一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统的制作方法

本实用新型属于辐射探测技术领域，特别涉及一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统，该系统能显著减少流气式mrpc探测器工作时气体流量，大大的节省了系统工作的成本，同时极大的减少了引起环境温室效应尾气的排放。

背景技术：

缪子成像技术是国际上近年来发展起来的一种新兴高z物质探测手段，利用缪子具有强穿透性和对高z物质有较大散射角度的特性，有望实现利用宇宙线缪子对高z物质进行无损和精准检测的目标。常见的缪子成像系统一般在待检测物上方采用2-3层位置分辨探测器来获得缪子的入射径迹，同样的，在待检测物下方也会采用2-3层位置分辨探测器来获得缪子的出射径迹，通过后续的算法重建就能得到待检测物质的图像，从而实现重核物质的探测。在缪子成像这项技术中，最关键的部分是获得粒子径迹的位置分辨探测器，位置分辨探测器常见有漂移管、多丝正比室、阻性板室(rpc)、多气隙阻性板室(mrpc)等，其中mrpc探测器相比其他类型探测器具有高效率，高时间分辨、高性价比、易大面积制造等优点，成为我们搭建宇宙线缪子成像系统的首选。

常规mrpc一般采用流气式的工作方式，将制作好的位置分辨mrpc放置于一个铝盒内，再将铝盒进行密封，通过这种方式为mrpc提供工作的气体空间。基于位置分辨mrpc探测器探测对象为宇宙线通量较低缪子(约为:10000/m²*s)，离子在探测器内雪崩引起的气体污染是有限的，大流量的通气是由于铝盒自身密封性有限和探测器自身材料产生的杂质气体需要通过流气带出，这样带来了很大的成本和极大的浪费，还给环境带来了污染。基于上述考虑，我们研发了一种采用mrpc探测器碳膜玻璃和密封条进行密封，为探测器提供气体工作空间的方式的密闭型mrpc(s-mrpc)，探测器的具体状况可在申请号为201920706020.9的说明书中查看。需要说明的是，现阶段研发的s-mrpc探测器灵敏面积为50cm*50cm，包含5个气隙室，探测器可以工作在闭气和极低流量通气两种模式。经过后期的研发和努力，s-mrpc探测器的最小稳定工作气体流量已经由最初研发时的3ml/min减小到现在的0.5ml/min,当探测器的密闭工作时，工作时间也由原来的30小时提升到现在的60小时，综合来说，s-mrpc工作时的气体流量(最小稳定流量0.5ml/min,闭气时，大致折算约为0.05ml/min)，与经典式的mrpc(60-100ml/min)相比，显著的降低，同时尾气排放量，也明显减少。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提出一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统；其特征在于，缪子成像系统包含触发探测器、入射径迹s-mrpc探测器阵列、出射径迹s-mrpc探测器阵列、缪子成像处理系统以及温度监测系统、大气压监测系统、探测器暗电流监测系统、探测器供气系统、电子学采集系统、高压控制系统和智能中控系统；其中缪子成像系统由入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列构成，待检测物放置与入射径迹和出射径迹探测器之间，触发检测器分别放置于在入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列的外侧；入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列由探测器信号线连通后与电子学采集系统连接，电子学采集系统再分别与成像处理系统及触发检测系统连接；智能中控系统分别连接温度监测系统、气压监测系统、探测器暗电流监测系统、探测器供气系统和高压控制系统。

所述入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列，均采用2-3层s-mrpc铺设，可根据需要成像灵敏面积的大小进行自由掌握铺设面积，但是要保证探测器的灵敏面积边沿相互有重叠；在系统铺设安装时，应充分考虑单个模块的可拆卸重装性。其中s-mrpc为密闭型多气隙阻性板室。

所述触发探测器采用常见的闪烁体探测器。

本实用新型的有益效果是本缪子成像处理系统可根据需求，完成实时成像、离线精准分析以及存储传输等功能。具有高效率，高性价比，环保等优点，通过暗电流的监测和反馈，智能中控系统能最大限度的保证探测器工作时的性能，来控制探测器的气体供给，保证探测器在最少气体消耗和最少尾气排放的基础上，整个系统工作在最佳状态。这样既显著节省了系统的经济成本，又大大减少了系统尾气对环境的污染。

附图说明

图1为基于s-mrpc探测器的缪子成像系统整体示意图。

图2为缪子成像原理及径迹探测器阵列侧视图。

图3为径迹探测器阵列俯视图。

图4为位置分辨s-mrpc的两种工作模式。

具体实施方式

本实用新型提出一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统；下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1所示为基于s-mrpc探测器的缪子成像系统整体示意图。图1所示的缪子成像系统包含了由触发探测器、入射径迹s-mrpc探测器阵列、出射径迹s-mrpc探测器阵列与缪子成像处理系统以及温度监测系统、气压监测系统、探测器暗电流监测系统、探测器供气系统、电子学采集系统、高压控制系统和智能中控系统；其中缪子成像系统由入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列和位于入射径迹和出射径迹探测器两侧的触发探测器组成；入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列由探测器信号线连通后与电子学采集系统连接，电子学采集系统再分别与成像处理系统及触发检测系统连接；智能中控系统分别连接温度监测系统、气压监测系统、探测器暗电流监测系统、探测器供气系统和高压控制系统。也可根据自身需求，改变气体探测器类型，通过温度检测、气压监测、暗电流检测和供气系统的灵活组合，实现最优和最环保的基于气体探测器实现其他工能的系统。其中s-mrpc为气体探测器。所述触发探测器采用常见的闪烁体探测器。

图1显示了整个缪子成像装置整体系统关系图，在整个系统中，智能中控系统和数据采集系统都十分关键，数据采集系统是得到成像结果的直接装置，而智能中控系统通过获得外界温度、大气压、以及探测器暗电流信息，经过设置条件的反馈，对后续的气体控制系统和高压提供系统进行调节，使整个系统工作在最环保和最优的性能之上。

所述缪子成像处理系统可根据需求，完成实时成像、离线精准分析以及存储传输等功能。缪子成像的原理就是通过径迹探测器获得缪子入射和出射径迹，重建得到缪子的散射密度和散射点位置信息，而散射密度与待检测物的原子序数有直接关系，一般来说，原子序数越大，缪子的散射密度就会越大。通过获得的散射密度和散射点位置信息就可以完成待检测物的成像。在这项技术中，最关键的就是径迹探测器的研发。

所述入射径迹s-mrpc探测器阵列和出射径迹s-mrpc探测器阵列，均采用2-3层s-mrpc铺设，可根据需要成像灵敏面积的大小进行自由掌握铺设面积，但是要保证探测器的灵敏面积边沿相互有覆盖；在系统铺设安装时，应充分考虑单个模块的可拆卸重装性。如图2、图3所示为缪子成像原理及径迹探测器阵列侧视图。显示了搭建成的缪子成像系统的位置分辨s-mrpc探测器示意图，同样的为了显示阵列的效果，各个探测器示意图中间留有空隙，真实系统搭建时，探测器灵敏面积面积边沿相互有重叠覆盖。

所述温度监测器。监测监测器工作时，周围工作环境的温度变化，温度变化时，气体性能会发生变化，因此s-mrpc气体探测器的性能同样易受到外界环境温度变化的影响。经过研究发现温度变化对气体探测器影像最大的是气体雪崩时的汤森系数，但是可以通过调节探测器工作时所加高压，来抵消这种影响。

大气压监测系统：如果缪子成像系统安装的海拔不是很高时，可以不用考虑大气压监测系统。如果安装的海拔较高时，应当充分考虑外部系统外部气压变化，来调节s-mrpc测器高压，使阵列中的smrpc测器工作在最优状态。

探测器暗电流监测系统：监测s-mrpc探测器暗电流随时的变化，当探测器电流短时间变化较大时，给智能中控系统发出信号。

探测器供气系统：现在已经完成对s-mrpc在纯氟利昂工作模式下的研究，确定探测器可以在纯氟利昂模式下正常工作，因此配气系统大大简化，只需要氟利昂钢瓶固定架，气体质量流量计就可以完成探测器的供气，可根据需要，设置每3-4个s-mrpc探测器一个供气系统，便于精准供气以及减少供气的不必要成本。

电子学采集系统：负责探测器信号的采集、简单处理以及信号的存储，可根据需要进行设计。

高压控制系统：为探测器提供稳定的工作高压。

触发探测器：可采用常见的闪烁体探测器，作为触发探测器，为整体位置分辨探测提供数据采集的触发。也可以根据需求选择其他种类触发或者触发探测器。

智能中控系统：智能中控系统需要完成以下的任务：

1.温度监测器监测温度变化信号并收集，判定温度变化是否较大，若温度变化相比标准温度(25℃)超过3-5℃，给高压控制系统发出信号，调节s-mrpc阵列探测器供给高压，使探测器工作在最佳状态。

2.气压监测系统信号的处理，若监测的大气压和标压相比，变化较大时，给高压控制系统发出信号，根据外部气压与标压的差值，调节s-mrpc阵列探测器高压。

3.收集s-mrpc阵列探测器暗电流监测系统信号，若暗电流在短时间内，具有较大增加时，给探测器供气系统提供信号，供气系统给探测器供气。当探测器暗电流稳定时，给探测器供气系统发出信号，关闭供气。

以上三种功能的相互配合，能最大限度的保证探测器工作时的性能，也能保证探测器在最少气体消耗和最少尾气排放的基础上，系统工作在最佳状态。

图4所示为位置分辨s-mrpc的两种工作模式，显示显示了s-mrpc在未来系统中的工作模式，探测器可以长期工作在极低流量模式下，这种情况下，探测器能够长期稳定的工作；当转换为闭气模式时，需要随时监测暗电流的变化，当探测器暗电流发生突变时，就需要给探测器补充自身体积一倍左右的气体，这时候探测器电流会恢复到最初大小。相比极低流量工作模式，闭气模式比极低流量模式能节省大概95％的气体，但是缺点就是要随时监控电流变化，避免过大暗电流给探测器带来不可恢复性损伤，在搭建的环保型缪子成像系统中s-mrpc的两种工作模式均可。