专利名称：复式正比计数管探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及辐射探测技术和辐射探测器，特别是一种含有复式正比计数管的辐射探测器。
背景技术：
在辐射探测器技术中，气体探测器是最早得到应用和发展的类型之一。而在诸多气体探测器中，正比计数管探测器具有同时探测射线强度和鉴别射线能量的功能，赋予“正比”的概念即表示探测器输出脉冲幅度和入射线的能量具有良好的线性关系。因此它被广泛应用于射线能量分析。
用于射线能量分析的正比计数管探测器，希望它具有最好的能量分辨率。但是，由于存在无法克服的自由电子与气体分子电离碰撞的随机性，以及可以设法消除而没有做到的消除各种因素的影响(诸如自由电子被中性负电性气体分子的俘获、高压电源的涨落、阳极丝粗细不均匀、光洁度不高、下垂及其末端效应等)，使正比计数管探测器能量分辨率不甚理想。理论估算，其极限能量分辨率对MnKαX射线在15％左右。实际使用的正比计数管探测器能量分辨率有的高达20％。
因此，即使探测单一能量辐射线，其探测器输出脉冲幅度也不会低于理论估算的涨落，这种正常涨落服从高斯分布。可见，当探测多组能量的射线时，探测器输出的脉冲幅度是若干高斯分布的叠加谱。加之不同能量的散射谱的存在，最终探测到的脉冲幅度分布相当复杂，仍至无法解谱分析能量的高低，即使解谱分析，其准确度也很低。这是正比计数管探测器的不足之处，无法分析两个能量相邻或多能量的辐射线。
圆筒型结构的正比计数管探测器具有最佳的均匀电场分布。可由下式描述Er＝V0/r·ln(b/a)其中，a是中轴阳极丝半径，b是圆筒阴极内半径，V0是计数管施加的电压，Er是距阳极丝r点的电场强度。在Er电场作用下，自由电子沿径向漂移时，越接近阳极，单位路程获得的能量越多，产生碰撞电离的几率越高，气体放大将集中在阳极丝附近形成。若想制作一个高分辨率正比计数管探测器，正比计数管的结构设计和工艺安装十分重要。
正比计数管探测器应用在X射线荧光分析时，若用X光管激发，采用能量色散分析方法，其探测器脉冲输出总是带有很强的散射背景，影响待分析元素的分析精度和灵敏度。如何减少或消除散射背景也是正比计数管探测器的一大难题。总之，正比计数管探测器用于射线能量分析仍然存在需要解决的难题。
发明内容本实用新型的目的在于设计一种复式正比计数管探测器，它采用双阳极共阴极圆筒型正比计数管结构，该探测器保留圆筒型正比计数管电场强度均匀分布的特点，由双阳极分别输出电离电量，用于对射线进行符合、反符合测量或用在大散射背景下的弱信号测量，是目前尚未见到应用的正比计数管探测器。
本实用新型的技术方案一种复式正比计数管探测器，其特征在于它由复式正比计数管做辐射线的探测器件；计数管高压由高压分配器供电；由电荷灵敏放大器、线性成型放大器完成脉冲电荷量到脉冲幅度的转换；采用射线符合、反符合测量电路以降低待测射线谱的背景；由多道脉冲幅度分析器采集数据，并由上位机处理、分析数据。
上述所说的复式正比计数管是由射线探测管和复式符合管组成，两管之间由复式窗对接，复式窗既是探测管的射线出口又是复式管入射窗口；两管均用圆筒型阴极，其阳极丝平行，间距取圆筒阴极内径或小于等于200μm中的一种；各个阳极独立输出所属空间的电离电量。
上述所说的复式正比计数管的复式窗具有平衡滤光片功能，将根据所探测的射线能量一对一的设计、制作。
上述所说的电荷灵敏放大器由3DJ、2N4系列结构场效应管和TLE系列、LM系列、LF系列、LH系列、AD和OP系列低噪声、高输入阻抗、宽带贴片式运算放大器组成。
上述所说的线性成型放大器是由LF411-412、TLE2071-2072、LM6165、LF157/257/357及OP-64类贴片式运算放大器组成，增益自动调节，输出脉冲宽度≤2μs。
上述所说的符合与反符合测量由符合、反符合电路、延迟电路及甄别输出电路完成符合的筛选，实现只对待分析元素所产生的脉冲给予采集变换；符合电路既可用无功元件实现，也可用有功贴片实现。
上述所说的计数管高压由高压分配器供电，高压分配器受控于高压控制电路，高压控制数据取决于预先设定的脉冲幅度，使计数管稳定在正比区内工作。
上述所说的选用多道脉冲幅度分析器采集数据，其ADC变换单元受反符合电路输出的控制。
上述所说的复式正比计数管探测器既可以采用充气方式工作，也可以采用流气方式工作，采用流气方式工作时，配置流气式正比计数管气体密度监控器。
本实用新型的工作原理与工作过程在于利用射线与气体的电离效应和电离后的离子对在电场作用下形成电离电流的规律，选取正比工作区制作复式正比计数管探测器。
上述射线测量技术，由新型复式正比计数管探测器探测射线；采用符合、反符合技术降低有用信息的背景值；选用多道脉冲幅度分析器采集数据；借助于软件由上位机处理、分析数据，给出待分析射线强度和能量数值。
上述复式正比计数管探测器的射线探测器件是创新设计的复式正比计数管。复式正比计数管以圆筒型正比计数管电场强度分布为基础，在同一阴极环境下，装置两个平行的阳极丝，阳极丝间距选两个最佳距离，一是阴极圆筒内径，二是≤200μm。双阳极丝独立输出各自电离空间的电离电流。圆筒阴极半径b和阳极丝半径a应满足b＞＞a的条件。更具体的尺寸选择要由探测的射线种类和能量决定。
上述复式窗既是探测管的出射窗口又是符合管的入射窗口，其物理功能完成特定的滤光作用。当入射线在两个正比计数管内同时产生电离时，其阳极将同时产生有时间关联的脉冲；若入射线被复式窗所吸收不进入符合管时，仅在探测管有脉冲输出。
上述复式正比计数管探测器设计有符合、反符合电路及与其配合的甄别输出电路。当探测管和符合管有脉冲信号输入符合电路时，符合电路输出符合信号，此信号包括真符合信号(两计数管有时间关联的脉冲)和偶然符合信号(无时间关联脉冲，由于符合电路分辨时间引起符合信号)它们同时进入反符合电路。当把探测管输出脉冲延迟Δt1时间也输入反符合电路时，调节时间Δt1，在反符合电路中，与真符合信号有时间关联的脉冲将使反符合电路无信息输出；而与真符合信号无时间关联的脉冲会使反符合电路输出一个信号，该信号送至多道分析器的ADC变换单元并开启ADC变换。再把探测管输出的脉冲延迟Δt2时间送至ADC，即实现对探测管输出脉冲的控制变换。
上述两路探测器的分辨应尽量小，否则在高计数率时，偶然符合会湮没真符合。这对探测器系统各个部件都有严格时间要求。
本实用新型发明的优越性在于1、本探测器是一台对射线能量、强度同时检测的复式正比计数管探测器，适合于探测X、γ、β射线；2、本探测器的射线探测器件采用创新设计的复式正比计数管，两个正比计数管间安装可更换的起滤光作用的复式窗，它特别适合对射线进行符合、反符合测量，其探测系统分辨时间介于10-8-10-7秒；3、本探测器设计有符合、反符合电路和延迟符合控制电路，对进入复式正比计数管的同时事件做符合、反符合处理，只选择有用事件给予记录和分析；4、本探测器采用多道脉冲幅度分析器采集数据，其ADC变换器接受反符合信号控制，采集低背景的射线谱；5、本探测器输出的脉冲幅度与射线能量具有良好的线性关系；6、本探测器既可以选择充气式工作方式，也可以选择流气式工作方式，采用流气式工作方式时，配备“流气式正比计数管气体密度监控器”，保证气体放大倍数稳定。
附图为本实用新型所涉及的一种复式正比计数管的复式正比计数管探测器原理框图。
具体实施方式
实施例一种复式正比计数管探测器(见附图)，其特征在于它由复式正比计数管做辐射线的探测器件；由电荷灵敏放大器、线性成型放大器完成脉冲电荷量到脉冲幅度的转换；采用射线的符合、反符合测量技术降低待测射线谱的背景；由多道脉冲幅度分析器采集数据，并由上位机处理、分析数据。
上述所说的复式正比计数管是由射线探测管和复式符合管组成，两管之间由复式窗对接，复式窗既是探测管的射线出口又是符合管入射窗口；两管均用圆筒型阴极，其阳极丝平行，间距取圆筒阴极内径或小于等于200μm中的一种；各个阳极独立输出所属空间的电离电量。
上述所说的复式正比计数管的复式窗具有平衡滤光片功能，可根据所探测的射线能量一对一的设计、制作。
上述所说的电荷灵敏放大器由3DJ、2N4系列结构场效应管和TLE系列、LM系列、LF系列、LH系列、AD和OP系列低噪、高输入阻抗、宽带贴片式运算放大器组成。
上述所说的线性成型放大器是由LF411-412、TLE2071-2072、LM6165、LF157/257/357及OP-64类贴片式运算放大器组成，增益自动调节，输出脉冲宽≤2μs。
上述所说的由符合、反符合电路、延迟电路及甄别输出电路完成真符合的筛选，实现只对待分析元素所产生的脉冲给予采集变换；符合电路既可用无功元件实现，也可用有功贴片实现。
上述所说的计数管高压电源由高压分配器供电，高压分配器受控于高压控制电路，高压控制数据取决于预先设定的脉冲幅度，使计数管稳定在正比区内工作。
上述所说的选用多道脉冲幅度分析器采集数据，其ADC变换单元受反符合电路输出的信息控制。
上述所说的复式正比计数管探测器既可以采用充气方式工作，也可以采用流气方式工作，采用流气方式工作时，配置流气式正比计数管气体密度监控器。
实用新型复式正比计数管探测器的射线探测流程如下(见附图)射线源④的射线穿过探测器的探测管①窗口进入探测管，其中高能量部分的射线穿越复式窗进入符合管②，同时进入两管的射线将使两个探测器输出有时间关联，但幅度略有差异的脉冲信号，两信号同时进入符合电路⑤，符合电路⑤输出符合信号(真符合信号与偶然符合信号)送至反符合电路⑥。由于探测器输出脉冲信号具有一定宽度，符合电路又有一定分辨时间，因此，两探测器输出脉冲即使没有时间关联，也会产生偶然符合输出送至反符合电路，且偶然符合信号的几率和两探测器的计数率成正比。
探测管①输出的脉冲信号经延迟Δt1时间送到反符合电路⑥，并与符合电路⑤输出的符合信号在反符合电路⑥实现反符合。对应有时间关联的脉冲反符合电路⑥无信号输出；对应无时间关联的脉冲反符合电路⑥输出一个反符合信号，启动ADC变换。计数管高压③经分配器提供两个正比计数管的工作电压，高压的稳定由高压控制电路⑧控制。控制的参数取至多道分析器FeKα的峰位。多道分析器⑦采集的数据送上位机器处理。
设计一台石油产品中硫含量分析仪。成品油中硫含量需要控制在几十个ppm以下。采用能量色散法检测时，如此低含量硫的特征线寄托在很强的散射背景谱中。仪器灵敏度和精度都难达到要求。采用本发明的实用新型复式正比计数管探测器检测、消除背景谱干扰，提升了采用能量色散法检测仪器的灵敏度和精度。
本实施例的射线源既可用放射同位素Fe-55低能光子源激发待测样品，也可以用X光管激发。待测的X射线是硫元素的特征X射线和激发源的散射谱。硫的特征X射线能量平均值2.307KeV，空气对它的质量衰减系数可取404.2(cm2/g)；P10气体对它的质量吸收系数可取384.4(cm2/g)。
本实施例的复式正比计数管探测器阳极丝间距3-4cm，管长10-11cm，探测管入射窗由镀铝有机薄膜封接。复式窗由聚四氟乙烯薄膜压封。复式窗对SKα射线穿透率小于0.1‰，保证符合管不记录SKα射线。
设计用于相邻元素的分析仪。在许多生产过程中需要分析硅、铝元素含量。由于正比计数管探测器能量分辨率不高在能量色散法中，硅、铝元素的Kα特征线叠加为一个脉冲分布谱。采用复式正比计数管探测器，利用复式窗的滤光作用结合符合、反符合测量技术可以获得各自的特征谱，即用探测管和符合管输出的符合信息开启多道分析器的ADC变换，可获取SiKα谱；由它们的反符合信息开启ADC变换可获得AlKα谱。
用于相邻元素分析的复式正比计数管探测器，两阳极丝间距控制在200μm左右，阴极内径在2.5cm左右。复式窗对SiKα特征X射线而言，是一组铝-硅平衡滤光片。采用双多道脉冲幅度分析器记录探测管和复合管的脉冲幅度分布。
所设计的石油产品中硫含量分析仪或用于相邻元素的分析仪的符合、反符合电路，延迟控制电路均应根据探测管和复式管输出脉冲幅度特性给予设计。
权利要求1.一种复式正比计数管探测器，其特征在于它由复式正比计数管做辐射线的探测器件；计数管高压由高压分配器供电；由电荷灵敏放大器、线性成型放大器完成脉冲电荷量到脉冲幅度的转换；采用射线符合、反符合测量电路以降低待测射线谱的背景；由多道脉冲幅度分析器采集数据，并由上位机处理、分析数据。
2.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的复式正比计数管是由射线探测管和复式符合管组成，两管之间由复式窗对接，复式窗既是探测管的射线出口又是复式管入射窗口；两管均用圆筒型阴极，其阳极丝平行，间距取圆筒阴极内径或小于等于200μm中的一种；各个阳极独立输出所属空间的电离电量。
3.根据权利要求2所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的复式正比计数管的复式窗具有平衡滤光片功能，将根据所探测的射线能量一对一的设计、制作。
4.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的电荷灵敏放大器由3DJ、2N4系列结构场效应管和TLE系列、LM系列、LF系列、LH系列、AD和OP系列低噪声、高输入阻抗、宽带贴片式运算放大器组成。
5.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的线性成型放大器是由LF411-412、TLE2071-2072、LM6165、LF157/257/357及OP-64类贴片式运算放大器组成，增益自动调节，输出脉冲宽度≤2μs。
6.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的符合与反符合测量由符合、反符合电路、延迟电路及甄别输出电路完成符合的筛选，实现只对待分析元素所产生的脉冲给予采集变换；符合电路既可用无功元件实现，也可用有功贴片实现。
7.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的计数管高压由高压分配器供电，高压分配器受控于高压控制电路，高压控制数据取决于预先设定的脉冲幅度，使计数管稳定在正比区内工作。
8.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的选用多道脉冲幅度分析器采集数据，其ADC变换单元受反符合电路输出的控制。
9.根据权利要求1所述的复式正比计数管探测器，其特征在于所说的复式正比计数管探测器既可以为充气方式工作，也可以为流气方式工作；采用流气方式工作时，配置流气式正比计数管气体密度监控器。
专利摘要一种复式正比计数管探测器，其特征在于它由复式正比计数管做辐射线的探测器件；由电荷灵敏放大器、线性成型放大器完成脉冲电荷量到脉冲幅度的转换；采用射线的符合、反符合测量技术降低待测射线谱的背景；由多道脉冲幅度分析器采集数据，并由上位机处理、分析数据。设计本实用新型复式正比计数管探测器是为了测量强背景谱中的弱信息。它在保证圆筒型正比计数管电场强度均匀特性的同时，采用复式结构的计数管探测射线。应用射线探测的符合、反符合技术及平衡滤光片的技术，降低复杂谱线的背景，提高了弱信号测量的精度和灵敏度，扩大了能量色散分析方法的应用范围。
文档编号G01T1/00GK2869885SQ20052013092
公开日2007年2月14日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者姜文贵, 陈鹏, 戚士元, 宋欣, 张勇 申请人:天津中和科技有限公司