器、18.激光光源、19.准直透镜、20.聚焦透镜、21.光纤连接器。具体实施方式下面将结合实施案例参照附图进行详细说明，以便对本专利技术的目的，特征及优点进行更深入的理解。如图1所示，本实施例提供一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，所述测量装置包括探测器1、光纤2、信号处理单元3和退火组件4，探测器1安装在辐射场中，信号处理单元3和退火组件4安装在人员宜居的场所。在上述实施例中，进行剂量率测量时按照图1所示将光纤2的两端分别与探测器1的光纤接头11和信号处理单元3的光纤连接器17连接，探测器1内的释光材料6受到γ辐射照射后产生长寿命荧光，荧光经光纤2到达光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：包括探测器、光纤、信号处理单元和退火组件，进行剂量率测量时分别将探测器和信号处理单元与光纤的两端连接，需要退火时分别将探测器和退火组件与光纤的两端连接；所述探测器包括探测器筒体、释光材料、释光材料套筒、定位卡环、透镜、导光锥和光纤接头，所述释光材料置于释光材料套筒内，所述探测器筒体开口侧为内螺纹，内部依次放入释光材料套筒、定位卡环、透镜和导光锥，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻释光材料，所述光纤接头一端为光纤连接器，另一端为外螺纹，与探测器筒体开口侧的内螺纹匹配，所述光纤接头与探测器筒体通过螺纹固连，所述光纤与探测器连接后光纤的端面中心点位于透镜的焦点上。

【技术特征摘要】
1.一种基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：包括探测器、光纤、信号处理单元和退火组件，进行剂量率测量时分别将探测器和信号处理单元与光纤的两端连接，需要退火时分别将探测器和退火组件与光纤的两端连接；所述探测器包括探测器筒体、释光材料、释光材料套筒、定位卡环、透镜、导光锥和光纤接头，所述释光材料置于释光材料套筒内，所述探测器筒体开口侧为内螺纹，内部依次放入释光材料套筒、定位卡环、透镜和导光锥，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻释光材料，所述光纤接头一端为光纤连接器，另一端为外螺纹，与探测器筒体开口侧的内螺纹匹配，所述光纤接头与探测器筒体通过螺纹固连，所述光纤与探测器连接后光纤的端面中心点位于透镜的焦点上。2.根据权利要求1所述的基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：所述探测器的尺寸为ϕ1.5cm×4.5cm。3.根据权利要求1所述的基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：所述释光材料为Al2O3:C晶体，尺寸为ϕ1cm×1cm，所述释光材料受到γ辐射照射后产生寿命为35ms，波长峰值为420nm，半高宽为60nm的荧光。4.根据权利要求1所述的基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：所述释光材料套筒为高反射率特氟龙，内表面在350nm-550nm波段平均反射率不小于96%，所述导光锥的材质为不锈钢，内表面精密抛光并可镀Al膜或Ag膜，小口内径略大于光纤的纤芯直径，大口内径略大于释光材料端面的直径。5.根据权利要求1所述的基于长寿命释光材料和单光子计数技术的γ辐射场剂量率测量装置，其特征在于：所述透镜两侧表面镀增透膜，每个表面在350nm-550nm波段的平均反射率小于0.5%，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文博，刘顶峰，裴煜，黄欣杰，吴荣俊，李晓玲，陈艳，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42