气体电离型高能x.r辐射成象阵列探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种气体电离型高能ｘ、ｒ辐射成象阵列探测装置，属核技术应用领域。该探测装置由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成，每个电离室单元包括耐压密封外壳、窗口、长条形板状电极系统、电极系统支架以及充入其中的高压气体。依靠ｘ、ｒ射线与高压工作气体介质相互作用产生的次级电子所引起的电离效应而输出信号。本发明专利技术设计的阵列探测装置具有很高的探测效率与信号灵敏度，可用于集装箱，汽车、列车等大型客车的辐射成象检测，也可用于对尺寸较小物体的无损检测。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体电离型高能x.γ辐射成象阵列探测装置，属核技术应用领域。在已有技术中，中国专利86108035公开了一种气体放电型阵列探测装置，该装置主要利用一块与入射x.γ光子成小掠角(1°或更小)的高原子序数材料(如钽)制成的固态薄片状转换体同辐射相互作用产生的次级电子引起气体放电而输出信号。此类探测装置利用排成阵列的细阳极丝来分别获取不同位置的x.γ辐射强度信号。每根(或每对)阳极丝构成一个象素，其放电信号代表它所在处的入射x.γ辐射强度。工作气体一般以流气方式供给，压力保持在一个大气压左右。此专利中也谈到有可能使用压力低于106帕斯卡并处于密封壳内的工作气体，以去除流气系统。但实际产品中仍采用以气体钢瓶供气的流气系统。施仑贝谢公司应用此类阵列探测装置的集装箱检测系统(“Sycoscan”系统)已投放市场。这种探测装置信号动态范围大(105)，探测效率及灵敏度高，能够满足检测系统的基本要求。但是，它存在以下几方面的缺陷。①由各阳极丝所构成的象素之间只有气体而没有其它隔离物，不能阻挡入射x.γ光子所产生的次级电子在象素之间的穿越、串行。这样，在某象素处入射的x.γ光子不仅能使此象素给出信号，同时也能使相邻的若干象素输出信号。由此，每一根(或一对)阳极丝的输出信号不仅反映了所在处的入射x.γ射线强度，而且也反映了在其它位置入射的x.γ射线的影响，这将造成图象的“模糊”。为消除这一不利因素，必须配以专用的计算机软件及调整硬件系统，进行大量的反卷积计算处理，显著增大了图象处理的难度，也就提高了成本。②各阳极丝都很细(数十微米)，长度为200-300mm，故易于因震动而产生噪声信号。③现在采用的流气工作方式，需要配有高压气体钢瓶的供气系统，很笨重。此外，每过一段时间(如3个月)就要更换气体钢瓶。④气体放电需要数千伏的工作电压，而且要求高压稳定度好。否则，将会导致气体放大倍数的波动。⑤在工作气体中必须混入的多原子分子气体(如CH4)在气体放电过程中会分解并产生沉积物，此外，放电过程本身也会使阳极丝表面损坏。因此，这类探测装置的工作寿命较短。本专利技术的目的是设计一种新型的气体电离型高能x.γ辐射成象阵列探测装置，利用高能x.γ射线与特殊高压、高原子序数工作气体相互作用产生的次级电子的电离效应而输出信号，达到成象检测的目的。这种探测装置主要依靠x.γ射线与高压工作气体介质相互作用产生的次级电子所电离产生的离子、电子在电场作用下的漂移运动而输出信号，并不应用任何气体放电机制。本专利技术是针对x.γ光子能量可高达20Mev的射线源而设计、研制的，这不同于医学诊断等领域中适用于最大能量低于150Kev的X射线源及能量低于150Kev的γ放射性同位素源的阵列探测装置。本专利技术中，将最大能量高于150Kev的X射线及能量大于150Kev的γ射线称作高能x.γ辐射(射线)，以示区别。本专利技术的内容是，高能x.γ辐射成象阵列探测装置由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成。每个电离室单元包括耐压密封外壳、窗口、长条形板状电极系统、电极系统支架以及充入其中的高压气体。窗口设于密封外壳的前部，长条形电极系统由支架作支撑，电极系统中有若干组由高压极和收集极构成的象素电离室元，每个象素电离室元的条形电极均基本平行于射入此象素的x.γ辐射的行进方向。 附图说明图1是构成本专利技术装置的电离室单元结构示意图。图2是电极系统支撑结构示意图。图3是电极片形状。图4是电极重叠方式。图5是电极排序方式。图6是电离室单元排组方式。图7是本专利技术应用系统示意图。下面结合附图，详细介绍本专利技术的内容。图1中，1是阵列电离室单元密封外壳顶板，2是窗口，3是电极系统，4是电极系统支撑架，5是外壳侧板，6是金属陶瓷熔封绝缘子，7是排气管，8是加强筋，图2-图5中9是绝缘垫，10是高压极，11是收集极，图6中，12是标准阵列电离室单元，13是辅助阵列电离室单元，图7中，14是射线源，15是被检测物体，16是本专利技术设计的辐射成象阵列探测装置，17是信号处理系统，18是显示终端。如前所述，本专利技术是一种直接利用高能x.γ射线与特殊高压，高原子序数工作气体相互作用产生的次级电子的电离效应而输出信号的阵列探测装置，此装置由按装在准直器后特殊支架上的若干高压气体阵列电离室单元组成。各个阵列电离室单元包括耐压密封外壳1，很多长条状电极组成的电极系统2以及充入的高压、高原子序数工作气体。电极系统中每一组高压极(可加正高压或负高压)与收集极(信号输出极)构成一个象素电离室元，其输出信号反映了该处的x.γ射线强度-构成辐射图像中的一个“象素”。象素电离室元的截面积就是象素的面积。每个单元的电极系统包括一定数量(如16、32、64....)的象素电离室元，各象素电离室元的长条形电极均基本平行于射入此象素电离室元的x.γ射线的行进方向。入射x.γ射线将在电极间的工作气体介质中行进一段等于电极长度d的距离。在这段路中入射x.γ光子与工作气体分子相互作用，产生次级电子，并引起气体电离。电离产生的大量正离子与电子将在极间电场作用下漂移而产生输出电流信号。所加极间电压(电离室工作电压)要低于能使这里发生任何气体放电(汤逊雪崩放电)的电压值。由图可见，对x.γ光子的探测主要依靠它们与极间工作气体的相互作用。利用高压密封技术，充入高气压(压力P处于1.106～1.107帕斯卡范围内)的高原子序数气体(氩、氪、氙等或以它们为主的混合气)，并且选择足够的电极长度d，使(pd)乘积值达到2·105帕斯卡米以上，从而提高了对高能x.γ射线的探测效率。例如，选用压力达5·106帕斯卡的氙气及d＝20厘米的电极长度后仅依靠对Xe气体分子的相互作用，就可以使对60Coγ射线的探测效率达到近30%，再考虑到前窗及室壁对x.γ辐射的相互作用，这种探测装置对60Coγ的探测效率将超过30%。此外，尽管电极间距离小(例如，2.0.毫米)，但由于气体密度大及原子序数高以及次级电子的前冲性与散射，x.γ光子的次级电子能在极间气体内产生大量离子电子对，因而使探测装置的信号灵敏度很高。如果把工作气体换成对慢中子反应截面大的3H6、BF3等气体，本专利技术即可适用于慢中子辐射成像系统。当把工作气体换成H2或CH4等含氢气体后，本专利技术就能用于快中子辐射成像系统。为实现高气压并确保无泄漏，阵列电离室单元的外壳必须耐压而且具有极好的密封性。其耐压能力应超过所充气体实际压力的1.5倍。对于上述充入5·106帕斯卡气体的情况，外壳耐压应达到8·106帕斯卡。密封外壳的总漏气率必须小于1·10-9乇.升/秒，要经过氦质谱探漏仪反复检测以确保这一点。这样可确保阵列电离室单元的工作寿命长达十年以上。电离室单元外壳由不锈钢，碳钢或其它金属板用熔焊法(氩弧焊、等离子焊或电子束焊等)焊接而成。外壳前部有一长条形窗口2与电极系统相对准。“窗口”的宽度等于或略大于所须的象素宽度，而其质量厚度应小于3克/cm2，以减少入射x.γ光子束穿过“窗”时的吸收损失。外壳上用钎焊法或氩弧焊法焊接有数量大于所含象素电离室元数目的金属-陶瓷熔封绝缘子，用来将各象素电离室元收集极的输出信号引出并将外加高压引入。所用陶瓷件是纯度在95%以上的氧化铝瓷，甚至是人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体电离型的最大Ｘ线光子能量或γ光子能量处于１５０Ｋｅｖ至２０Ｍｅｖ范围的高能Ｘ、γ辐射成像阵列探测装置，其特征在于探测装置由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成；所述的电离室单元包括耐压密封外壳、窗口、长条形板状电极系统、电极系统支架以及充入其中的高压气体；窗口设于密封外壳前部，长条形电极系统由支架作支撑；所述的电极系统中有若干组由高压极与收集极构成的像素电离室元，每个阵列电离室单元电极系统的各条形电极均基本平行于射入相应象素电离室元的Ｘ、γ辐射的行进方向。

【技术特征摘要】
1.一种气体电离型的最大X线光子能量或γ光子能量处于150Kev至20Mev范围的高能X、γ辐射成像阵列探测装置，其特征在于探测装置由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成；所述的电离室单元包括耐压密封外壳、窗口、长条形板状电极系统、电极系统支架以及充入其中的高压气体；窗口设于密封外壳前部，长条形电极系统由支架作支撑；所述的电极系统中有若干组由高压极与收集极构成的像素电离室元，每个阵列电离室单元电极系统的各条形电极均基本平行于射入相应象素电离室元的X、γ辐射的行进方向。2.一种如权利要求1所述的探测装置，其特征在于其中所述的耐压密封外壳上焊接有数量大于所含像素电离室元总数的金属一陶瓷熔封绝缘子或人造宝石熔封绝缘子。3.一种如权利要求2所述的探测装置，其特征在于其中所述的耐压密封外壳侧面设置有加强筋。4.一种如权利要求2所述的探测装置，其特征在于其中所述的耐压密封外壳是由不锈钢或碳钢做成的。5.一种如权利要求1所述的探测装置，其特征在于其中所述窗口宽度等于或略大于象素宽度，质量厚度为0.1-3.0克/cm2。6.一种如权利要求1所述的探测装置，其特征在于其中所述的高压气体是含氩或氪或氙或它们的混合气体中的任何一种，工作气体的压力处于1.106～1.107帕斯卡范围，气压P与所述的条形电极长度d的乘积Pd大于2.105帕斯卡.米。7.一种如权利要求6所述的探测装置，其特征在于其中所述的高压气体是3H8或BF3中的一种。8.一种如权利要求6所述的探测装置，其特征在于其中所述的高压气体是H2或CH4中的一种。9.一种如权利要求1所述的探测装置，其特征在于其中所述的阵列电离单元中的电极系统由高压极、收集极和绝缘垫组成;高压极和收集极形状相同，为长条形，两侧有数个突出部分;所述的电极系统支架上加工有绝缘垫槽;高压极、绝缘垫和收集极相继插入各自的绝缘垫槽中。10.一种如权利要求1所述探测装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安继刚，邬海峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]