一种量能器式井眼缪子探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种量能器式井眼缪子探测器，涉及井眼探测领域。量能器式井眼缪子探测器包括仪器外壳，外壳上连有通讯供电电缆，外壳内自上而下依次设有电控连接的DC

【技术实现步骤摘要】
一种量能器式井眼缪子探测器


[0001]本专利技术涉及井眼探测领域，具体涉及一种量能器式井眼缪子探测器。

技术介绍

[0002]宇宙射线缪子是来自太空的高能宇宙射线(主要是高能质子)与大气相互作用产生的次级射线粒子。宇宙射线缪子能域宽、穿透性强，在对一定尺度的目标物成像方面具有人工射线装置不可比拟的优势，属于大自然馈赠的免费射线源，因此被人们重视并逐步应用于科研与工业各个方面。宇宙射线缪子成像技术主要分为两大类：基于角度散射的宇宙射线缪子成像技术和基于强度衰减的宇宙射线缪子成像技术。前者通过测量缪子射线在通过目标物前后角度的变化来重构高质子数物质的结构与轮廓。利用这一机理的成像技术可以应用在海关放射性材料的走私稽查、反应堆堆芯结构成像等领域。基于强度衰减的宇宙射线缪子成像技术关注的是更大尺度的目标物成像，例如J.Marteau以及Felix Fehr对火山内部结构的成像来研究火山活动周期。在考古领域，近期由法国、日本、埃及三国科学家组成的团队利用三种不同的核探测技术对埃及的胡夫金字塔进行了缪子扫描成像研究，该团队找到了隐藏在已知墓室上方的暗室。然而，这些形体较大的探测器被置于地面，因此只能探测地面以上的目标物。同时，在金字塔扫描中缺乏反演算法，没有对目标物暗室进行一个清晰的三维成像，得出的结论仍有一定的不确定度。
[0003]如图1所示为基于大型巷道中面板探测器的缪子成像技术原理。然而，目前现有的缪子成像探测器形体大、造价高，更重要的是只能安放在已有的巷道内进行地下目标物探测，因此其推广应用受到严重的制约。<br/>[0004]在地面以下大量埋藏了古建筑不为世人所知。要利用好这笔丰富的遗产，就要先查清这笔遗产。考古勘探传统工具“洛阳铲”虽然在考古工作中发挥重要的作用，但是存在探查速度慢、深度偏浅、可能造成文物破坏的一些缺陷。因此，早在上世纪50年代，地球物理探测技术就已经开始应用到考古领域。宇宙射线缪子三维成像技术作为一种新兴的成像技术，如果我们能突破其关键技术与应用瓶颈，便将能更好地开展考古研究与古迹保护。就目前的物理探测技术来看，探测深度较浅仍然是目前在用的物探技术的瓶颈。如果一种成像技术能对几米至几十米的目标物进行较为清晰的三维成像，那么无疑将会对考古研究、保护与发掘是一个大的促进。由于宇宙射线缪子有较高的能量，在较大尺度目标物的成像方面，其成像优势是其它物探成像技术不可比拟的。因此开展基于宇宙射线缪子成像的地下目标物的勘探与描述具有重大意义。但是如果利用目前现有技术方案进行地下考古遗迹成像，必须在地下挖掘大型巷道，不仅施工成本高昂，更极有可能对地下遗迹造成永久性破坏，因此急需一种新技术解决目前基于大型巷道探测系统成像的问题。除此之外，泥石流是危害人民群众生命和财产安全的一大自然灾害。泥石流灾害的产生与降雨量、山体结构、土质组分、吸水关系等诸多因素有着紧密的关联。宇宙射线成像技术可以用来准确、实时监测山体结构、密度变化，特别是土质中水分的实时监测。如果将缪子成像技术应用到泥石流和山体滑坡研究中，不仅可以帮助科研人员研究其成因与规律，为此类自然灾害提供有价值
的评价参数与依据，同时还可以承担关键路段的预警工作，保护人民群众的人身和财产安全。然而，此类应用场景在多数情况下不能将探测系统置于地面或者开凿大型巷道，因此这一瓶颈也严重制约着该技术的应用。存在几个瓶颈问题没有解决：
[0005](1)缪子成像探测器形体较大、只能安放在已有的大型巷道内或者地面以上进行目标物探测，大大限制了应用的场景。
[0006](2)目前的缪子成像探测器整体造价高，复制性不强，移动性差。
[0007](3)缪子探测器不适应野外探测环境，实施监测时需要大量人力、物力完成才能完成。
[0008](4)井眼空间非常狭小，常规思路中两点一线测量缪子径迹的探测方法不可取，需要设计能充分利用狭小空间的新型探测灵敏材料结构。
[0009]宇宙射线缪子成像技术主要分为基于角度散射和基于强度衰减两种方法。基于角度散射方法被广泛研究并应用，然而基于强度衰减的方法在大型目标物成像方面有其它物理探测方法不可比拟的优势，应用前景深远。然而，目前的应用场景皆在地面或者大型巷道中，这一瓶颈严重制约其广泛应用。
[0010]鉴于上面的问题，如果将缪子成像探测器置于易于开凿的低成本、小直径井眼中使用，则无需挖掘大型巷道就可以进行地下目标物探测。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对上述不足，提出了能够置于小直径的井眼中收集宇宙射线缪子的量能器式井眼缪子探测器。
[0012]本专利技术具体采用如下技术方案：
[0013]一种量能器式井眼缪子探测器，包括有对本底伽马射线的屏蔽效果的仪器外壳，外壳上连有通讯供电电缆，外壳内自上而下依次设有电控连接的DC
‑
DC转换模块、电力线网络模块、数据采集与存储模块、信号处理电路板、上光电转换读出板、闪烁体矩阵、下光电转换读出板和闪烁体矩阵上下两端的反符合单元。
[0014]优选地，闪烁体矩阵的主体灵敏区域由塑料闪烁条填充排列组成，每根闪烁条的上端配接上光电转换读出板，下端配接下光电转换读出板。
[0015]优选地，探测器的缪子的绝对入射方向安装有用来确定探测器在井眼中的相对方位陀螺仪。
[0016]优选地，探测器的外壳上安装有推靠装置，在测量过程中固定探测器。
[0017]优选地，每根闪烁条外涂有能够反射闪烁光增加传输效率和隔离不同闪烁体造成的不同通道的反射涂层。
[0018]优选地，当缪子穿过探测器侧壁时，缪子射线路径上的塑料闪烁体中沉积能量并转换成闪烁光，经过传输被两端的上光电转换读出板和下光电转换读出板读出并转换成电信号；
[0019]假设经过上光电转换读出板得到的能量幅度信息为E1，下光电转换读出板得到的能量幅度信息为E2，探测器灵敏体中心位置设为原点；通过计算被触发的闪烁条和其光信号幅度准确确定在垂直于轴线的平面上的缪子入射角度，由式(1)得出：
[0020][0021]其中，α为衰减系数,L为单个通道闪烁体的长度，P为光子进入光电转换装置产生光电子的概率，E0为可以产生光子的平均能量；
[0022]计算出入射缪子在被触发的闪烁体中沉积的能量(E
γ1
,
…
,E
γ8
)，每个通道的闪烁体在探测器中都有固定的X,Y方向的位置，
[0023]B1与B2的交界面端点坐标已知且设为(x0,y1),(x0,y2)；则缪子入射路径在该交接面处的坐标为(x0,y
1_2
)，y
1_2
由式(2)计算：
[0024][0025]d为闪烁体的直径，假设缪子触发了某一列或某一行中的n个闪烁体，则交界面处缪子的位置有：
[0026][0027][0028]由这些计算出的XY平面的缪子位置，就可以得到垂直于轴线的平面上的缪子入射角度
[0029]沿探测器轴向方向上，通过两端的光信号幅度差异来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量能器式井眼缪子探测器，包括仪器外壳，外壳上连有通讯供电电缆，其特征在于，外壳内自上而下依次设有电控连接的DC
‑
DC转换模块、电力线网络模块、数据采集与存储模块、信号处理电路板、上光电转换读出板、闪烁体矩阵、下光电转换读出板和闪烁体矩阵上下两端的反符合单元。2.如权利要求1所述的一种量能器式井眼缪子探测器，其特征在于，闪烁体矩阵的主体灵敏区域由塑料闪烁条填充排列组成，每根闪烁条的上端配接上光电转换读出板，下端配接下光电转换读出板。3.如权利要求1所述的一种量能器式井眼缪子探测器，其特征在于，探测器的缪子的绝对入射方向安装有用来确定探测器在井眼中的相对方位陀螺仪。4.如权利要求1所述的一种量能器式井眼缪子探测器，其特征在于，探测器的外壳上安装有推靠臂。5.如权利要求2所述的一种量能器式井眼缪子探测器，其特征在于，每根闪烁条外涂有能够反射闪烁光增加传输效率和隔离不同闪烁体造成的不同通道的反射涂层。6.如权利要求1
‑
5任一所述的一种量能器式井眼缪子探测器，其特征在于，当缪子穿过探测器侧壁时，缪子射线路径上的塑料闪烁体中沉积能量并转换成闪烁光，经过传输被两端的上光电转换读出板和下光电转换读出板读出并转换成电信号；假设经过上光电转换读出板得到的能量幅度信息为E1，下光电转换读出板得到的能量幅度信息为E2，探测器灵敏体中心位置设为原点；通过计算被触发的闪烁条和其光信号幅度准确确定在垂直于轴线的平面上的缪子入射角度，由式(1)得出：其中，α为衰减系数,L为单个通道闪烁体的长度，P为光子进入光电转换装置产生光电子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志毅，刘军涛，张卫雄，姜桂鹏，陈京京，王玉玺，雒晓刚，姚凯强，李卓岱，罗旭佳，刘国睿，曾俊杰，张志平，田向盛，梁光辉，胡积球，
申请(专利权)人：甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院甘肃遥感地质中心，甘肃地质灾害防治工程勘查设计院，甘肃省地质遗迹评估中心，甘肃省中心实验室甘肃省合作早子沟金矿有限责任公司甘肃西北黄金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：