【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，属于电离辐射纳剂量测量领域。
技术介绍
1、深入理解电离辐射与人体组织作用过程中的能量沉积及其损伤机制，是实现精准放疗的关键。纳剂量探测器是一种用于放射治疗过程中测量纳米尺度剂量特性的探测装置，该装置的气密室腔体内需要保持种类单一、浓度恒定的灵敏气体来实现探测器的离子计数测量，从而理解辐射束作用过程中的损伤机制。实际应用中，装置的腔内真空度需恒定保持在1torr(气体密度约为2.3×10-6g/cm3)，然而传统的气体浓度控制方法往往采用单个真空泵进行真空压力的调节，很难实现气体浓度的定量、精密控制，难以满足当前纳剂量探测器的测量条件。纳剂量探测器腔体内部的灵敏气体浓度过高或者过低都将会导致探测信号严重偏离，如何将腔体内部的真空度以及气体浓度控制在合理范围内成为纳剂量探测器的研究重点之一。为了解决这一难题，亟需系统研发一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的多真空泵联合控制的真空系统装置。
技术实现思路
1、为了克服上述纳剂量探测器测量难点，本专利技术的目的是提供一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，针对纳剂量探测器对真空度及气体浓度的要求，通过真空系统中的泵组及plc逻辑控制协同数据监测实现工作气压在1torr内，气压控制精度达到0.01torr。该系统能够为纳剂量探测器提供产生电离辐射的气体及低真空环境，确保纳剂量探测器测量信号准确、稳定。纳剂量探测器电离程度依赖于腔体内的真空度，腔体真空度依赖于灵敏体积内气
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，包括真空泵组单元、真空度检测单元、逻辑控制单元。
4、所述真空泵组单元，由分子泵、涡旋泵a、涡旋泵b、第一高压电磁阀、第二高压电磁阀构成。涡旋泵a进气口与高压电磁阀通过真空管道连接、涡旋泵b进气口与分子泵出气口通过真空管道连接、第三高压电磁阀与分子泵进气口通过真空管道连接。高压电磁阀、高压电磁阀另一侧通过kf接口与纳剂量探测器下方出气口连接。涡旋泵a用于预抽以保证腔体内部真空度下降到20pa以下，由于分子泵启动时的真空度需要在10pa以下，所以安装涡旋泵b作为分子泵的拖泵，进而保证分子泵和进气口和出气口两侧压力小于10pa已完成分子的开启。通过泵组的配合使用保证分子泵的稳定运行，若分子泵直接在大气压下开启则会导致泵内叶片受损进而损坏分子泵。
5、所述真空度检测单元包括低真空压力传感器、高真空压力传感器、静态真空压力传感器，真空度检测单元用于检测管路及腔体内部的真空度。低真空压力传感器安装在底部出气口与第三高压电磁阀之间的第六真空管道上，用于实时检测第六真空管道的真空度。高真空压力传感器安装在分子泵与高压第三高压电磁阀之间的第七真空管路上，用于检测第七管道上的真空度，以检测管道真空度是否到达分子泵启动条件。静态真空压力与纳剂量探测器的中部出气口连接，用于检测纳剂量探测器腔体内的静态真空度。通过真空度检测单元保证管路及腔体真空度的检测，高效配合逻辑控制单元中的plc逻辑控制器判断当前真空度状态，并控制高压电磁阀动作，进而协同mfc流量控制器输送有效气体，达到预设的真空度条件及气体浓度，所述管路指第六真空管路、第七真空管路。
6、所述逻辑控制单元包括plc控制器、mfc流量控制计、气瓶a、气瓶b、第四高压电磁阀、第一高压电磁阀。第四高压电磁阀与气瓶a连接，第四高压电磁阀与第一高压电磁阀连接。mfc流量控制计一端与气瓶b连接，一端与第一高压电磁阀连接。第一高压电磁阀另一侧与腔体顶部进气口连接。另外plc控制器与第一高压电磁阀、第二高压电磁阀、第三高压电磁阀、第四高压电磁阀、mfc、静态真空压力传感器通信接口连接。通过plc逻辑控制采集支路真空度数值以及mfc流量计状态及流量信息。通过串口通讯多设备协同控制，plc逻辑控制器判断当前真空度状态，并控制高压电磁阀动作，进而协同mfc流量控制器输送有效气体，以保证纳剂量探测器腔体内部灵敏气体的浓度恒定以及负压环境实现纳剂量探测器的测量环境，达到预设的真空度条件、气体浓度要求。
7、为了保证远程控制精度及灵敏度，作为优选，所述第一高压电磁阀、第二高压电磁阀、第三高压电磁阀、第四高压电磁阀均选用高压电磁阀。
8、本专利技术公开的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统的工作方法为：
9、步骤一：真空泵组单元启动。为了保证分子泵与涡旋泵的稳定启动，需要完成泵组的全部启动过程及系统自检。将涡旋泵a、涡旋泵b启动，启动前需要检查第一高压电磁阀、第二高压电磁阀、第三高压电磁阀、第四高压电磁阀、mfc流量控制计是否关闭，以保证连接分子泵涡旋泵的管道处于密封盖状态，防止分子泵损伤。当管路上的高真空压力传感器示数在20pa以下，则代表管路的真空度以满足分子泵的启动条件，当满足启动条件时启动分子泵，当分子泵转速稳定时真空泵组单元启动完成。
10、步骤二：通过plc协同控制第二高压电磁阀打开，完成纳剂量探测器腔体与涡旋泵的管路导通，此过程为纳剂量探测器腔体粗略抽气过程，快速将纳剂量探测器腔体内部真空度达到20pa以下。当低真空压力传感器数值≤10pa时，则表明管路真空度已到达涡旋泵a的极限，实现对纳剂量探测器腔体预抽真空。将纳剂量探测器腔体内的空气全部抽出则需要用到抽速更强的分子泵，此时将第二高压电磁阀关闭，将第三高压电磁阀打开，完成纳剂量探测器腔体与分子泵的管路导通，实现对纳剂量探测器腔体精密抽气，更加精细化的将气体分子抽出，分子泵具有更强的抽速使纳剂量探测器腔体保持在更低的真空度。
11、步骤三：由于实际情况中纳剂量探测器腔体及管路存在漏率以及纳剂量探测器腔体内部存在死体积问题导致不能将纳剂量探测器腔体抽到绝对真空，此时需要通过气体置换使纳剂量探测器腔体内部的气体杂质降至最低。当低真空压力传感器数值到达1～3pa时，关闭第二高压电磁阀打开进气阀第一高压电磁阀、第二高压电磁阀将气瓶a中的氮气输送到纳剂量探测器腔体内部，使氮气分子在纳剂量探测器腔体内部进行占位，进而使腔内的真空度快速上升至大气压。当低真空压力传感器数值≥10-5pa时，关闭第一高压电磁阀、第二高压电磁阀完成氮气进气过程。
12、步骤四：循环步骤二和步骤三，通过氮气的循环洗气可控制纳剂量探测器腔体内部除氮气外的其他气体含量下降至0.1％以下，循环步骤二和步骤三15次～20次，最后保持纳剂量探测器腔体处于真空状态且第一高压电磁阀、第二高压电磁阀、第四高压电磁阀均处于关闭状态。所述真空状态指真空度≤1.2pa。
13、步骤五：通过mfc流量计通入气瓶b中的有效气体，建立真空压力与丙烷气体浓度的关系。将mfc流量计的流速设置为0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：包括真空泵组单元、真空度检测单元、逻辑控制单元；
2.如权利要求1所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：通过串口通讯多设备协同控制，PLC逻辑控制器判断当前真空度状态，并控制高压电磁阀动作，进而协同MFC流量控制器输送有效气体，以保证纳剂量探测器腔体内部灵敏气体的浓度恒定以及负压环境实现纳剂量探测器的测量环境，达到预设的真空度条件、气体浓度要求。
3.如权利要求1或2所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：工作方法为：
4.如权利要求3所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：根据步骤一至步骤五将纳剂量探测器腔体真空度控制在1Torr～30Torr范围内，确保纳剂量探测器测量信号准确、稳定，通过纳剂量探测器对电离雪崩事件读出极信号计数，根据读出极信号计数结果建立纳剂量学量与宏观水吸收剂量内联关系。
5.如权利要求4所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：根据步骤一至步
6.如权利要求3所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：5％以内的偏差的来源是由于纳剂量探测器腔体内部死体积以及沉积的油脂吸附气体分子造成的。
...【技术特征摘要】
1.一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：包括真空泵组单元、真空度检测单元、逻辑控制单元；
2.如权利要求1所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：通过串口通讯多设备协同控制，plc逻辑控制器判断当前真空度状态，并控制高压电磁阀动作，进而协同mfc流量控制器输送有效气体，以保证纳剂量探测器腔体内部灵敏气体的浓度恒定以及负压环境实现纳剂量探测器的测量环境，达到预设的真空度条件、气体浓度要求。
3.如权利要求1或2所述的一种用于纳剂量探测器气体密度精密控制的真空系统，其特征在于：工作方法为：
4.如权利要求3所述的一种用于纳剂量探测器...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄骥，田宝林，王坤，吴国新，龚雨程，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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