一种在线辐射总剂量检测装置

1.本实用新型涉及辐射探测技术领域，特别是一种在线辐射总剂量检测装置。


背景技术：

2.随着辐射技术的成熟与发展，辐射技术已广泛应用于医疗中的诊断成像、核医学、放射治疗，工业中的核能发电、辐射探伤、三废处理，以及农业中的农作物育种、蔬菜水果保鲜、粮食贮存等各大领域。然而，在实际应用过程中，由于应用场景的不同，对应的辐射所需要的辐射剂量不同，导致辐射剂量成为需要精准控制的一重要因素，否则容易出现：辐射剂量过低，不能产生所需的辐射效应；辐射剂量过高，可能会使物质受到破坏等种种问题。
3.目前，现有的辐射剂量检测装置分为主动式探测仪器和被动式探测仪器。其中，被动式探测仪器主要包括热释光探测器、径迹蚀刻探测器等，这类仪器具有体积小、造价低、不耗电等优点，但缺点是不能实时探测。主动式探测仪器主要包括电离室、半导体探测器、闪烁体探测器等，这类探测器具有探测种类多、可分辨不同源项和在线实时探测等优点，但或多或少存在尺寸大、功耗高、使用寿命短、不便于分布式测量等缺点。因此，有必要开发一种在线辐射总剂量检测装置，以克服上述缺点。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种在线辐射总剂量检测装置，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
5.本实用新型实施例提供了一种在线辐射总剂量检测装置，所述装置包括：辐照腔、屏蔽箱以及计算机；
6.其中，所述辐照腔内部设置有光纤，所述辐照腔对接收的辐射进行衰减，使所述光纤吸收到的辐射剂量小于目标阈值，所述光纤的一端连接至所述屏蔽箱中的光功率计，另一端连接至所述屏蔽箱中的光源，所述光功率计可实时检测所述光纤的光功率值；
7.所述光功率计与所述计算机通过线缆进行连接，所述光功率计通过所述线缆向所述计算机传递所述光功率值，所述计算机根据所述光功率值计算得到辐射总剂量。
8.可选地，所述辐照腔为圆盘状，由上下两面扣合而成，一面为衰减窗，另一面为容纳腔，所述容纳腔中设置有旋涡状的凹槽，所述光纤盘绕固定在所述旋涡状的凹槽中。
9.可选地，所述容纳腔边缘设置有一圈凹槽，所述衰减窗边缘设置有一圈凸台，使得所述衰减窗与所述容纳腔扣合时，所述凸台卡入所述凹槽中，形成一圈密封的金属壁。
10.可选地，根据辐射源的能量种类和辐射能量的高低，确定所述衰减窗的厚度，将所述衰减窗设置为面对所述辐射源的方向。
11.可选地，所述辐照腔边缘设置有阶梯式结构的插头，所述屏蔽箱设置有凸出的插槽，所述插头卡入所述插槽中，使得所述辐照腔与所述屏蔽箱紧密连接。
12.可选地，所述容纳腔中的旋涡状的凹槽与所述插头连通，所述光纤通过所述插头进入所述屏蔽箱中，分别与所述光功率计和所述光源相连接。
13.可选地，所述旋涡状的凹槽总长度为1m,宽度为1.2mm。
14.可选地，所述屏蔽箱的两侧面板和顶部面板分别设置有凸台，使所述屏蔽箱的内部形成密闭空间。
15.可选地，所述屏蔽箱背部设置有迷道式窗口，所述线缆一端连接所述光功率计，另一端通过所述迷道式窗口连接至所述计算机。
16.可选地，所述线缆通过金属管道连接至所述计算机。
17.本实用新型实施例提供了一种在线辐射总剂量检测装置，该装置包括：辐照腔、屏蔽箱以及计算机；其中，辐照腔内部设置有光纤，辐照腔能够对接收的辐射进行衰减，使光纤吸收到的辐射剂量小于目标阈值，该光纤的一端连接至屏蔽箱中的光功率计，另一端连接至屏蔽箱中的光源，该光功率计可实时检测光纤的光功率值；光功率计与计算机通过线缆进行连接，光功率计通过线缆向计算机传递光功率值，计算机根据光功率值计算得到辐射总剂量。本实用新型利用光纤辐射损伤的原理，即，光纤吸收的辐射剂量在一定边界数值下时，该光纤的光功率损耗与接收的辐射剂量呈良好的线性关系，由此，本实用新型使辐照腔将接收到的辐射衰减至目标阈值内，然后通过实时检测辐照腔内光纤的光功率值的变化，计算得到该光纤受到的辐射总剂量，从而实现了对目标环境辐射总剂量的在线检测。
18.本实用新型实施例的有益效果如下：
19.1)实现了在线监测。本实用新型实施例通过实时检测辐照腔中的光纤的光功率值变化情况，可以测得当前时刻的光纤接收到的辐射总剂量，进一步地，可以实现辐射剂量的预警功能，使得在检测辐射总剂量达到预警阈值时，发出对应的预警信息。
20.2)检测精准。本实用新型实施例利用计算机接收光纤的光功率值，从而计算出光纤的功率损耗情况，利用功率损耗和辐射总剂量之间的线性关系，可以直接得到该光纤目前接收到的辐射总剂量。本装置的干扰因素较少且计算方法简单快捷，所以得到的检测结果更加精准。
21.3)使用寿命长。本实用新型实施例所提供的检测装置结构简单，在实际应用过程中，只有光纤容易受到辐射损伤，对其余元器件的损伤较低。在本实用新型实施例中，可以通过更换光纤，延长该装置的使用寿命。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例提供的一种在线辐射总剂量检测装置的结构示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的一种辐照腔的实物示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的一种辐照腔的结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的一种辐照腔和屏蔽箱的连接示意图；
27.图5是本实用新型实施例提供的一种屏蔽箱的结构示意图；
28.图6是本实用新型实施例提供的一种辐照腔的内部结构示意图；
29.附图说明：1-辐照腔、2-屏蔽箱、3-计算机、4-光纤、5-光功率计、6-光源、7-辐射
源。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.本实用新型实施例提供了一种在线辐射总剂量检测装置，参照图1，图1为本实用新型实施例提供的一种在线辐射总剂量检测装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：辐照腔、屏蔽箱以及计算机；
32.其中，所述辐照腔内部设置有光纤，所述辐照腔对接收的辐射进行衰减，使所述光纤吸收到的辐射剂量小于目标阈值，所述光纤的一端连接至所述屏蔽箱中的光功率计，另一端连接至所述屏蔽箱中的光源，所述光功率计可实时检测所述光纤的光功率值；
33.所述光功率计与所述计算机通过线缆进行连接，所述光功率计通过所述线缆向所述计算机传递所述光功率值，所述计算机根据所述光功率值计算得到辐射总剂量。
34.自然界中的一切物体，只要温度在绝对零度以上，都会以电磁波和粒子的形式不停向外传送热量，这种传送能量的方式就是辐射。总的来讲，辐射可以分为非电离辐射和电离辐射，非电离辐射包括光线、微波、超声波、无线电波等，这类辐射能量不高，一般情况下不会对人体造成伤害；电离辐射包括α射线、β射线、γ射线、中子和x射线等，这类辐射能量高，贯穿物体的本领强，可以直接或间接地使物质电离或激发，使物体材料和生物细胞受到损伤。在本实施例中所提出的在线辐射总剂量检测装置主要是针对电离辐射所设计的检测装置。
35.需要说明的是，本实施例所提出的在线辐射总剂量检测装置主要利用了光纤辐射损伤原理来实现对辐射总剂量的检测。其中，光纤辐射损伤是指光纤受到辐射，会造成损伤，内部产生色心，而光纤接收到的辐射剂量在小于某一边界数值时，该光纤内产生的色心浓度与辐射剂量呈正比关系，其表现在光纤性能上则是，该光纤的功率的损耗程度与接收的辐射总剂量成良好的线性关系。基于此原理，本实施例提出的在线辐射总剂量检测装置，将光纤放置在具有衰减辐射能力的辐照腔中，使光纤吸收辐射剂量小于边界条件，此时光纤功率损耗与辐射剂量成线性关系，以此为依据，通过实时检测光纤的功率来表征环境剂量。
36.所述辐照腔内部设置有光纤，所述辐照腔对接收的辐射进行衰减，使所述光纤吸收到的辐射剂量小于目标阈值。按照光纤辐射损伤原理，光纤只有在接收的辐射在一定边界数值以下时，才能实现功率损耗程度与辐射剂量为线性关系。在本实施例中，辐照腔为金属材质，具有一定的厚度，在接收到辐射时，可以对接收到的辐射进行能量衰减。辐射源发出的高能电子在经过辐照腔后能量产生衰减，随后穿透辐照腔进入内部设置的光纤，光纤接收到的辐射小于环境中的真实辐射强度。具体的，可以预先设置一个目标阈值，该目标阈值可以表示一个具体的辐射强度数值，在实际应用过程中，预先了解辐射源的相关信息，判断该辐射源的能量种类和辐射强度，选择对应厚度的辐照腔，使得该辐照腔能够将接收到的辐射衰减至目标阈值以内。
37.所述光纤的一端连接至所述屏蔽箱中的光功率计，另一端连接至所述屏蔽箱中的光源，所述光功率计可实时检测所述光纤的光功率值。若直接将光源和光功率计、电源线等暴露在辐射环境中，辐射会对光源的稳定性产生严重影响，使光功率计输出数据产生误差等种种问题。在本实施例中，将光功率计和光源设置在所述屏蔽箱中，屏蔽箱起到屏蔽辐射的作用，可以保护其中的各元器件不因辐射受到损伤。所述光纤为一根完整的光纤，一端与光源连接，光源为其提供稳定的光源输入；一端与光功率计连接，光纤受到辐射，内部产生能量沉积，并且形成对应的色心，功率随之发生变化，光功率计实时检测该光纤输出端的光功率数值。
38.所述光功率计与所述计算机通过线缆进行连接，所述光功率计通过所述线缆向所述计算机传递所述光功率值，所述计算机根据所述光功率值计算得到辐射总剂量。在本实施例中，屏蔽箱中的光功率计通过线缆与计算机相连接，从而向计算机发送检测到的光功率值，由计算机根据接收到的光功率值的变化，确定出当前时刻环境中的辐射总剂量。在此过程中，光功率计可以每隔一定时间段，则向计算机发送一次检测到的功率数值，示例性的，每隔1s、2s或5s向计算机发送一次当前时刻的功率值，在此实施例中，不对其进行限制。并且，可以预先在计算机中存储光功率损耗值与辐射总剂量之间的线性函数，将光纤的功率损耗作为输入数值，从而计算得到输出的辐射总剂量。此外，还可以预先设置一个预警阈值，在输出的辐射总剂量超出该预警阈值时，向相关工作人员发送预警信号，从而起到实时监测和预警的作用。
39.本实施例所提出的一种在线辐射总剂量检测装置，通过实时检测辐照腔中的光纤的光功率值变化情况，就可以测得当前时刻的光纤接收到的辐射总剂量，进一步地，可以实现辐射剂量的预警功能，使得在检测辐射总剂量达到预警阈值时，发出对应的预警信息。并且，本实施例利用计算机接收光纤的光功率值，计算出光纤的功率损耗情况，利用功率损耗和辐射总剂量之间的线性关系，可以直接得到该光纤目前接收到的辐射总剂量，此过程中的干扰因素较少且计算方法简单快捷，得到的检测结果更加精准。此外，本实施例所提供的检测装置结构简单，在实际应用过程中，只有光纤容易受到辐射损伤，对其余元器件的影响较少，可以通过更换光纤，延长装置的使用寿命。
40.在一种实施例中，参照图2，图2示出了一种辐照腔的实物示意图，如图2所示，所述辐照腔为圆盘状，由上下两面扣合而成，一面为衰减窗，另一面为容纳腔，所述容纳腔中设置有旋涡状的凹槽，所述光纤盘绕固定在所述旋涡状的凹槽中。
41.在本实施例中，可以将辐照腔设置为由上下两面扣合而成，一面为衰减窗，另一面为容纳腔，所述容纳腔中设置有旋涡状的凹槽，使光纤盘绕固定在该凹槽中。由于本实施例利用了光纤辐射损伤原理，在每次检测装置使用后，该装置中的光纤均会产生一定程度的损伤，在下一次使用前，需要对装置中的光纤进行更换，将其更换为相同长度和相同材质的未使用过的光纤。本实施例提出在容纳腔中设置凹槽，将光纤固定在凹槽中的这种固定方式可以保证，每次更换光纤后，光纤都可以以同样的形状和长度固定在辐照腔中。需要知道的是，光纤具有弯曲损耗这一特性，具体的，光纤在弯曲时，其光功率会发生一定程度的损耗，并且，弯曲角度不同，其功率损耗程度不同。考虑到光纤这一特性，本实施例通过在容纳腔中设置凹槽，固定光纤在辐照腔中的形状，避免在光纤更换时发生长度、弯曲形状的改变，从而保证了测得的光功率变化情况的准确性。
42.此外，本实施例将辐照腔设置为圆盘状，所述光纤以旋涡状盘绕在容纳腔中。需要知道的是，光纤在辐照腔内的缠绕方式和弯曲程度对探测精度和探测量程起到关键作用。一方面，将光纤设置为旋涡状，一定程度上控制了其弯曲程度，避免光纤过于弯折，功率损耗过大。另一方面，将辐照腔设置为圆盘状，光纤以旋涡状盘绕在其中，可以提高在辐照腔中的空间占比。通过提高光纤在辐照腔中的空间占比，可以一定程度的缩减辐照腔的体积。辐照腔作为检测探头，体积越小，其应用就越广泛。
43.在一种实施例中，所述旋涡状的凹槽总长度为1m,宽度为1.2mm。在本实施例中通过将凹槽的宽度设置在1.2mm可以用于固定光纤，将凹槽的总长度设置为1m，表示光纤在辐照腔中的总长度为1m，由此可以通过限制凹槽的长度来控制光纤的长度。并且，将光纤的长度设置为1m，便于后续计算光纤的功率变化情况和辐射总剂量。
44.在一种实施例中，参照图3，图3示出了一种辐照腔的结构示意图，如图3所示，所述容纳腔边缘设置有一圈凹槽，所述衰减窗边缘设置有一圈凸台，使得所述衰减窗与所述容纳腔扣合时，所述凸台卡入所述凹槽中，形成一圈密封的金属壁。
45.考虑到当容纳腔和衰减窗进行扣合使用时，由于组件之间的配合精度问题，容易产生缝隙。在辐射环境中，射线和粒子容易直接通过该缝隙进入辐照腔中，进而对光纤造成辐射损伤，这样会导致光纤功率的额外损耗，产生较大的系统误差。在本实施例中，为了解决上述问题，在容纳腔边缘设置有一圈凹槽，在衰减窗边缘的对应位置设置有一圈凸台，由此当两部分扣合时，该凸台可以刚好卡入凹槽中，凸台和凹槽相互配合，在光纤周边形成了一圈密封的金属壁，使得辐射只能经过衰减窗进入光纤，从而避免因为缝隙导致的辐射泄漏问题。
46.在一种实施例中，根据辐射源的能量种类和辐射能量的高低，确定所述衰减窗的厚度，将所述衰减窗设置为面对所述辐射源的方向。
47.在本实施例中，辐射经过衰减窗进入光纤中，由于衰减窗为一定厚度的金属壁，会造成辐射能量一定程度的衰减。需要预先获取辐射源的相关信息，根据相关信息中的辐射源的能量种类和辐射能量的高低，确定衰减窗的厚度，从而保证该衰减窗能够将辐射降低至目标阈值内。具体的，在了解到辐射源的辐射能量较高时，选择厚度较大的衰减窗，在辐射源的辐射能量较低时，选择厚度较小的衰减窗。在实际应用过程中，可以预先测试得到辐射能量与衰减窗厚度的对照表，由此根据对照表选择适合的衰减窗。由此，本实施例通过控制衰减窗的厚度的方法，将衰减窗设置为面对辐射源的方向，使得辐射穿透所述衰减窗时，发生一定程度的衰减，降低至低剂量范围内，再进入辐照腔的光纤中。
48.在一种实施例中，所述辐照腔边缘设置有阶梯式结构的插头，所述屏蔽箱设置有凸出的插槽，所述插头卡入所述插槽中，使得所述辐照腔与所述屏蔽箱紧密连接。
49.在本实施例中，辐照腔设置有插头，屏蔽箱设置有插槽，若插头与插槽直接连接，同样容易产生缝隙，在辐射环境中，同样会导致射线和粒子进入屏蔽箱中，损伤屏蔽箱内的器件和线缆，如光功率计和光源等。为了防止缝隙的产生，将所述辐照腔的插头设置为阶梯式的结构，如图2所示，阶梯式的插头在与屏蔽箱上突出的插槽进行连接时，只有部分插头进入插槽中，剩余部分与插槽外部连接，这样可避免配合缝隙所产生的辐射泄漏。
50.在一种实施例中，所述容纳腔中的旋涡状的凹槽与所述插头连通，所述光纤通过所述插头进入所述屏蔽箱中，分别与所述光功率计和所述光源相连接。在本实施例中，容纳
腔的凹槽与插头是连通的，固定在容纳腔的凹槽中的光纤可以通过连通的部分进入插头，从而从插头与插槽连接的部分进入屏蔽箱中，进而与屏蔽箱中的光功率计和光源相连接。参照图4，图4示出了一种辐照腔和屏蔽箱的连接示意图，如图4所示，该辐照腔的插头与屏蔽箱的插槽相连接，光纤可以通过插头与插槽连接的部分与屏蔽箱中的光功率计和光源相连接。在另一种实施例中，可以将辐照腔与屏蔽箱分开设置，使光纤通过金属管从辐照腔连接至屏蔽箱中，金属管用于隔离辐射，保护光纤。
51.在一种实施例中，所述屏蔽箱的两侧面板和顶部面板分别设置有凸台，使所述屏蔽箱的内部形成密闭空间。
52.参照图5，图5示出了一种屏蔽箱的结构示意图，如图5所示，图(a)为所述屏蔽箱的前面板视角，图(b)为所述屏蔽箱的后面板视角。该屏蔽箱由六块面板组成，若将矩形的面板直接组合，则面板之间容易产生缝隙，在辐射环境中，辐射粒子容易通过缝隙进入屏蔽箱中，对屏蔽箱中的器件和线缆造成损伤。本实施例通过在两侧面板和顶部面板分别设置凸台，使得凸台部分可以遮挡住缝隙，使面板组合紧密，避免辐射泄漏。
53.在一种实施例中，所述屏蔽箱背部设置有迷道式窗口，所述线缆一端连接所述光功率计，另一端通过所述迷道式窗口连接至所述计算机。在本实施例中，如图5中的(b)图所示的屏蔽箱的后面板视角，在屏蔽箱背部设计有线缆连接窗口，为了防止辐射从此通道进入屏蔽箱内部，本实施例参考迷道结构设计出迷道式窗口，使屏蔽箱不与外界环境直接连通，使线缆需要经过弯曲的折道，转弯后再连通至外界，该窗口为类似迷道的结构，是由于辐射属于射线，不能弯曲，所以不能通过迷道式窗口进入屏蔽箱内。将连接光功率计的线缆通过该迷道式的窗口连接至计算机，从而将光功率计计算得到的光纤功率数值传输至计算机。
54.在一种实施例中，所述线缆通过金属管道连接至所述计算机。在本实施例中，通过设置金属管道，使金属管道连接屏蔽箱的迷道式窗口和计算机，线缆穿过该金属管道，完成信号传输，从而避免线缆暴露在辐射环境中，产生辐射损伤。
55.在一种实施例中，所述光纤以螺旋缠绕的方式，设置于所述辐照腔中。
56.参照图6，图6示出了一种辐照腔的内部结构示意图，如图6所示，光纤可以不仅仅是以上述实施例中所说明的漩涡状，盘绕固定在辐射腔中，所述光纤还可以按照螺旋缠绕的方式，设置于所述辐照腔中。
57.在本实施例中，在辐照腔中设置一圆柱体形状的内芯，使光纤螺旋缠绕在该内芯上。对应地，为了尽可能地减小辐照腔的体积，扩大应用范围，可以将辐照腔设置为比内芯直径较大的圆筒状。筒壁为衰减层，能够对接收到的辐射进行衰减，使内部的感生光纤接收到的辐射在低剂量范围内。具体的，该辐照腔主要由顶盖、圆筒状的衰减层、圆柱形的内芯、光纤、尾纤屏蔽层和底座构成。光纤的两端进入尾纤屏蔽层中，该尾纤屏蔽层由较厚的金属材质构成，起到隔离作用，减小辐射对光纤尾部的影响。底座中设置有两个fc/pc接头的光纤耦合器，用于连接传入和传出的光纤，分别用于连接光源和光功率计。具体的，该底座可以直接与屏蔽箱相连，也可以通过金属管与屏蔽箱相连。在此实施例中不对其进行限制。
58.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
59.尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知
了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。
60.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
61.以上对本实用新型所提供的一种在线辐射总剂量检测装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。