γ谱仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种γ谱仪，其特征在于，包括闪烁晶体、光电二极管和小型数字少道分析器。与现有技术相比，根据本实用新型的γ谱仪体积小、使用方便、具有改善的灵敏度和核素识别。
【专利说明】Y谱仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及核物理探测领域，更具体地涉及一种Y谱仪。
【背景技术】
[0002]在核技术应用领域，采用NaI (Tl)闪烁体作为探测材料、光电倍增管作为光读出元件、数字单/多道分析器作为Y能谱分析设备来研制Y谱仪，是一种普遍的做法。这种Y谱仪在近代核物理探测中已使用了数十年。
[0003]但是，由于NaI (Tl)闪烁体、光电倍增管和数字单/多道分析器的这种组合自身存在的缺陷和不足，导致上述Y谱仪的应用越来越受到限制。
[0004]具体而言，一方面，NaI (Tl)晶体受温湿度影响大，易潮解，一般需封装后使用。
[0005]另一方面，光电倍增管用作闪烁体探测的光读出元件，如体积较大，则不宜安排实验。同时，需为光电倍增管提供稳定高压供电，因此易受到电磁场干扰和温度的影响。
实用新型内容
[0006]本实用新型的主要目的在于提供一种体积小、使用方便、灵敏度和核素识别得到改善的Y谱仪，以解决现有技术存在的上述问题，其中:
[0007]本实用新型提出了一种Y谱仪，其特征在于，包括闪烁晶体(I)、光电二极管(5)和小型数字少道分析器(7)。
[0008]与现有技术相比，根据本实用新型的技术方案具有如下优点:
[0009]采用了密度大、体积小、探测灵敏度高、受环境温湿度影响小的闪烁晶体作为探测部件；
[0010]采用体积小的新技术产品硅光电二极管或雪崩光电二极管作为光读出元件；
[0011]首次提出了使用波长转换材料，将晶体中产生的短波长光子转化较长波长的光子，进一步提升了探测灵敏度；
[0012]采用小型数字少道分析器，可实现人工核素和天然核素之间的识别以及6tlCo和137Cs核素间的识别，同时可以给出空气中的Y剂量率。
[0013]总而言之，与现有技术相比，根据本实用新型的Y谱仪体积小、使用方便、具有改善的灵敏度和核素识别。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0015]图1示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的Y谱仪的结构示意图；以及
[0016]图2是图1的剖视图。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0018]近年来，开发出了一些新型晶体，如CsI (Na)、CsI (Tl), BGO, PBW04, BSO, LaBr3(Ce)、LaC13等。随着这些新型晶体的出现，逐渐克服了 NaI (Tl)的不足，并带来了 NaI(Tl)所没有的一些优点，例如，晶体密度大、探测灵敏度高、受环境条件影响小等。
[0019]与此同时，半导体光电二极管技术正在不断发展完善，使得半导体光电二极管可替代传统的光电倍增管作为闪烁体光读出元件。
[0020]因此，本实用新型采用新型闪烁晶体和半导体光电二极管，配备小型化的数字“少道”分析谱仪，提出了一种小型化Y谱仪。
[0021]图1示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的Y谱仪的结构图。图2是图1的剖视图。
[0022]如图所示，Y谱仪100可以包括闪烁晶体1、光电二极管5和小型数字少道分析器7。
[0023]其中，闪烁晶体I可以作为探测材料，光电二极管5可以作为光读出元件，小型数字少道分析器7可以作为Y能谱信号分析设备。
[0024]根据本实用新型的一个实施例，闪烁晶体I的一个端面可以是晶体裸面，闪烁晶体I的其他表面可以喷涂有密质型的反光材料4。
[0025]根据本实用新型的一个实施例，晶体裸面与光电二极管5之间可以设置有波长转换材料3，其中波长转换材料3两面可以均使用高透光黏合剂2与晶体裸面、光电二极管5的玻璃面无缝耦合连接。本实用新型首次提出了使用波长转换材料，将晶体中产生的短波长光子(能量高)转换为较长波长的光子(能量低)，提高了后端光电二极管输出的量子效率和整体的电信号输出幅度，实现了灵敏度的进一步提升。
[0026]根据本实用新型的一个实施例，光电二极管5的信号端可以紧密焊接到前置放大器6的信号输入端。
[0027]根据本实用新型的一个实施例，闪烁晶体1、高透光黏合剂2、波长转换材料3、反光材料4、光电二极管5、前置放大器6可以通过依次使用防潮薄膜、避光薄膜、薄金属屏蔽壳8来无缝密封固定的。在无缝密封固定的同时，可以做好防潮、避光和电磁屏蔽处理，并露出前置放大器6的信号输出端。
[0028]根据本实用新型的一个实施例，闪烁晶体I可以是圆柱体、正方体、长方体中的一种。
[0029]根据本实用新型的一个实施例，闪烁晶体I可以是CsI(Na)、CsI(Tl)、BG0、PBTO4、BS0、LaBr、LaCl晶体中的一种。优选地，闪烁晶体I是密度较大、探测灵敏度高、体积小、受环境温湿度影响小的CsI (Tl)闪烁晶体。这使得本实用新型的Y谱仪体积小于现有技术的Y谱仪。
[0030]根据本实用新型的一个实施例，高透光黏合2可以是硅油。
[0031]根据本实用新型的一个实施例，波长转换材料3可以是玻璃片状材料，玻璃片状材料的面形状和大小与闪烁晶体I裸面相同。
[0032]根据本实用新型的一个实施例，波长转换材料3可以是粉末，其均匀分布在高透光黏合剂2上。
[0033]根据本实用新型的一个实施例，波长转换材料3可以是能够将光子波长从200-600nm转换到500_1200nm之间的、转换效率大于80%的波长转换材料。
[0034]根据本实用新型的一个实施例，反光材料4可以是密质的MgS材料。
[0035]根据本实用新型的一个实施例，光电二极管5可以是硅光电二极管或雪崩光电二极管。娃光电二极管或雪崩光电二极管的体积远远小于传统使用的光电二极管。
[0036]硅光电二极管不仅与闪烁体分光谱匹配较好，同时光谱响应较宽，可与波段为200nm-1200nm之间的光子匹配。并且，随着波长的增加，其量子效应会增高。因此，可以通过提高前端所用晶体输出光子波长的办法来增大整体光电信号信噪比，提高输出幅度，改善设备的灵敏度。
[0037]雪崩式硅光电二极管(APD)(又称累崩光电二极管或崩溃光二极体)是一种新型的半导体光检测器，其原理类似于光电倍增管。在加上一个较高的反向偏置电压后(在娃材料中一般为100-200V)，利用电离碰撞(雪崩击穿)效应，可在APD中获得一个大约100的内部电流增益。某些硅APD采用了不同于传统APD的掺杂等技术，允许加上更高的电压O1500V)而不致击穿，从而可获得更大的增益(>1000)。一般来说，反向电压越高，增益就越大。
[0038]Aro应用了半导体雪崩效应，从而具备光电信号放大作用，可放大到数千倍，大大改善了信噪比，弥补了这类产品对信号放大方面的不足。半导体光电二极管与光电倍增管相比，还具有其他一些明显的优点。例如，半导体光电二极管体积大大减小，可在强电磁场下工作，不需要为其提供稳定的高电压，进一步简化了设备组件和减少了整体体积。
[0039]根据本实用新型的一个实施例，小型数字少道分析器7可以是既能够识别人工核素是否存在又能够识别人工核素中6tlCo和137Cs核素的“少道”分析谱仪。
[0040]少道分析器7在本领域中又称为“少道”分析谱仪。采用这种分析谱仪，因测量能量被划分为的道数较少，因此可分析的核素也较少。
[0041]光电二极管5输出信号经前置放大器6引出并预处理后，由小型数字少道分析器7进行人工核素和天然核素识别，以及人工核素中6tlCo和137Cs核素的识别，同时可给出空气中Y剂量率。
[0042]根据本实用新型的一个实施例，金属屏蔽壳8可以是合金铝壳，其与闪烁晶体I接触的一端的壳厚度在0.5-2mm之间。
[0043]这样，本实用新型通过选用合适大小的新型闪烁晶体和性能良好的半导体光电二极管，改进了晶体发光光谱和光电二极管光输入的匹配，提高了光电二极管光输入的量子效率。
[0044]本实用新型在保证一定的高探测灵敏度的条件下，设计出了小型化Y谱仪，同时选用小型化的数字“少道”分析谱仪，实现了 Y谱数据的分析和报警功能。
[0045]与现有技术相比，根据本实用新型的Y谱仪体积小、使用方便、具有改善的灵敏度和核素识别。
[0046]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0047]以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种Y谱仪，其特征在于，包括闪烁晶体(I)、光电二极管(5)、前置放大器(6)和小型数字少道分析器(7)，其中: 所述闪烁晶体(I)的一个端面是晶体裸面，所述晶体裸面与所述光电二极管(5)之间设置有波长转换材料(3)； 所述光电二极管(5)连接到前置放大器￠);并且 所述前置放大器(6)连接到所述小型数字少道分析器(7)。
2.根据权利要求1所述的Y谱仪，其特征在于: 所述闪烁晶体(I)的其他表面喷涂有密质型的反光材料(4)。
3.根据权利要求2所述的Y谱仪，其特征在于: 所述波长转换材料(3)两面均使用高透光黏合剂(2)与所述晶体裸面、所述光电二极管(5)的玻璃面无缝耦合连接。
4.根据权利要求3所述的Y谱仪，其特征在于: 所述光电二极管(5)的信号端紧密焊接到前置放大器￠)的信号输入端。
5.根据权利要求4所述的Y谱仪，其特征在于: 所述闪烁晶体(I)、高透光黏合剂(2)、波长转换材料(3)、反光材料(4)、光电二极管(5)、前置放大器(6)是通过依次使用防潮薄膜、避光薄膜、薄金属屏蔽壳(8)来无缝密封固定的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述闪烁晶体(I)是圆柱体、正方体、长方体中的一种。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述闪烁晶体(I)是 CsI(Na)、CsI(Tl)、BG0、PBW04、BS0、LaBr, LaCl 晶体中的一种。
8.根据权利要求3-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述高透光黏合剂(2)是硅油。
9.根据权利要求3-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述波长转换材料(3)是玻璃片状材料，所述玻璃片状材料的面形状和大小与闪烁晶体⑴裸面相同。
10.根据权利要求3-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述波长转换材料(3)是粉末，其均匀分布在高透光黏合剂(2)上。
11.根据权利要求3-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述波长转换材料(3)是能够将光子波长从200-600nm转换到500_1200nm之间的、转换效率大于80%的波长转换材料。
12.根据权利要求2-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述反光材料(4)是密质的MgS材料。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述光电二极管(5)是硅光电二极管或雪崩光电二极管。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述小型数字少道分析器(7)是既能够识别人工核素是否存在又能够识别人工核素中6tlCo和137Cs核素的“少道”分析谱仪。
15.根据权利要求1-5中任一项所述的Y谱仪，其特征在于: 所述金属屏蔽壳(8)是合金铝壳，其与闪烁晶体(I)接触的一端的壳厚度在0.5-2mm之间。
【文档编号】G01T1/02GK203981892SQ201420096030
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】韩善彪, 岳会国, 李锦 , 柳加成 申请人:环境保护部核与辐射安全中心