专利名称：用于电离辐射检测的系统和方法
技术领域：
本披露内容是针对电离辐射检测系统以及用于制造并且使用此种系统的方法。
背景技术：
电离辐射检测系统被用于各种应用中。例如，一个盖格计数器可以接收电离辐射的粒子并且作为响应输出电脉冲。电脉冲可以通过相关的电子装置进行处理并且可以被登记为计数。当对于一个单一的电离辐射粒子登记了多个计数时或者当对于一个电离辐射粒子没有计数被登记时，则指示一个电离辐射检测系统的失效。此种失效可能妨碍这些检测系统在工业应用中的使用。因此，工业界仍然需要对电离辐射检测系统的改进。
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。图I是展示了一种电离辐射检测系统的具体实施方案的图；图2是展示了电离辐射检测系统的另一种具体实施方案的图；图3是一个流程图，展示了一种用于制造电离辐射检测系统的方法的具体实施方案；并且图4是展示了电离辐射检测系统的寿命的实例的图。图5是展示了关于电离辐射检测系统的不同配置数据的图。在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施例方式本披露的创新性的传授内容将具体地参考示例性实施方案进行说明。然而，应该理解的是，这一类别的实施方案仅提供了此处这些创新性传授内容的许多有利用途的几个实例。概括地说，本披露中所作的叙述并不必然地限制所提出权利要求的物品、系统或方法中的任何一种。此外，一些叙述内容可能适用于某些创造性特征但不适用于其他。在以下的说明书中，以一连串的顺序动作描述了一项绘制为流程图的技术。动作的顺序以及进行这些步骤的组(party)可以在不背离本传授内容的范围的情况下自由地改变。这些动作能以若干方式进行添加、删除或改变。类似地，这些动作可以进行重新排序或进行循环。此外，尽管过程、方法、算法或类似物可能是以一个顺序的次序进行说明，但是此种过程、方法、算法或其任何组合可以是以替代的顺序进行而能工作的。此外，在一个过程、方法或算法中的某些动作可以在至少一个时间点上同时地(例如，并行进行的动作)或连续地进行。如在此所用的，术语“包括(comprises)”,包括了 (comprising)”、"包含(includes)”、“包含了 (including)，，、“具有(has)”、“具有了(having)” 或它们的任何其他变形均旨在覆盖一种非排他性的涵盖意义。例如，包括一列特征的一种工艺、方法、物品、或装置并非必须仅限于那些特征，而是可以包括对于这种工艺、方法、物品、或装置的未明确列出或固有的其他特征。另外，除非有相反意义的明确陈述，“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或B是通过以下的任一项而得到满足:A是真(或者存在)且B是假(或者不存在)，A是假(或者不存在)且B是真(或者存在)，以及A和B均为真(或者存在)。使用“一种/ 一个(a/an)”来描述在此说明的要素和组成部分。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。这种说法应该被阅读为包括一个或至少一个，并且单数还包括复数，或反之亦然，除非它清楚地是另有所指。例如，当在此说明的是一个单个器件时，可以使用多于一个的器件代替一个单个器件。类似地，当在此说明的是多于一个的器件时，可以用单个器件来代替这一个器件。一种电离辐射检测系统可以包括一个含电离气体的感应元件。该感应元件还可以包括一个阴极以及一个阳极。传递到感应元件中的电离辐射可以将该电离气体的一部分电离，从而产生电子以及带正电荷的离子。由该阴极和阳极产生的电场可以引起带正电荷的离子向阴极移动并且电子向阳极移动。这些离子能以雪崩效应使该电离气体的其他部分电离。所得到的、被阳极接收的电子的级联可以产生一个穿过电极之间的电脉冲，这些电极被连接到该阴极和阳极上。该电脉冲可以被计数或者以其他方式由一个计数器或其他的电子设备进行测量。在此说明的实施方案中，可以实现一种更可靠的电离辐射检测。在一组实施方案中，该电离辐射检测系统可以包括一个感应元件，其中该感应元件包括多种气体。该多种气体可以包括一种含氧气体。出人意料地，这种含氧气体可以提高一个阳极导线的使用寿命。在另一组实施方案中，该阳极可以包括一种对这些气体更有耐受性的材料，并且在一个具体实施方案中是由这些气体形成的一种等离子体。因此，该辐射检测系统可以在该阳极失效之前运行更长的时期。对这些组实施方案在以下更详细地进行说明。涉及含氧气体的这些组实施方案在描述涉及阳极组成的这些组实施方案之前进行说明。 图I展示了一种电离辐射检测系统100的具体实施方案的示意图。该系统100包括一个自淬灭感应元件102,例如一个盖格-密勒管或其他感应元件,该元件具有一个实质上密封的外壳，该外壳被适配为包含一种处于基本上恒压下的气体104。该感应兀件102可以是不锈钢、玻璃或另一种对于该感应元件102内部的这些气体而言反应活性较低的。该感应兀件102可以具有一个内表面106,该内表面实质上用一种阴极材料,例如金属、石墨或另一种材料涂覆。例如，该内表面106可以用钼进行电镀。该内表面106可以包括另一种材料来实现所希望的特性。例如，当中子感受性是所希望的时，该内表面106可以包括硼。此外，该感应元件102可以包括一个阳极108，该阳极与该内表面106电绝缘。该阳极108可以包括一个导电的导线，例如含铁的导线，含镍的导线、或其他金属导线。在一个具体实施方案中，该阳极108可以包括镍、镍合金、不锈钢，例如17-7不锈钢、446不锈钢、316不锈钢、310不锈钢、或另一种铁合金。这些感应元件102可以包括一个窗口 114，该窗口可以被适配为允许电离辐射进入该感应元件102的内部。该窗口 114可以包括玻璃、云母、氧化铝、尖晶石、或另一种合适的材料。如所展示的，该窗口 114可以位于该感应元件102的一端。在另一个实施方案中，该窗口 114可以位于该感应元件102的一个侧面上。该感应元件102的内表面106可以连接到一个电极110上，并且该阳极108可以连接到另一个电极112上。可以通过电极112提供一个电压，使得可以在电极110和112之间存在至少300VDC，例如至少600VDC的电势。在一个具体实施方案中，该电压可以是至少800VDC，例如1050VDC或更大。由流过该感应元件102的电流产生的电脉冲可以在一个电子器件，例如一个计数器116中进行测量或检测。该电离检测系统100可以包括另外的电子装置，例如一个前置放大器、鉴别器、音频放大器、其他电子装置或它们的任何组合。感应元件102中包含的气体104可以包括多种气体组分，包括一种电离气体、淬灭气体以及含氧气体。这种电离气体可以响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。这种电离气体可以包括，例如一种惰性气体，例如氖气、氩气、氦气、氙气、氪气或它们的任何组合。在一个示意性实施方案中，该电离气体可以包括惰性气体的一种混合物，其中该电离气体中的多数惰性气体具有比少数惰性气体更高的电离势。在一个实例中，该电离气体可以包括氖气(具有约21. 5eV的电离势)与氩气(具有约15. SeV的电离势)的一种彭宁(Penning)混合物。在一个具体实施方案中，该电离气体可以包括按质量计约O. 1%的少数气体，例如氩气。 在该气体104中包含的淬灭气体可以防止通过与由于进入该感应元件102内的离子辐射而产生的带正电荷的惰性气体进行相互作用而造成的伪电脉冲。例如，当该电离气体包括氖气以及氩气时，通过电离辐射产生的带正电荷的氩气离子将达到内表面106并且变成激发态的中性氩原子。当该激发态的氩原子返回到基态时，它们将发射出光子，这些光子引起了与该感应元件102所欲检测的离子辐射不相关的伪计数。然而当使用原子淬灭气体时，这种带正电荷的IS尚子或其他电尚气体尚子可以与该淬灭气体碰撞，从而产生了带正电荷的淬灭气体离子以及中性的氩原子。这种淬灭气体离子向阴极移动并且接收电子，从而产生了处于激发态的中性的淬灭气体原子。这种淬灭气体原子可以通过形成淬灭气体分子，而不是通过发射光子而损失掉它们的能量。这种淬灭气体可以具有比该电离气体更低的电离势，例如比少数惰性气体更低的电离势。在一个具体实施方案中，该淬灭气体可以包括一种卤素气体。例如，该淬灭气体可以包括二原子的溴。在另一个实例中，该淬灭气体可以包括二原子的氯。在一个具体实施方案中，在该气体104中包含的含氧气体可以包括空气。这种空气可以包括一种多组分混合物，该混合物除了氧气之外还有例如氮气、水蒸气、二氧化碳、氩气、另一种气体、或它们的任意组合。在另一个实施方案中，这种空气可以主要由干的空气组成，这种空气实质上不含水蒸气。作为替代方案，这种含氧气体可以主要包括实质上纯的二原子的氧。在另一个实施方案中，该含氧气体可以包括臭氧。这种含氧气体可以具有比淬灭气体更低的电离势。例如，当使用二原子的溴(具有约12. 8eV的电离势)作为一种淬灭气体时，可以使用二原子的氧(具有约12. OeV的电离势)。在一个具体实施方案中，这种电离气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约80%至按压力计约99. 8%。这种淬灭气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约O. 1%至按压力计约1%。这种含氧气体存在的量值可以是气体104的总压力的按压力计从约1%至按压力计约20%。例如，当该含氧气体包括实质上纯的二原子氧时，则含氧气体存在的量值可以是该气体104总压力的按压力计至少约3%，例如该总压力的按压力计至少约5%。在另一个实例中，当该含氧气体包括空气时，则该含氧气体存在的量值可以是该气体104的总压力的按压力计至少约10%，例如该总压力按压力计至少约12. 5%。
在另一个具体实施方案中，这种电离气体存在的量值可以是从13332Pa (100mmHg)至约101325 (760mm Hg)。该淬灭气体存在的量值可以是从67Pa (O. 5mm Hg)至约1333Pa(10mm Hg)。此外，这种含氧气体存在的量值可以是从1333Pa( IOmm Hg)至约26667(200mm Hg)。例如，当这种含氧气体包括实质上纯的二原子的氧时，则这种含氧的气体存在的量值可以是从约1333Pa (IOmm Hg)至约6666Pa (50mm Hg)。在另一个实例中，当这种含氧气体包括空气时，则这种含氧的气体存在的量值可以是从5332Pa(40mm Hg)至约26667Pa(200mm Hg)。在一个实例中，该气体104可以具有小于大气压力的总压力，例如小于约66661Pa(500mm Hg)。表I展示了当该气体具有63061. 5Pa (473mmHg)总压力时，气体104的非空气部分(即，电离和淬灭部分)和气体104中包含的空气的组分比例。表I.包括空气的气体组分的分压
组分空气(Pa) 总计(Pa) __(Pa )___
Ar__28M__6Z7__90.6
Ne 561140.00__56114
「 nBr2 252.00.00252.0------
O2__0.00 1391.9 1391.9
N2__0.00 5186.2 5186.2
CO2 0.00__2J__2.1
H2O 0.00__240__24.0
^k-计 56394 6667.5 63061.5在以上展示的实例中，在气体104中包含的该多种气体包括按压力计约10. 5%的空气以及按压力计约O. 4%的二原子溴，即该淬灭气体。此外，在该气体104中包含的多种气体包括按压力计约89%的电离气体(非空气的氩气和氖气)。该气体104中包含的多种气体包括按压力计O. 1%的気气。在一个说明性的、非限制性实施方案中，该气体104可以包括另一种组分以实现一种所希望的特性。例如，如果中子的感受性是所希望的，则该气体104除了以上描述的其他气体之外可以包括BF3气体或3He气体。图2展示了另一种电离福射检测系统感应元件200的具体实施方案。该感应元件200包括一个外壳202,该外壳具有一个涂覆的内表面204以及一个阳极导线206。该阳极导线206可以从一个阳极组件208和一个外部阳极支持物210延伸。在一个不意性实施方案中，一个陶瓷部分212保护了该阳极组件208免于腐蚀、热量或者另一种所不希望的元素、并且将阴极导线206与该外壳202和内表面204电绝缘。该外壳202可以连接到一个电极220上，并且阳极206可以连接到另一个电极222上。在电极220和222之间可以存在至少300VDC的电势。该感应元件200还可以包括一个端窗口 216。该窗口 216可以是透明的、半透明的或其任何组合。该感应元件200被适配为在给定的温度下将气体保持在实质恒定的压力下。该气体可以包括多种气态的组分，包括一种惰性的电离气体、一种齒素淬灭气体以及一种含氧气体。该含氧气体存在的量值可以是该多种气体的组分的总压力的按压力计至少约3%。表2展示了具有约53329Pa (400mmHg)的总压力的示例组分比例，其中该含氧气体包括实质上
纯的二原子氧。表2.实质上不含空气的气体组分的分压
权利要求
1.一种尚子福射检测系统，包括 一个自淬灭感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括 一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离； 一种卤素淬灭气体；以及 一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约3%。
2.—种尚子福射检测系统，包括 多个盖格-密勒自淬灭感应元件，每个感应元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括 一种惰性的电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离； 一种卤素淬灭气体；以及 一种含氧气体， 其中该多个盖格-密勒感应元件在约100° C的温度并且约1050VDC的偏压下具有至少约95小时的中位失效前时间。
3.如权利要求2所述的电离辐射检测系统，其中该多个盖格-密勒感应元件在约185° C的温度并且约1050VDC的偏压下具有至少约95小时的中位失效前时间。
4.一种使用离子辐射检测系统的方法，包括 将用于一个具有外壳的盖格-密勒感应元件的外壳抽真空； 将多种气体加入到该外壳中，该多种气体包括一种电离气体、一种齒素淬灭气体以及一种含氧气体，其中该含氧气体存在的量值是该电离气体、该淬灭气体以及该含氧气体的总压力的按压力计至少约3%。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在加入该电离气体和该淬灭气体之前用一种阴极材料实质上涂覆该外壳的一个内表面。
6.如权利要求4或5所述的方法，进一步包括在加入该电离气体和该淬灭气体之前，在该外壳内提供一个阳极，其中该阳极与该内表面是电绝缘的。
7.如权利要求4、5或6所述的方法，进一步包括将该电离气体和该淬灭气体进行预混合，并且在将该含氧气体加入到该外壳中之前将该预混合的电离气体和淬灭气体加入到该外壳中。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中任何自淬灭感应元件或该盖格-密勒感应元件进一步包括一个阳极，该阳极包括一种在该含氧气体的存在下发生氧化的材料。
9.(原始)根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中 该含氧气体存在的量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约5% ;或 该含氧气体包括空气，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约10%。
10.一种尚子福射检测系统，包括 一个自淬灭感应元件，该元件具有 一个包含多种气体的、实质上密封的外壳，该多种气体包括 一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离；以及 一种卤素淬灭气体；以及一个阳极，该阳极包括一种贵金属、镍、或它们的任何组合。
11.如权利要求10所述的电离辐射检测系统，其中该多种气体实质上不含有含氧气体。
12.如权利要求10或11所述的电离辐射检测系统，其中该阳极包括钼、钯、金、钌、铼、铱、锇、一种镍合金,例如一种耐火的金属镍合金,例如Ni-Ti合金。
13.如权利要求10或11所述的电离辐射检测系统，其中该阳极包括一个含铁的导线以及一种包围该导线的材料，其中该材料包括该贵金属、镍、或它们的任何组合，或其中该阳极包括一种含镍的导线以及一种包围该导线的材料，其中该材料包括该贵金属。
14.根据以上权利要求中任一项所述的电离检测系统或方法，其中该电离气体包括一种彭宁混合物。
15.根据权利要求14所述的电离辐射检测系统或方法，其中该电离气体包括一种第一惰性气体以及一种第二惰性气体，该第二惰性气体具有比该第一惰性气体更低的电离势，其中该第二惰性气体存在的量值是该总压力的按压力计至少约0. 1%。
全文摘要
一种电离辐射检测系统可以包括一种自淬灭的感应元件，该元件具有一个包含多种气体的、实质上密封的外壳。该多种气体可以包括一种电离气体，用来响应于接收到一个电离辐射的粒子而进行电离。该多种气体还可以包括一种卤素淬灭气体。在一个具体实施方案中，该多种气体可以包括一种含氧气体，其量值是该多种气体的总压力的按压力计至少约5%。在另一个具体实施方案中，该含氧气体的分压可以是从约2666Pa至约16000Pa。在另一个实施方案中，该辐射检测系统可以包括一个阳极，该阳极具有一种对该感应元件内的气体腐蚀更具耐受性的组成。
文档编号G01N27/62GK102687040SQ201080059636
公开日2012年9月19日 申请日期2010年11月17日 优先权日2009年11月18日
发明者J·C·小库珀, J·M·弗兰克 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司