电离室型双能X射线探测器的制作方法

本实用新型涉及核技术应用领域的X射线探测器，尤其涉及一种应用于物质在线识别分选系统中的电离室型双能X射线探测器。

背景技术：

在物质在线识别分选系统中，通常使用管理程序简单、安全性能高，且射线强度和分布具有可调节性的X光机作为辐射发生装置，与γ放射源发出的具有特征能量谱的γ射线不同，X光机发出的X射线的能量是连续的，其中既有低能谱线又有高能谱线。物质对不同能量的X射线的衰减率上存在差异，X射线穿透被检测物体后，其能量谱线会发生变化，低能谱线的变化和被检测物体的材料组成和质量厚度有关，高能谱线的变化主要与质量厚度有关。在物质在线识别系统中，仅仅依据原子序数划分的方法统计X射线总的衰减会无法准确的判定物质的属性，所以可能会出现当X射线穿透薄的铅板和厚的木材总衰减程度是一样的。因此，为了更准确的分辨物质的属性，必须分别探测X射线透射物体后的高能射线衰减和低能射线衰减，即进行在线双能X射线探测。

目前常用的双能X射线探测器是由“闪烁体”和“光电二极管”组合而成的闪烁体阵列探测器。例如，中国专利授权公告号CN101937094B所公开的双能X射线阵列探测器，沿X射线入射方向采用第一闪烁体阵列+光电二极管阵列+滤波片形成低能射线探测器，采用第二闪烁体阵列+光电二极管+滤波片形成高能探测器实现高能射线探测。该类型探测器的采用密集阵列结构，像素尺寸小，像素点密集，主要用于辐射成像系统，如安检机、CT机等精密检测轮廓外形的无损检测设备。但是，这类探测器的主要缺点是：结构复杂，闪烁体辐照寿命短、暗电流大（~1*10^-10A）、对温度极敏感、使用时需要严格避光，对使用环境要求比较严苛。在工业应用场合为了保持探测器的识别能力，需要采用复杂的温度补偿技术以克服温度效应。在应用于煤矿的煤与矸石识别分选系统中，要求双能X射线探测器能定性识别出粒度在100~300mm的动态物料是煤还是矸石，阵列探测装置能达到亚厘米量级的像素尺寸就已经与块状物料的尺寸相适应，而不需要特别精细的空间分辨率，但是要求X射线探测器要能够在粉尘大、噪声强、温度变化大、工作时间长的恶劣环境中保持良好工作稳定性和可靠性，因此，使用闪烁体与光电二极管的排列组合结构的探测器会造成许多的困难。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供了一种便于制造和使用的双能X射线探测器，利用这种双能X射线探测器能够测量穿透物体的X射线能谱中低能部分和高能部分的相对差别，进行在线探测进而提供物质识别分选的依据。

本实用新型的目的是通过如下措施来实现的：一种电离室型双能X射线探测器，包括电离室，所述的电离室内设置有透气金属隔板，所述的透气金属隔板上设置有连通孔，所述的透气金属隔板将电离室分隔为第一腔体与第二腔体，所述的第一腔体与第二腔体内均设置有电极系统，所述的第一腔体上方密封有采用低原子序数的金属薄窗Ⅰ，所述的第二腔体上方密封有采用高原子序数的金属薄窗Ⅱ。

优选的，所述的电离室为长方体的密闭容器。

优选的，所述的金属薄窗Ⅰ通过焊接的方式将电离室第一腔体密封，金属薄窗Ⅱ通过焊接的方式将电离室第二腔体密封。

优选的，所述的金属薄窗Ⅰ的材料为钛、铍、铝或含钛、铍、铝的合金，所述的金属薄窗Ⅱ的材料为铁、铜、银、金或含铁、铜、银、金的合金。

优选的，所述的电极系统由相互交替排列的高压极片和收集极片组成，形成阵列组合。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用透气金属隔板将电离室探测器分为两个具有同等探测效率的探测单元，利用不同原子序数的入射窗口形成低能射线探测区和高能射线探测器，结构简单，方便制造和使用，具有暗电流小、稳定、可靠、对温度不敏感、环境适应好的特点。

附图说明

图1为电离室型双能X射线探测器的结构示意图。

图2为电离室型双能X射线探测器的内部电极系统结构示意图。

图3为透气金属隔板的结构示意图。

图4为电离室型双能X射线探测器的使用状态图。

图中：1-电离室，2-透气金属隔板，3-第一腔体，4-第二腔体，5-金属薄窗Ⅰ，6-金属薄窗Ⅱ，7-高压极片，8-收集极片，9-分选皮带，10物块，11-X光机，12-X射线。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述。

实施例1：如图1所示，一种电离室型双能X射线探测器，包括电离室1，电离室为长方体的密闭容器，电离室内设置有透气金属隔板2，透气金属隔板上设置有连通孔，透气金属隔板将电离室分隔为第一腔体3与第二腔体4，第一腔体与第二腔体内均设置有电极系统，第一腔体上方密封有采用低原子序数的金属薄窗Ⅰ5，第二腔体上方密封有采用高原子序数的金属薄窗Ⅱ6，金属薄窗是X射线进入电离室腔体的窗口，金属薄窗Ⅰ通过焊接的方式将电离室第一腔体密封，金属薄窗Ⅰ只允许X射线连续谱线中的低能谱线进入腔体，金属薄窗Ⅱ通过焊接的方式将电离室第二腔体密封，金属薄窗Ⅱ将X射线连续谱线中的低能部分滤除，只允许高能谱线部分进入电离室腔体。金属薄窗Ⅰ的材料为钛、铍、铝或含钛、铍、铝的合金，金属薄窗Ⅱ的材料为铁、铜、银、金或含铁、铜、银、金的合金。

如图2所示，电极系统由相互交替排列的高压极片7和收集极片8组成，形成极片阵列。从左到右起，单数序号极片为高压极片7，双数序号极片为收集极片8，相互交错的排列，每一个收集极片8与相对应的高压极片7构成一个像素单元，像素尺寸的大小应当与被探测的物体相适应，太大则空间分辨力下降，太小则制造难度与成本上升，例如，在煤与矸石识别分选系统中，煤块与矸石块的粒度在100~300mm，因此像素尺寸为亚厘米量级时可以达到最佳的性价比。

如图3所示，图中透气金属隔板2的作用是将电离室探测器分割为两个腔体，对透射物体后的X射线连续谱的低能部分和高能部分分别检测，两个探测单元相互独立但又需要在同等条件下实现探测。两个单元为了保持相同的探测效率下必须使腔体内的充气压力一致，因此该透气金属隔板上有多个连通孔可以保持气体流通，为了防止射线在腔体内相互窜扰，特别是防止高能部分谱线进入低能探测单元，所以透气金属隔板采用了金属板材的材料，以阻挡腔体内的杂散射线。

如图4所示，应用于煤与矸石识别分选系统，电离室型双能X射线探测器安装在分选皮带9的下方，煤块或矸石块等物块10在分选皮带上动态运行至识别区域。X光机11发出X射线12辐射穿透物块，此时物块10在探测器第一腔体3上方，透射后的X射线穿过低原子序数的金属薄窗Ⅰ5进入第一腔体3内，经与充气气体的电离作用得到含有低能谱线的信号；该物块10运行至探测器第二个腔室4上方，透射后的X射线穿过高原子序数金属薄窗6进入第二腔体4内，其中低能部分已经被滤除，剩余高能谱线与充气气体电离作用后得到高能谱线信号。分选识别系统利用双能X射线探测器探测透射物块10后射线的低能部分与高能部分的相对差别，补偿了物块厚度对射线衰减的影响，判断出该移动的物块是煤块还是矸石块，为后续分选动作提供依据。