一种电离辐射检测方法和传感器与流程

文档序号:16661594发布日期:2019-01-18 22:59阅读:367来源:国知局
一种电离辐射检测方法和传感器与流程

本发明涉及电离辐射检测技术领域,特别涉及一种电离辐射检测方法和传感器。



背景技术:

在大量科技和社会活动中,从微电子学到环境安全、从石油工业、采矿到医疗设备,对电离辐射的检测是必不可少的。目前,电离辐射(其包括直接或间接电离粒子,如质子、中子、电子、α粒子、β粒子、x射线以及γ射线)的检测方式,主要是将电离辐射直接或间接转换成电信号,并将电信号供给光电二极管(如雪崩光电二极管)或光电倍增管,根据光电二极管或光电倍增管的状态变化,确定电离辐射的存在。在将电离辐射直接或间接转换成电信号的过程中,会产生能量损耗,而且光电二极管或光电倍增管会产生噪声,该噪声可损害分辨率,造成电离辐射检测的灵敏度较低。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种电离辐射检测方法和传感器,实现了对电离辐射的检测,由于ev级别的电离辐射即可使超长碳纳米管中c-c键发生转换或断裂,而超长碳纳米管中任意一个c-c键发生转换或断裂,均可使超长碳纳米管断裂或者整体崩塌,本发明提供的方案基于电离辐射使超长碳纳米管断裂,而确定待检测空间具有电离辐射,整个过程不会对电离辐射有任何的损耗,灵敏度较高,而且检测过程比较简单。

一种电离辐射检测方法,包括:

在基底上设置狭缝,超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,其中,所述超长碳纳米管跨越所述狭缝;

通过自组装方式,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长纳米颗粒;

将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中;

通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管,如果观测到跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管发生断裂,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

优选地,

所述超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,包括:

直接在所述基底上生长所述超长碳纳米管;

通过调控生长所述超长碳纳米管的反应条件,拉伸所述超长碳纳米管,以使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度,或者,使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。

优选地,

所述超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,包括:

通过探针将所述超长碳纳米管转移至所述基底上;

并通过探针拉伸所述超长碳纳米管,以使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度,或者,使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。

优选地,

所述狭缝的宽度为0.2mm~2mm。

优选地,

所述基底为表面附有氧化层的硅材料。

优选地,

在所述将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中之后,在所述通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管之前,进一步包括:

在待检测空间内,通过所述基底的空间移动,带动粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管移动。

一种电离辐射检测传感器,包括:供电电源、二极管指示灯以及电源开关,其中,

所述供电电源的一个电极包含有超长碳纳米管,用于当所述电源开关闭合时,为所述二极管指示灯供电;

当所述供电电源位于待检测空间,所述电源开关处于闭合,所述二极管指示灯的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

优选地,

所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度。

优选地,

所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。

优选地,

连接所述供电电源、所述二极管指示灯以及所述电源开关的导线中包含有所述超长碳纳米管。

一种电离辐射检测传感器,包括:供电电源、二极管指示灯、电源开关以及可替换电子元件,其中,

所述供电电源,用于当所述电源开关闭合时,为所述二极管指示灯供电;

所述可替换电子元件包含有超长碳纳米管,设置于所述供电电源、所述电源开关以及所述二极管指示灯构成的闭合电路上;

当所述可替换电子元件位于待检测空间,所述电源开关处于闭合,所述二极管指示灯的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

优选地,

所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度。

优选地,

所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。

优选地,

连接所述供电电源、所述二极管指示灯以及所述电源开关的导线中包含有所述超长碳纳米管。

上述任一所述的电离辐射检测传感器的检测方法,包括:

将电源开关处于闭合状态的所述电离辐射检测传感器置于待检测空间内;

当所述二极管指示灯的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

本发明实施例提供了一种电离辐射检测方法和传感器,该电离辐射检测方法和传感器是基于ev级别的电离辐射即可使超长碳纳米管中c-c键发生转换或断裂,而超长碳纳米管中任意一个c-c键发生转换或断裂,均可使超长碳纳米管断裂或者整体崩塌。通过观测超长碳纳米管断裂或者整体崩塌,该观测可通过光学显微镜实现,或者利用超长碳纳米管的导电性,即超长碳纳米管作为一个闭合回路的一部分,一旦超长碳纳米管断裂或者整体崩塌,该闭合回路将断电,使得闭合回路中的二极管指示灯熄灭,整个过程不会对电离辐射有任何的损耗,灵敏度较高,而且检测过程比较简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种电离辐射检测方法的流程图;

图2是本发明一个实施例提供的具有纳米颗粒的超长碳纳米管的结构图;

图3是本发明一个实施例提供的探针拉伸超长碳纳米管的示意图;

图4是本发明一个实施例提供的光学显微镜观测到的断裂前的超长碳纳米管的图;

图5是本发明一个实施例提供的光学显微镜观测到的断裂后的超长碳纳米管的图;

图6是本发明一个实施例提供的一种电离辐射检测传感器的结构示意图;

图7是本发明一个实施例提供的一种电离辐射检测传感器的结构示意图;

图8是本发明一个实施例提供的一种电离辐射检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

如图1所示,本发明实施例提供了一种电离辐射检测方法,该方法可以包括以下步骤:

步骤101:在基底上设置狭缝,超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,其中,所述超长碳纳米管跨越所述狭缝;

步骤102:通过自组装方式,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长纳米颗粒;

步骤103:将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中;

步骤104:通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管,如果观测到跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管发生断裂,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

其中,超长碳纳米管可利用申请号为201010586433.1、201210260099.x、201510358935.1、201710128785.4、201711066679.4的专利文件中提供的制备方法进行制备,在此不再赘述。

其中,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长的纳米颗粒可以为二氧化钛纳米颗粒、氧化锡纳米颗粒、氧化钼纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒等,下面以生长氧化钛纳米颗粒为例进行说明。

将四氯化钛溶液以可控的方式倒入烧杯中,此时四氯化钛溶液会立即挥发和水解,烧杯会瞬间产生大量白色烟雾,将跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管与白色烟雾接触几秒,即可在超长碳纳米管上生长成二氧氧化钛纳米颗粒。该生长纳米颗粒的目的是为了能够在光学显微镜下观察到超长碳纳米管。具有纳米颗粒的超长碳纳米管的结构如图2所示。

即实现上述电离辐射检测方法的基础为电离辐射能够使超长碳纳米管断裂或崩塌。

在图1所示的实施例中,通过在基底上设置狭缝,超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,其中,所述超长碳纳米管跨越所述狭缝;通过自组装方式,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长纳米颗粒;将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中;通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管,如果观测到跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管发生断裂,则确定所述待检测空间具有电离辐射。该电离辐射检测方法基于ev级别的电离辐射即可使超长碳纳米管中c-c键发生转换或断裂,而超长碳纳米管中任意一个c-c键发生转换或断裂,均可使超长碳纳米管断裂或者整体崩塌。通过观测超长碳纳米管断裂或者整体崩塌,该观测可通过光学显微镜实现,整个过程不会对电离辐射有任何的损耗,灵敏度较高,而且检测过程比较简单。

上述超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面具体实现方式可以有两种。一种为直接在所述基底上生长所述超长碳纳米管,通过调控生长所述超长碳纳米管的反应条件,拉伸所述超长碳纳米管,以使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度,或者,使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。该直接生长的方式仍可采用申请号为201010586433.1、201210260099.x、201510358935.1、201710128785.4、201711066679.4的专利文件中提供的制备方法进行制备。另一种为通过探针将所述超长碳纳米管转移至所述基底上,并通过探针拉伸所述超长碳纳米管,以使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度,或者,使拉伸后的所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。对于该过程可以利用精密探针台系统进行超长碳纳米管转移。另外,在进行转移之前需要在超长碳纳米管上生长纳米颗粒,以方便操作。

其中,针对通过探针将所述超长碳纳米管转移至所述基底上,并通过探针拉伸所述超长碳纳米管步骤来说,上述步骤102:通过自组装方式,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长纳米颗粒可在通过探针将所述超长碳纳米管转移至所述基底上,并通过探针拉伸所述超长碳纳米管之前进行,以方便探针操作所述超长碳纳米管。

其中,通过探针拉伸超长碳纳米管的示意图如图3所示。

该超长碳纳米管的初始张力、自身拉伸强度、初始应变以及自身断裂伸长率可以通过拉曼光谱仪进行检测,其中,拉伸后的超长碳纳米管的初始张力跟拉曼光谱的g峰频率位移成正比;也可以用声波共振测试超长碳纳米管的共振频率,然后用共振频率公式计算拉伸后的超长碳纳米管的初始张力或者初始应变。

在本发明另一实施例中,为了避免基底对断裂或崩塌的超长碳纳米管的干扰,同时保证超长碳纳米管跨越所述狭缝,所述狭缝的宽度为0.2mm~2mm。

在本发明另一实施例中,该基底选择表面附有氧化层的硅材料,该表面附有氧化层的硅材料具有耐高温性能,在直接在所述基底上生长所述超长碳纳米管过程中,可以保证基底的稳定性,另外,基底选择表面附有氧化层的硅材料,也便于对超长碳纳米管的表征。

在本发明另一实施例中,为了能够提高检测的准确性,实现对待检测空间中单束电离辐射的检测,在所述将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中之后,在所述通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管之前,可进一步包括:在待检测空间内,通过所述基底的空间移动,带动粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管移动。

上述待检测空间可以为任意大小的空间,只要基底能够进入的空间都可以检测,比如机场的安全区、医疗设备中的辐射区间、医疗设备外面隔离区等等。

通过用不同的电离辐射发现,等离子体产生的能量为27ev的电离辐射即可使超长碳纳米管的c-c键断裂,从而使超长碳纳米管断裂或崩塌;能量为284ev的x射线照射超长碳纳米管,能够使超长碳纳米管断裂或崩塌;能量为10ev的电子束照射超长碳纳米管,能够使超长碳纳米管断裂或崩塌等等,因此,本发明提供的电离辐射检测方法大大提高了检测的灵敏度。另外,在电离辐射下,超长碳纳米管断裂或崩塌的过程只需10-15秒,即超长碳纳米管断裂或崩塌达到飞秒级。从而使整个检测的过程比较迅速。

为了能够清楚地说明上述电离辐射检测方法中,光学显微镜观测到的超长碳纳米管断裂前后的差异,在附图4和附图5中分别展示超长碳纳米管断裂前的图像和经过10ev电子束照射后超长碳纳米管断裂后的图像;从图4和图5对比,可以明显地看出,经过10ev电子束照射后,超长碳纳米管已完全断裂或崩塌。

如图6所示,本发明实施例提供一种电离辐射检测传感器,包括:供电电源601、二极管指示灯602以及电源开关603,其中,

所述供电电源601的一个电极6011包含有超长碳纳米管,用于当所述电源开关603闭合时,为所述二极管指示灯602供电;

当所述供电电源601位于待检测空间,所述电源开关603处于闭合,所述二极管指示灯602的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

其中,电极6011主要靠其包含的超长碳纳米管导电,一旦超长碳纳米管在电离辐射下断裂或崩塌,供电电源供电被中断。

另外,电极6011中包含的超长碳纳米管的根数可以根据二极管指示灯的工作电压和工作电流进行调变,以使二极管指示灯在非电离辐射时,能够正常工作。

由于超长碳纳米管断裂或崩塌的过程只需10-15秒,则图6的电离辐射检测传感器只需10-15秒即可检测出电离辐射,即电离辐射检测传感器检测电离辐射的速度达到飞秒级,大大提高了检测效率。

另外,通过检测发现,该图6的电离辐射检测传感器能够检测出ev级的x射线产生的电离辐射、γ射线产生的电离辐射以及等离子体产生的电离辐射等。

在本发明另一实施例中,为了能够进一步提高电离辐射检测传感器检测的准确性和灵敏度,所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度;或者,所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。该超长碳纳米管的初始张力或者初始应变可在超长碳纳米管制备过程中,通过调控生长所述超长碳纳米管的反应条件而实现。

该超长碳纳米管的初始张力、自身拉伸强度、初始应变以及自身断裂伸长率可以通过拉曼光谱仪进行检测,其中,拉伸后的超长碳纳米管的初始张力跟拉曼光谱的g峰频率位移成正比;也可以用声波共振测试超长碳纳米管的共振频率,然后用共振频率公式计算拉伸后的超长碳纳米管的初始张力或者初始应变。该超长碳纳米管的初始张力也可通过探针拉伸该超长碳纳米管的方式获得。

在本发明另一实施例中,为了能够进一步提高电离辐射检测传感器检测的准确性和灵敏度,连接所述供电电源、所述二极管指示灯以及所述电源开关的导线中包含有所述超长碳纳米管。

如图7所示,本发明实施例提供一种电离辐射检测传感器,包括:供电电源701、二极管指示灯702、电源开关703以及可替换电子元件704,其中,

所述供电电源701,用于当所述电源开关703闭合时,为所述二极管指示灯供电;

所述可替换电子元件704包含有超长碳纳米管,设置于所述供电电源701、所述电源开关703以及所述二极管指示灯702构成的闭合电路上;

当所述可替换电子元件704位于待检测空间,所述电源开关703处于闭合,所述二极管指示灯702的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

所述可替换电子元件中包含的超长碳纳米管的数量可以根据二极管指示灯的实际工作电压和实际工作电流进行调变,以能够维持二极管指示灯正常工作为宜。在检测电离辐射,可替换电子元件内的超长碳纳米管断裂或崩塌后,可通过替换该可替换电子元件实现电离辐射检测传感器的反复使用。

另外,除图7所示的可替换电子元件位于供电电源和电源开关之间以外,可替换电子元件还可以位于供电电源和二极管指示灯之间,或者可替换电子元件还可以位于电源开关和二极管指示灯之间。

由于超长碳纳米管断裂或崩塌的过程只需10-15秒,则电离辐射检测传感器只需10-15秒即可检测出电离辐射,即图5的电离辐射检测传感器检测电离辐射的速度达到飞秒级,大大提高了检测效率。

另外,通过检测发现,该图6的电离辐射检测传感器能够检测出ev级的x射线产生的电离辐射、γ射线产生的电离辐射以及等离子体产生的电离辐射等。

在本发明另一实施例中,为了能够进一步提高电离辐射检测传感器检测的准确性和灵敏度,所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度;或者,所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率。该超长碳纳米管的初始张力或者初始应变可在超长碳纳米管制备过程中,通过调控生长所述超长碳纳米管的反应条件而实现。

该超长碳纳米管的初始张力、自身拉伸强度、初始应变以及自身断裂伸长率可以通过拉曼光谱仪进行检测,其中,拉伸后的超长碳纳米管的初始张力跟拉曼光谱的g峰频率位移成正比;也可以用声波共振测试超长碳纳米管的共振频率,然后用共振频率公式计算拉伸后的超长碳纳米管的初始张力或者初始应变。该超长碳纳米管的初始张力也可通过探针拉伸该超长碳纳米管的方式获得。

在本发明另一实施例中,为了能够进一步提高电离辐射检测传感器检测的准确性和灵敏度,连接所述供电电源、所述二极管指示灯以及所述电源开关的导线中包含有所述超长碳纳米管。即只要导线被电离辐射照射,也可引起电离辐射检测传感器的断路。

另外,上述任意一种电离辐射检测传感器均可在待检测空间内进行空间移动,以更好的检测电离辐射。

上述任一所述的电离辐射检测传感器的检测方法,如图8所示,可包括如下步骤:

步骤801:将电源开关处于闭合状态的所述电离辐射检测传感器置于待检测空间内;

步骤802:当所述二极管指示灯的状态由亮变灭,则确定所述待检测空间具有电离辐射。

综上所述,上述各个实施例至少能够达到如下有益效果:

1.在本发明实施例中,通过在基底上设置狭缝,超长碳纳米管通过范德华力粘附在所述基底表面,其中,所述超长碳纳米管跨越所述狭缝;通过自组装方式,在跨越所述狭缝的所述超长碳纳米管上生长纳米颗粒;将粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管置于待检测空间中;通过光学显微镜观测跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管,如果观测到跨越所述狭缝的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管发生断裂,则确定所述待检测空间具有电离辐射。该电离辐射检测方法基于ev级别的电离辐射即可使超长碳纳米管中c-c键发生转换或断裂,而超长碳纳米管中任意一个c-c键发生转换或断裂,均可使超长碳纳米管断裂或者整体崩塌。通过观测超长碳纳米管断裂或者整体崩塌,该观测可通过光学显微镜实现,整个过程不会对电离辐射有任何的损耗,灵敏度较高,而且检测过程比较简单。

2.在本发明实施例中,使所述超长碳纳米管的初始张力大于且小于自身拉伸强度;或者,使所述超长碳纳米管的初始应变大于且小于自身断裂伸长率,能够使超长碳纳米管断裂或者崩塌比较完全,从而保证了电离辐射检测的准确性和灵敏度。

3.在本发明实施例中,基底选择表面附有氧化层的硅材料,该表面附有氧化层的硅材料具有耐高温性能,在直接在所述基底上生长所述超长碳纳米管过程中,可以保证基底的稳定性,另外,基底选择表面附有氧化层的硅材料,也便于对超长碳纳米管的表征。

4.在本发明实施例中,通过在待检测空间内,通过所述基底的空间移动,带动粘附在所述基底上的具有所述纳米颗粒的超长碳纳米管移动,实现对待检测空间中单束电离辐射的检测,同时有效地提高了检测的准确性。

5.由于在电离辐射下,超长碳纳米管断裂或崩塌的过程只需10-15秒,即超长碳纳米管断裂或崩塌达到飞秒级。因此,本发明实施例提供的电离辐射检测传感器能够快速的检测出电离辐射,即电离辐射检测传感器检测电离辐射的速度达到飞秒级,大大提高了检测效率。

需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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过程、方法、物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过程、方法、物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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是:以上所述仅为本发明的较佳实施例,仅用于说明本发明的技术方案,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。

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