一种基于放射性测量的快速检测系统的制作方法

本发明涉及放射检测设备技术领域，尤其涉及一种基于放射性测量的快速检测系统。

背景技术：

随着核与辐射技术的飞速发展，核事故的发生也越来越多，特别是日本广岛和长崎原子弹爆炸、前苏联切尔诺贝利核事故与日本福岛核电事故等，导致大量放射性核素释放到环境中，通过大气环流等途径使某些人工放射性物质遍布全球环境中，因而环境中放射性物质对人类的危害正在引起人们越来越多的重视。

γ能谱测量是最为成熟的核分析方法之一，目前，除在地面应用以外，γ能谱测量技术可被应用于航空测量、井下测量，形成了航空γ能谱测量技术、γ能谱测井技术。由于γ射线含有特征核素的重要信息，因此γ射线的能谱测量技术是核辐射探测的一项重要工作之一。在核物理研究中，测量原子核激发能级、研究核衰变纲图、测定短的核寿命、进行核反应实验等都离不开γ射线的测量。

在放射性分析方面，如进行矿石放射性分析、测定堆燃料元件的燃耗、建筑材料的天然放射性分析、中子活化分析等都是基于γ射线照射量率和能量的测量。在放射性同位素的工业、农业，医疗和科学研究的各种应用中也经常使用γ射线和要求进行γ射线照射量率和能量的各种测量。在实际测量中，γ射线照射量率的测量实际上是测定某一特定能量的γ射线或者某特定能量区间内的γ射线照射量率。

γ能谱法作为环境中放射性物质含量测量最为常用的方法，其主要优点是对样品不需要做复杂的处理，可直接使用实验室γ能谱仪测量环境样品中放射性物质的含量，根据标准效率刻度曲线，计算得到环境样品中放射性核素的活度浓度。

现有技术的缺点是：目前环境样品测量的方法主要是通过把样品采集回实验室，然后进行样品预处理等流程,最后进行装样测量，尚无成熟、精确的现场快速γ能谱分析方法标准，因此，无法很好满足对现场采集的各类环境样品进行快速准确高灵敏的定量分析。

或者在现场测量环境样品中放射性核素时，先将样品装入圆柱形样品盒中，放置在探测器表面进行测量，然后对环境样品进行γ能谱分析，最终计算环境样品中放射性核素的含量。但是由于，目前宽能探测器探头铍窗特别薄，其厚度多为10^-4m量级，在测量过程中很容易损坏探测器探头。更为重要的是，现场γ能谱不配备固定样品得支架，每次测量位置的重复性也不能得到保证，从而大大增加了测量误差或不确定度。

因此，本发明设计了一种专用于测量基于圆柱形样品盒的环境样品的支架，借助于铅室或探头侧壁的支撑作用辅助探测器进行环境样品放射性的现场精确测量。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种现场快速测量环境样品的固定支架，所述支架至少包括：管体、底板、限位部、盖板、拉杆和样品槽，所述支架轮廓为杯状结构，由管体和限位部构成了圆柱形杯壁，由盖板和拉杆构成杯座；

所述管体套接于探测器的探头之外，所述管体远离所述盖板的端面与电子学部探头端的端面接触，所述支架通过调节限位部使得限位部与制冷部前端面接触，并继续沿着探测器的方向移动限位部，使得支架沿着背离探测器的方向移动，其移动距离通过位于所述管体外壁上的标尺读出；

其中所述管体至少为有机玻璃层和钨合金层构成的双结构层，所述有机玻璃层套接于所述钨合金层之外，所述有机玻璃层外壁具有设有沿所述管体轴向方向的标尺，所述限位部套接于所述管体外壁；

所述管体在沿远离所述盖板的方向上所述有机玻璃层厚度增加，所述钨合金层厚度减小，所述有机玻璃层与所述钨合金层的在沿所述管体轴向方向上的截面为直角三角形和/或直角梯形，所述有机玻璃层与所述钨合金层接触面为锥面，所述有机玻璃层与所述钨合金层共同构成圆柱形管体；

所述有机玻璃层与所述钨合金层接触锥面在轴向方向与所述管体中心线的夹角为30°～90°，所述底板上设有的圆柱形凹槽的边缘距所述管体的内壁的距离大于所述钨合金层的最大厚度。

根据一个优选的实施方式，所述管体中所述钨合金层通过螺纹与所述有机玻璃层咬合连接，其中所述钨合金层厚度为0～6mm；所述管体外壁设有沿轴向方向上的标尺，所述标尺零点位于靠近所述盖板一端的端口。

根据一个优选的实施方式，所述管体形成的样品槽的深度值大于等于探头的长度值与用于盛放环境样品的样品盒的高度值之和，所述管体直径略大于探头的直径，其差值为0.5～1mm。

根据一个优选的实施方式，所述限位部的长度值小于探头的长度值，所述限位部的长度值大于电子学部的厚度值。

根据一个优选的实施方式，所述管体中轴线垂直于所述盖板，所述限位部为圆柱形管状结构，其中所述管体外壁具有外螺纹，所述限位部内壁具有内螺纹，所述限位部基于螺纹咬合关系套接于所述管体外壁，所述限位部中轴线与所述管体中轴线重合，所述限位部中轴线垂直于所述盖板。

根据一个优选的实施方式，所述底板位于管体内，所述底板为圆盘状结构，所述底板与所述管体共同构成了样品槽；

所述底板朝向所述样品槽的端面设有至少一级的阶梯状的圆柱形凹槽，所述凹槽越靠近盖板其直径越小，不同级阶梯凹槽的不同直径对应于用于盛放待测放射性样品的样品盒直径，所述底板的材质为有机玻璃或钨合金中的至少一种；

所述底板圆盘中轴线与管体中轴线重合，所述底板与管体和盖板刚性连接。

根据一个优选的实施方式，所述拉杆为圆柱形结构，所述拉杆与盖板第二端面相连，所述拉杆与盖板同轴。

根据一个优选的实施方式，所述拉杆上设有在拉杆径向方向上截面为正方形的环形凹槽。

根据一个优选的实施方式，所述拉杆上设有在拉杆径向方向上截面为矩形的至少一道环形凹槽。

根据一个优选的实施方式，所述管体形成的样品槽的深度值大于等于探头的长度值与用于盛放环境样品的样品盒的高度值之和，所述管体直径略大于探头的直径，其差值为0.5～1mm；

所述底板位于管体内，所述底板为圆盘状结构，所述底板与所述管体共同构成了样品槽，所述底板朝向所述样品槽的端面设有至少一级的阶梯状的圆柱形凹槽，所述凹槽越靠近盖板其直径越小，不同级阶梯凹槽的不同直径对应于用于盛放待测放射性样品的样品盒直径，所述底板的材质为有机玻璃或钨合金中的至少一种；

所述限位部为圆柱形管状结构，其中所述管体外壁具有外螺纹，所述限位部内壁具有内螺纹，所述限位部基于螺纹咬合关系套接于所述管体外壁，所述限位部中轴线与所述管体中轴线重合，所述限位部中轴线垂直于所述盖板，所述限位部的长度值小于探头的长度值，所述限位部的长度值大于电子学部的厚度值；

所述盖板为圆柱形圆盘结构，所述盖板圆盘端面包括第一端面与第二端面，所述第一端面与管体和底板相连，所述第二端面与拉杆相连，所述盖板与管体、底板和限位部同轴；

所述拉杆为圆柱形结构，所述拉杆与盖板第二端面相连，所述拉杆与盖板同轴，所述拉杆上设有在拉杆径向方向上截面为矩形的至少一道环形凹槽。

本发明具有以下优点：

(1)本发明现场快速测量环境样品的固定支架其管体具有的钨合金层结构不仅有效的屏蔽了在现场测量过程中周围环境中的天然放射性物质或天然本底对测量造成的影响，同时，所述钨合金层材料也对待测放射性样品起到了屏蔽作用，避免对测量人员可能造成的放射性伤害。同时通过位于管体外侧的标尺，还实现了待测样品与探测器探头相对位置精确可调的功能，能够满足放射性测量过程中位置要求极高的与实际测量需求直接相关的效率刻度系数等更多需求。

(2)本发明固定支架可用于维持探测器与待测样品在测量过程中相对测量位置不变，确保了样品和探测器在同一轴线上，使得在每次放置样品时，确保样品与探测器的几何位置重复性一致。避免了在重复测量过程中无法确保样品测量几何条件的一致性的问题。并且避免了不同工作人员在测量过程中，由于操作不规范和人员因素等原因，人为引入的不确定因素较大，从而最终给测量结果带来较大的误差的问题。

(3)本发明现场快速测量环境样品的固定支架，用于盛放待测环境样品，避免样品与探测器直接接触，对探测器探头造成损伤。

附图说明

图1为本发明快速测量环境样品的固定支架的截面图；

图2为本发明快速测量环境样品的固定支架与探测器配合关系的结构示意图。

附图标记列表

1：管体2：底板3：限位部

4：盖板5：拉杆6：凹槽

7：样品槽8：探测器9：制冷部前端面

10：电子学部11：探头12：铍窗

具体实施方式

下面结合附图和实施例进行详细说明。

图1示出了本发明的快速测量环境样品的固定支架的截面图，所述支架包括：用于盛放放射性环境样品的管体1，用于支撑样品的底板2，用于确定所述支架与测量仪器的相对位置的限位部3，用于支撑固定管体1、底板2和限位部3的盖板4，用于移动所述支架的拉杆5。所述支架轮廓为杯状结构，由管体1和限位部3构成了圆柱形杯壁，由底板2、盖板3和拉杆5构成杯座。放射性待测环境样品置于管体1中，样品槽7之内。放射性探测器探头与管体中轴线同轴，探头正对样品槽7。

所述支架结构中管体1为圆柱形管体。所述管体1与盖板4刚性连接。所述管体中轴线垂直于所述盖板4。根据一个优选的实施方式，所述盖板4上设有圆环状凹槽，所述凹槽内壁设有内螺纹，所述管体1靠近盖板4的外壁设有外螺纹，所述管体1通过螺纹咬合关系与所述盖板4相连。所述管体1的构成材料为有机玻璃、钨合金或有机玻璃与钨合金套结而成。

根据一个优选实施方式，所述有机玻璃层套接于所述钨合金层之外，所述有机玻璃层外壁具有设有沿所述管体1轴向方向的标尺，所述限位部3套接于所述管体1外壁。沿管体1轴向方向所述有机玻璃层截面为直角三角形或直角梯形。沿管体1轴向方向所述钨合金层的截面为直角三角形。所述管体1在沿远离所述盖板4的方向上所述有机玻璃层厚度增加，所述钨合金层厚度减小。所述有机玻璃层与所述钨合金层接触面为锥面，所述有机玻璃层与所述钨合金层共同构成圆柱形管体1。所述有机玻璃层与所述钨合金层接触锥面在轴向方向与所述管体1中心线的夹角为30°～90°。所述底板2上设有的圆柱形凹槽的边缘距所述管体1的内壁的距离大于所述钨合金层的最大厚度。从而使得位于底板2上圆柱形凹槽中的放射性样品的γ射线通过管体1时，在距离底板2或放射性样品越远的位置，γ射线射向管体1处对应的钨合金层厚度越薄。从而避免了整个管体采用同样厚度的钨合金来屏蔽放射性样品的放射性。起到了节约钨合金材料，并降低支架重量的目的，使得支架更加便于携带，更加适合现场放射性测量。根据一个优选的实施方式，本发明管体1内径为77.5mm。外径90mm，壁厚6.25mm，长度为84mm。根据一个优选的实施方式，本发明采用的钨合金为钨镍铁合金，是一种以钨为基(约90～98％)并加入镍、铁组元的合金，其中加入的镍铁比一般为7：3。

所述支架结构中底板2为圆柱形圆盘。所述底板2位于管体1内。所述底板2圆盘中轴线与管体1中轴线重合。所述底板2与管体1和盖板4刚性连接。所述底板2设有阶梯状的圆柱形凹槽，越靠近盖板4其凹槽直径越小，所述圆柱形凹槽与圆盘2具有相同的中轴线。所述阶梯状的圆柱形凹槽的不同直径对应于用于盛放放射性待测样品的样品盒直径。从而实现了多规格样品的测量。所述底板2的材质为有机玻璃或钨合金。根据一个优选的实施方式，所述底板2直径为77.5mm。所述底板2厚度为22mm。

所述支架结构中限位部3为圆柱形管状结构。所述限位部3套接于管体1之外，并与管体1刚性连接。所述限位部3中轴线与所述管体1中轴线重合。所述限位部3中轴线垂直于盖板4圆形平面。根据一个优选的实施方式，所述限位部3内径为90mm，与管体1外径相等，所述限位部3外径为104.5mm，壁厚为7.25mm，所述限位部3长度为24mm。

所述支架结构中盖板4为圆柱形圆盘结构。所述盖板4圆盘圆形端面包括第一端面与第二端面。所述第一端面与管体1和底板2相连，第二端面与拉杆5相连。所述盖板4与管体1、底板2和限位部3同轴。根据一个优选的实施方式，所述盖板4第一端面设有圆环形凹槽，所述凹槽内壁设有内螺纹，所述管体1靠近盖板4的外壁设有外螺纹，所述管体1通过螺纹咬合关系与所述盖板4相连，所述盖板4直径为114.5mm，厚度为10mm。

所述支架结构中拉杆5为圆柱形结构。所述拉杆5与盖板4第二端面相连。所述拉杆5与盖板4同轴。同时，所述拉杆5上设有径向截面为矩形的环形凹槽6。根据一个优选的实施方式，所述拉杆5上设有在拉杆5径向方向上截面为矩形的至少一道环形凹槽。根据一个优选的实施方式，所述拉杆5直径为40mm，长度为30mm。

图2示出了本发明快速测量环境样品的固定支架与探测器配合关系的结构示意图。如图2所示，附图中至少包括有探测器8和固定支架。所述探测器8至少包括探头11、电子学部10和制冷部。所述探头11与电子学部10相连。所述探测器8通过探头11采集γ光子，并通过电子学部10转化为输出信号，实现对待测样品放射性定量测量。所述探头11还与制冷部相连，通过制冷部保证探头晶体处于最适宜条件下工作。所述制冷部制冷方式包括液氮制冷或电制冷。所述探头11至少包括铍窗12和探测晶体，所述探测晶体可以为hpge、nai、csi、cdte中的一种。

根据一个优选的实施方式，本发明选用的探测器为hpge探测器。探测晶体采用hpge晶体，铍窗12厚度为0.5mm。由于ge的能带间隔只有0.665ev，分子热运动所导致的大量漏电流使得任何一种锗探测器都无法在室温下工作，探测器必须置于一定的低温下工作，其要求是这种漏电流所导致的噪声不至于败坏其电离能。所述漏电流在-163℃至-153℃时开始明显上升，另外作为探测器前置放大器输入级的场效应管和电荷灵敏及的反馈原件也必须置于低温下，即是与探测晶体相连的电容和并联高阻或晶体管开关也必须需置于低温下，以尽量减低其它分子热运动所造成的噪声对探测分辨率的影响。对于目前大多数锗探测器来说，低温是通多制冷棒插入装有温度为-196℃的液氮形成热接触而达到探头制冷。由于各种制冷结果的设计差异，hpge探测器实际工作温度大约在-188℃至-163℃之间。根据一个优选的实施方式，本发明探测器8采用便携式电制冷探测器，通过电制冷的方式避免了各种复杂环境下现场测量过程中不方便携带液氮的问题。

利用所述探测器8对环境样品进行现场放射性测量过程中，探测器8与固定支架水平放置，其中，探测器8的探头11与支架管体1或样品槽7同轴。管体1套接于探测器8的探头11之上。管体1直径略大于探头11的直径，其差值为0.5至1mm。根据一个优选的实施方式，管体1形成的样品槽7的长度大于等于探头11的长度与用于盛放放射性环境样品的样品盒的高度之和，从而保证探测器8在测量过程或样品更换过程中样品盒不会接触到探头11上的铍窗12，从而避免损坏铍窗12。在测量过程中，管体1上远离盖板4的端面与电子学部10探头端的端面接触。支架通过调节限位部3使得限位部3与制冷部前端面9接触，并继续沿着探测器8方向的旋转限位部3，从而使得支架可沿着背离探测器8的方向移动，其移动距离可通过位于管体1外壁上的标尺读出。即是，在限位部3和制冷部9前端面接触之后，限位部3继续沿探测器8方向上移动的距离即是固定支架背离探测器8移动的距离。所述限位部3的长度小于探头11的长度，其目的在于避免固定支架在相对探测器8反向移动的过程中管体1与探头11脱离，从而造成管体1损伤探头11的铍窗12。所述限位部3的长度大于电子学部10的厚度值，使得限位部3能够从管体1伸出并接触到制冷部前端面9，从而可以通过限位部3与制冷部前端面9的相互力的作用实现固定支架相对于探测器8的移动。根据另一个优选的实施方式，所述支架还可以通过铅屏蔽装置固定，并使其管体1与探头11同轴。

实施例1

以本发明的固定支架辅助在样品采集现场快速测量待测放射性样品为例进行说明。在放射性环境样品测量过程中，测量部件包括放射性探测器、支架以及放射性环境样品。

所述支架管体1的直径略大于探测器圆柱形探头的直径，其差值为0.5至1mm。在测量过程中，所述圆柱形探头与支架的管体1同轴。管体1由有机玻璃层和钨合金层构成，所述机玻璃层套接于所述钨合金层之外。所述钨合金层可通过螺纹与所述有机玻璃层咬合连接。所述管体1具有的钨合金层结构，有效的屏蔽了在现场放射性测量过程中环境中的天然放射性物质或天然本底对测量过程造成的影响，同时，所述钨合金层结构也对待测放射性样品起到了屏蔽作用，避免对测量人员造成放射性伤害。根据待测环境样品放射性强度，本发明管体1中钨合金结构层厚度选择为0至6mm。

所述有机玻璃层套接于所述钨合金层之外，所述有机玻璃层外壁具有设有沿所述管体1轴向方向的标尺，所述限位部3套接于所述管体1外壁。所述管体1在沿远离所述盖板4的方向上所述有机玻璃层厚度增加，所述钨合金层厚度减小。所述有机玻璃层为直角三角形和/或直角梯形。所述钨合金层的截面为直角三角形。所述有机玻璃层与所述钨合金层接触面为锥面，所述有机玻璃层与所述钨合金层共同构成圆柱形管体1。所述有机玻璃层与所述钨合金层接触锥面在轴向方向与所述管体1中心线的夹角为30°。所述底板2上设有的圆柱形凹槽的边缘距所述管体1的内壁的距离大于所述钨合金层的最大厚度。

在环境样品放射性测量过程中，待测样品置于样品盒中，将所述样品盒放于支架的样品槽7中，根据样品盒的直径大小，将样品盒放置于底板2对应的圆柱形凹槽内。所述探测器为水平放置，将放射性探测器圆柱形探头插入管体1的样品槽7中。管体1形成的样品槽7的长度大于等于探头11的长度与用于盛放放射性环境样品的样品盒的高度之和，从而保证探测器8在测量过程或样品更换过程中样品盒不会接触到探头11上的铍窗12，从而避免损坏铍窗12。在探测器8的探头11完全插入样品槽7之后，管体1上远离盖板4的端面与电子学部10探头端的端面接触，支架通过调节限位部3使得限位部3与制冷部前端面9接触，并继续沿着探测器8方向的旋转限位部3，从而使得支架可沿着背离探测器8的方向移动，其移动距离可通过位于管体1外壁上的标尺读出。

基于管体1外壁上沿轴向方向上设置的标尺，实现限位部3相对于管体1的精确移动，从而实现样品槽7内的样品与探测器探头位置的精确可调。再打开探测器，完成待测放射性样品的测量。同时使用者可基于拉杆5实现支架的插入或拔出探测器8的功能。同时，在更换样品或进行重复测量过程中，只要确定所述限位部3相对于管体1的位置不变，则可实现所述待测样品与探测器8的探头11相对位置不变，从而避免了在放射性测量过程中无法确保样品和标准放射源的测量几何条件的不一致。并且避免了实验过程中不同工作人员在测量过程中，由于操作不规范和人员因素等原因，人为引入的不确定因素较大，从而最终给测量结果带来较大的误差的问题。

实施例2

以本发明的固定支架辅助测量环境样品的放射性为例进行说明。测量部件包括放射性探测器8、铅屏蔽结构、支架以及放射性环境样品。所述放射性探测器具有一圆柱形探头11。所述铅屏蔽结构为具有圆柱形通孔的立方体铅屏蔽结构，所述圆柱形通孔直径略大于管体1的直径，其差值为0.5至1mm。管体1其材质为有机玻璃。

测量过程包括：将放射性测量探测器圆柱形探头11经铅屏蔽圆柱形通孔插入铅屏蔽结构中。所述探测器8为水平放置，所述铅屏蔽圆柱形通孔中轴线处于水平方向上。同时，所述铅屏蔽圆柱形通孔长度大于所述探测器8的探头11深入铅屏蔽结构的长度。将待测放射性环境样品置入支架结构的样品槽7中。将所述支架的管体1沿着铅屏蔽通孔另一端插入铅屏蔽结构中。由所述限位部3调节控制支架的插入深度。打开探测器，完成待测放射性样品的测量。同时使用者可基于拉杆5实现支架的插入或拔出铅屏蔽结构的功能。同时，还可以在位于拉杆5上的凹槽6内系上拉绳或其它连接带实现拉动所述支架移动的功能。同时，在更换样品或进行重复测量过程中，只要确定所述限位部3的位置不变，则可实现所述待测样品与探测器探头相对位置不变，从而避免了在放射性测量过程中无法确保样品和标准放射源的测量几何条件的不一致。并且避免了实验过程中不同工作人员在测量过程中，由于操作不规范和人员因素等原因，人为引入的不确定因素较大，从而最终给测量结果带来较大的误差的问题。

实施例3

在实施例2的基础上，以本发明的固定支架固定待测环境样品的测量位置为例进行说明。在放射性环境样品测量过程中，测量部件包括放射性探测器8、铅屏蔽结构、支架以及放射性环境样品。所述放射性探测器8具有一圆柱形探头11。所述铅屏蔽结构为具有圆柱形通孔的立方体铅屏蔽结构。所述圆柱形通孔直径略大于管体1的直径，其差值为0.5至1mm。所述圆柱形通孔直径大于所述放射性探测器圆柱形探头11。在测量过程中，所述圆柱形探头与所述铅屏蔽的圆柱形通孔同轴。即所述圆柱形探头与支架的管体1同轴。

根据一个优选的实施方式，拉杆5外壁可设置有多道环形凹槽。所述环形凹槽沿拉杆5径向方向上的截面为矩形截面。所述凹槽用于增加使用者在使用过程中手部与拉杆5的接触面积，从而增大摩擦力，方便使用者可以更轻松的通过拉杆5移动支架。根据一个优选的实施方式，拉杆5还可以为立方体结构。根据一个优选的实施方式，所述盖板4端面可为椭圆或矩形结构。

在放射性环境样品测量过程中，待测样品置于样品盒中，将所述样品盒放于支架的样品槽7中，根据样品盒的直径大小，将样品盒放置于底板2对应的圆柱形凹槽内。通过将支架插入铅屏蔽结构的圆柱形通孔中，实现待测样品进入待测位置。所述支架的限位部3实现待测样品与探测器位置的相对固定。所述限位部3套接于管体1外壁。所述限位部3与管体1为刚性连接。

根据一个优选的实施方式，所述管体1外壁具有外螺纹，所述限位部3内壁具有内螺纹，所述限位部3基于螺纹咬合关系套接于所述管体1外壁。从而实现了限位部3沿管体1轴向方向移动的功能，实现了样品槽7内的样品与探测器探头位置可调，并可重复定位的功能。

根据一个优选的实施方式，所述管体1外壁设有沿轴向方向上的标尺。其标尺零点位于靠近盖板4一端的端口。通过标尺可实现限位部3相对于管体1的精确移动，从而实现样品槽7内的样品与探测器探头位置的精确可调。从而通过测量探测器探头插入铅屏蔽结构的深度、铅屏蔽圆柱形通孔的长度以及限位部3对应的标尺刻度，可实现探头与待测放射性样品的距离的精确测量，或者测出待测放射性样品与探测器探头的位置变化量。实现了样品槽7中样品与探测器探头相对位置精确可调或可测量的功能。能够满足放射性测量过程中能量刻度、效率刻度与实际测量中的更多需求。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。