一种基于脉冲光释光技术的准实时γ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，提供一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，包括探测器、两根串联光纤、光纤转接器和光电控制箱，两根串联光纤通过光纤转接器连接，连接后两根光纤的端面紧密接触，所述探测器安装在辐射场中，所述光电控制箱安装在人员宜居的场所，所述光纤长度可大于50m，能够实现剂量率的远程测量。本发明专利技术装置具有小型化可密集布点、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、测量范围宽、可远程测量及控制等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置
本专利技术涉及核辐射探测
，具体涉及一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，用于γ辐射场剂量率的远程测量，特别适用于被测位置电磁环境复杂、空间狭小、剂量率范围宽、需要密集布点进行三维辐射场测量的场合。
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，不仅无法在狭小空间使用，而且难以大范围布点，无法实现三维辐射场的测量。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耐辐照性能差，容易受到外界电磁场的干扰。此类探测器探头的输出脉冲宽度一般在μs量级，测量范围受到脉冲堆积引起的非线性效应的限制。目前光释光材料已经在个人剂量监测领域得到广泛应用，测量对象是累积辐射照射剂量，虽然光释光材料近年来也被建议用于剂量率的测量，但是由于系统复杂性、可实现性等原因，截至目前尚无成熟应用。无论是放射性废物处理场所剂量率的监控，还是核动力舰船反应堆舱三维辐射场的测量，都需要使用抗电磁干扰能力强，具有小型化特点，可远程控制的剂量率测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，该装置具有小型化可密集布点、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、测量范围宽、可远程测量及控制等特点。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，包括探测器、两根串联光纤、光纤转接器和光电控制箱，两根串联光纤通过光纤转接器连接，连接后两根光纤的端面紧密接触，所述探测器安装在辐射场中，所述光电控制箱安装在人员宜居的场所，所述光纤长度可大于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、导光锥、透镜、垫圈、定位卡环、光释光材料、反射镜和探测器端盖。所述探测器的组装方式为：首先将导光锥放入探测器筒体里，然后放入透镜，将定位卡环旋入探测器筒体直至拧紧，依次将光释光材料和反射镜安装在定位卡环的2个卡槽里，最后装上垫圈，将探测器端盖拧到探测器筒体上，直至拧紧。在上述技术方案中，所述探测器的典型尺寸为ϕ11mm×30mm，体积小可进行大范围密集布点，能够实现剂量率梯度和三维辐射场的测量。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。在上述技术方案中，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，大口内径略大于光释光材料的直径。在上述技术方案中，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻光释光材料，通光孔径大于光释光材料的直径，两侧表面镀增透膜，在350nm-550nm波长的平均反射率小于0.5%（每个表面）。在上述技术方案中，所述光释光材料为Al2O3:C晶体或粉末压片，典型尺寸为ϕ5mm×0.3mm，所述光释光材料在受到辐射照射后被激发光照射时主要产生寿命约为35ms，波长峰值约为420nm，半高宽约为60nm的光释光荧光，所述光释光材料灵敏度高，测量下限低（剂量率测量下限为10μGy/h量级），所述光释光材料发射的光释光荧光寿命长，通过单光子计数方式测量，脉冲对分辨率不大于20ns，测量范围宽（大于6个数量级）。在上述技术方案中，所述反射镜为宽带介质膜反射镜，介质膜一侧紧挨光释光材料，在350nm-550nm波长的平均反射率大于98%。在上述技术方案中，所述光纤为数值孔径典型值为0.22的大芯径高羟基石英光纤，两端镀增透膜，在350nm-550nm波长的平均反射率小于0.5%（每个表面），在400nm波长的衰减系数小于50dB/km，两根光纤通过光纤转接器串联，其中第1根光纤与探测器相连，长度为1m-2m，纤芯端面为六边形或八边形，外切圆直径典型值为1000μm，第2根光纤与光电控制箱相连，长度可大于50m，纤芯端面为圆形，直径典型值为1000μm。在上述技术方案中，所述光电控制箱包括激光器、快门、激光反射镜、激光滤光片、光电二极管、二向色镜、2个透镜、光纤连接器、透镜套筒、3个荧光滤光片、光电倍增管、时序控制和信号处理单元。在上述技术方案中，所述激光器为具有调Q功能的二极管泵浦Nd:YAG固体脉冲激光器，出射激光波长为532nm，最大外部触发频率不小于4kHz，脉冲宽度小于1μs，平均脉冲能量不小于25μJ（4kHz）。在上述技术方案中，所述快门为叶片式机械快门，叶片镀低反射率聚四氟乙烯，开关时间不大于3ms，可通过外部TTL/CMOS信号控制。在上述技术方案中，所述激光反射镜为介质膜反射镜，530nm-534nm波长的反射率大于98%，所述激光滤光片为介质膜带通滤光片，530nm-534nm波长的透射率大于96%，350nm-480nm波长的光学密度不小于6，所述二向色镜为长波通二向色镜，530nm-534nm波长的透射率大于95%，350nm-480nm波长的反射率大于96%。在上述技术方案中，所述光电二极管通过测量二向色镜的反射激发光的脉冲能量来监测激光器的功率稳定性。在上述技术方案中，所述2个透镜为非球面透镜，两侧表面镀增透膜，在350nm-550nm波长的平均反射率小于0.5%（每个表面），其中第1个透镜用于激发光的聚焦和光释光荧光的准直，第2个透镜用于光释光荧光的聚焦。在上述技术方案中，所述3个荧光滤光片中有2个是介质膜带通滤光片，530nm-534nm波长的光学密度不小于6，350nm-480nm波长的平均透过率不小于95%，另外1个是肖特公司生产的厚度为1mm-2mm，牌号为BG3的彩色玻璃滤光片（或者其他公司生产的对应牌号的彩色滤光片），两侧表面镀增透膜，在350nm-550nm波长的平均反射率小于0.5%（每个表面）。在上述技术方案中，所述荧光滤光片按照介质膜带通滤光片、彩色玻璃滤光片、介质膜带通滤光片的顺序依次安装在透镜套筒里边，透镜套筒与光电倍增管通过黑色硅胶垫圈和螺栓紧密连接，连接处不漏光。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门控式光电倍增器，放大倍数不小于2×106，脉冲上升时间不大于2ns，暗计数率不大于10cps，入射窗为硼硅玻璃，光阴极为辐射灵敏度峰值不小于88mA/W（420nm）的双碱或超级双碱材料，光阴极有效直径典型值为8mm，门控信号的最小脉冲宽度不大于1μs，最小重复频率不小于10kHz，上升时间和下降时间不大于100ns。在上述技术方案中，所述时序控制和信号处理单元包括时序控制电路和信号处理电路，所述时序控制电路用于控制激光器、快门和光电倍增管的开关状态，所述信号处理电路对光电倍增管输出的电流脉冲信号进行放大、甄别、整形和计数，所述信号处理电路的输入带宽不小于300MHz，具有固定的不大于20ns的脉冲对分辨率（pulse-pairresolution）。本专利技术装置进行剂量率测量时激光器发射的激发光经过二向色镜和光纤后照射到探测器内的光释光材料，光释光材料受到激发光照射后发射光释光荧光，光释光荧光经过光纤后被二向色镜反射到光电倍增管的光阴极，然后被计数，计数值与光释光材料所受到的累积辐射照射剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：包括探测器、两根串联光纤、光纤转接器和光电控制箱，两根串联光纤通过光纤转接器连接，连接后两根光纤的端面紧密接触，所述探测器包括探测器筒体、导光锥、透镜、垫圈、定位卡环、光释光材料、反射镜和探测器端盖，所述探测器筒体一端为光纤连接器，另一端内表面为内螺纹，外表面为外螺纹，且分别与定位卡环的外螺纹和探测器端盖的内螺纹匹配，所述探测器筒体内依次布置导光锥、透镜、定位卡环、光释光材料、反射镜，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻光释光材料，所述光释光材料和反射镜分别安装在定位卡环的2个卡槽里，所述反射镜为宽带介质膜反射镜，介质膜一侧紧挨光释光材料，定位卡环与探测器筒体通过螺纹固定，探测器筒体端部加设垫圈和探测器端盖；所述光电控制箱包括激光器、快门、激光反射镜、激光滤光片、光电二极管、二向色镜、2个透镜、光纤连接器、透镜套筒、3个荧光滤光片、光电倍增管、时序控制和信号处理单元，所述荧光滤光片按照介质膜带通滤光片、彩色玻璃滤光片、介质膜带通滤光片的顺序依次安装在透镜套筒里边，透镜套筒与光电倍增管通过黑色硅胶垫圈和螺栓紧密连接，连接处不漏光；所述激光器发射的激发光经过二向色镜和光纤后照射到探测器内的光释光材料，光释光材料受到激发光照射后发射光释光荧光，光释光荧光经过光纤后被二向色镜反射到光电倍增管的光阴极，然后被计数，计数值与光释光材料所受到的累积辐射照射剂量成正比，剂量率通过前后两次累积剂量测量值的差与前后两次测量的时间差的比值得到。...

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：包括探测器、两根串联光纤、光纤转接器和光电控制箱，两根串联光纤通过光纤转接器连接，连接后两根光纤的端面紧密接触，所述探测器包括探测器筒体、导光锥、透镜、垫圈、定位卡环、光释光材料、反射镜和探测器端盖，所述探测器筒体一端为光纤连接器，另一端内表面为内螺纹，外表面为外螺纹，且分别与定位卡环的外螺纹和探测器端盖的内螺纹匹配，所述探测器筒体内依次布置导光锥、透镜、定位卡环、光释光材料、反射镜，所述透镜为非球面透镜，非球面侧紧邻光释光材料，所述光释光材料和反射镜分别安装在定位卡环的2个卡槽里，所述反射镜为宽带介质膜反射镜，介质膜一侧紧挨光释光材料，定位卡环与探测器筒体通过螺纹固定，探测器筒体端部加设垫圈和探测器端盖；所述光电控制箱包括激光器、快门、激光反射镜、激光滤光片、光电二极管、二向色镜、2个透镜、光纤连接器、透镜套筒、3个荧光滤光片、光电倍增管、时序控制和信号处理单元，所述荧光滤光片按照介质膜带通滤光片、彩色玻璃滤光片、介质膜带通滤光片的顺序依次安装在透镜套筒里边，透镜套筒与光电倍增管通过黑色硅胶垫圈和螺栓紧密连接，连接处不漏光；所述激光器发射的激发光经过二向色镜和光纤后照射到探测器内的光释光材料，光释光材料受到激发光照射后发射光释光荧光，光释光荧光经过光纤后被二向色镜反射到光电倍增管的光阴极，然后被计数，计数值与光释光材料所受到的累积辐射照射剂量成正比，剂量率通过前后两次累积剂量测量值的差与前后两次测量的时间差的比值得到。2.根据权利要求1所述的基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：所述探测器的尺寸为ϕ11mm×30mm。3.根据权利要求1所述的基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：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，大口内径略大于光释光材料的直径，所述光释光材料为Al2O3:C晶体或粉末压片，尺寸为ϕ5mm×0.3mm。4.根据权利要求1所述的基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：所述透镜通光孔径大于光释光材料的直径，两侧表面镀增透膜，每个表面在350nm-550nm波长的平均反射率小于0.5%。5.根据权利要求1所述的基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：所述反射镜在350nm-550nm波长的平均反射率大于98%。6.根据权利要求1所述的基于脉冲光释光技术的准实时γ剂量率测量装置，其特征在于：所述光纤为数值孔径为0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文博，肖伟，邓文康，吴荣俊，李晓玲，聂凌霄，贾靖轩，
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