一种α、β平面源检测试验装置的制作方法

一种
α
、
β
平面源检测试验装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种α、β平面源检测试验装置，属于质量检测技术领域。


背景技术：

2.α、β放射性平面源在核技术应用、环境检测、检验检疫、公共卫生等系统有较多的应用，具有确定的表面发射率（或放射性活度）量值的α、β放射性平面源被称为标准平面源，是常用的放射性活度测量参考标准之一。
3.近年来随着我国核技术应用的日益广泛，尤其是核电的高速发展，包括放射性平面源在内的各种放射源的使用也明显增加，放射源的质量管理也显得越来越重要，由于无相应的商品化仪器，自行研制也存在较大的技术难度，因而目前我省各计量技术机构均未建立2πα、2πβ粒子发射率标准装置。
4.中国计量科学研究院、中国测试技术研究院等少数专业机构对流气式大面积多丝正比计数器开展研究，但是这些装置的技术性能与特点各有所不同，早期制作的多丝正比计数器大多以纯甲烷为工作气体，工作时耗气量低，但由于甲烷是易燃气体，使用时对安全保障要求高。
5.根据市场上的粒子发射率装置多丝正比探测器调研，测量2πα/2πβ粒子发射率装置全部采用多丝正比计数器作为探测器，它们都属于流气式探测器，将铍铜丝与镀金钨丝封装在测量腔体里面，引出两个电极，一端为阳极，一端为阴极，当α、β粒子在测量腔体内，因为腔体内有电场，利用氩甲烷气体产生了雪崩和淬灭，这样就产生了核脉冲，核脉冲在经过处理进入计数器，完成了整个的测量过程。
6.试验装置对α、β粒子的探测效率与多丝室内工作气体的浓度相关，工作气体浓度保持在饱和状态下就能确保探测效率的稳定，多丝室内工作气体的浓度受到气体向外泄漏与注入量两个因素的影响，当注入量大于等于泄漏量时，气体浓度就能保持稳定，所以简单的方法就是在装置工作时保持较大的气流，但耗费大量工作气体，大大增加了运行成本，也影响实验室环境。同时，传统的铅室屏蔽体，设备笨重，不利于运输、安装、调试。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种α、β平面源检测试验装置，采取的解决方案是优化内部结构设计，将多丝正比室分作上下两部分，分别整体加工，合起来形成一个长方体，样品托盘采用抽屉状设计，试验装置除正面可开启样品抽屉外，其余部分均密闭，使多丝正比室在工作状态下形成相对密封的环境，尽量减少多丝正比室内工作气体的泄漏，实现在微气流下正常稳定的运行。其具体技术方案如下：
8.一种α、β平面源检测试验装置，包括多丝正比计数器、测控系统和气流系统，所述测控系统包括程控高压电源、前置放大器、主放大器、甄别器、计数器、fpga现场可编程门阵列、单片机和pc计算机，所述多丝正比计数器为腔体结构，所述多丝正比计数器的腔体内通过气流系统充满工作气体，带电α、β粒子通过工作气体后形成脉冲信号，依次经过前置放大
器、主放大器、甄别器、计数器和fpga的反符合处理后，最后送到单片机进行处理。所述测控系统采用单片机技术，测控一体操作简单、使用方便；所述程控高压电源和甄别器通过pc计算机的程序控制，连续可调；通过fpga现场可编程门阵列对脉冲信号进行快速反符合处理，稳定可靠。
9.只有当腔体内气体达到饱和浓度后，所述试验装置的探测效率才能保持稳定。因此，工作时需要不间断的补充工作气体，通常情况下从开始测量至达到稳定计数需要较长时间，耗气量大，样品测量成本很高。研制探测效率高、稳定性好的大面积流气式多丝正比计数器是试验装置最主要的技术研究内容。所述多丝正比计数器是本试验装置的主要探测器，包括上框、中框和下框，所述上框、中框和下框均以整块铝合金材料加工而成，具有较高的强度。所述上框和中框密封形成主探测器腔室，所述中框和下框密封形成反符合探测器腔室，所述主探测器腔室和反符合探测器腔室内部相互贯通，且皆设置有多丝正比室，所述中框内设置有样品抽屉。
10.进一步的，所述气流系统包括进气端和排气端，所述进气端设置有气瓶和进气阀，所述排气端设置有真空泵和和排气阀，所述测控系统通过气路控制板控制气流系统。所述上框设置有连接排气端的排气口，所述下框设置有连接进气端的进气口，所述进气口内部作气流多点分散注入设计，以利于快速扩散均匀。所述样品抽屉关闭后，当排气口与真空泵连接时，所述多丝正比计数器呈全密封状态，以避免工作期间气体的泄漏损失；当排气口与真空泵断开连接时，可向外排放气体。
11.为了减少宇宙高能射线对测量数据的影响，本试验装置采用反符合技术，内部设计了两个结构完全一样的多丝正比室，一个做为主探测器，一个做为反符合探测器，两个腔室上下对称，因此电气性能也完全一致。工作气体首先通过进气口进入反符合探测器腔室，然后通过内部气路进入主探测器腔室，最后经排气口排出。
12.通常注入工作气体、排除空气、使p-10气体达到饱和浓度都需要较长的时间，为此本试验装置的气流系统加入了抽气与送气双路设计。开机前通过真空泵快速抽空多丝正比室内的空气，在压差下工作气体快速注满，随后装置即可在微气流下稳定运行；微小气流注入相对于大气流不利于快速扩散均匀，由此对多丝正比室内作多点分散注入气路设计。气流系统设计的改进大大缩短了等待时间，提高了工作效率，也减少了工作气体的消耗。
13.进一步的，所述多丝正比计数器设置多个传感器，包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，可以保证测量条件的一致性，多个所述传感器通过传感器信号调理电路和adc模拟数字转换器与测控系统连接。
14.进一步的，所述多丝正比室包括阳极丝框架和安装在其表面的阴极丝衬板，所述阴极丝衬板缠绕有等间距、等拉力的铍铜丝，所述阳极丝框架内贯穿设置有等距离平行排布的镀金钨丝，所述铍铜丝和镀金钨丝呈垂直分布。
15.进一步的，所述阳极丝框架的两侧开设有若干组相对的阳极丝孔，所述镀金钨丝穿过一组相对的阳极丝孔固定在阳极丝框架内。
16.进一步的，所述阳极丝框架外侧开设有走线槽，用于引出镀金钨丝。
17.进一步的，所述工作气体采用由90%的氩气和10%的甲烷组成的p-10气体，与纯甲烷相比，安全性相对较高。
18.进一步的，所述中框设置有固定样品抽屉的栓扣，且容纳样品抽屉的开口处设置
有密封圈。
19.当带电α、β粒子通过工作气体时，在其经过的路径上和工作气体的原子的轨道电子发生库仑作用，它本身会损失一部分能量，而工作气体的原子则会产生电离或激发作用。电离作用使轨道电子获得能量克服原子的束缚而成为自由电子，形成电子-离子对，这种直接作用产生的电子-离子对称为原电离。原电离产生的带电粒子在电场作用下，向两极漂移。在漂移过程中，由于电场加速，电子获得能量，并不断和气体分子发生碰撞，引起离子增殖并被阳极收集，从而在镀金钨丝上形成离子脉冲信号，该信号经过放大、甄别及成型等测控系统的处理后转换为仪器测量的计数，仪器的计数与入射粒子数量之比即为仪器的探测效率，当每一个入射粒子都被记录时，可实现绝对测量。探测效率与工作电压、增益、甄别阈等直接相关，在设定的工作条件下，以确定量值的α、β标准平面源准确测定刻度仪器的探测效率后，可作为放射性活度测量仪器。
20.本实用新型的有益效果是：
21.本实用新型的工作气体采用氩-甲烷气体，与纯甲烷相比，安全性相对较高。多丝正比室采用抗压密封结构、多点分散注入气路设计和抽气与送气双路设计，能够完成抽真空、快速充气和微气流运行，缩短了样品测量从仪器充气至达到稳定计数的时间，使得工作气体的消耗大幅度降低，从而显著降低运行成本、提高工作效率。
22.本实用新型的多丝正比室采用主探测和反符合探测的双探测器结构设计，代替传统的主探测加铅室屏蔽体的设计方式，使整个设备的重量大幅度减轻，方便运输、安装及调试，从而显著降低运行成本、提高工作效率。
附图说明
23.图1是本实用新型的组成框图；
24.图2是本实用新型的多丝正比室的结构示意图；
25.图3是本实用新型的多丝正比计数器的结构示意图；
26.图中：1-上框，2-中框，3-下框，4-多丝正比室，41-阳极丝框架，42-阴极丝衬板，43-铍铜丝，44-镀金钨丝，45-走线槽，5-样品抽屉，6-栓扣，7-排气口，8-进气口。
具体实施方式
27.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
28.本实施例包括多丝正比计数器、测控系统和气流系统，如图1所示，测控系统包括程控高压电源、前置放大器、主放大器、甄别器、计数器、fpga现场可编程门阵列、单片机和pc计算机。程控高压电源与前置放大器相连，为装置提供电源。单片机通过dac数字模拟转换器与程控高压电源和甄别器连接，通过rs485/usb接口连接pc计算机，单片机还设有与其连接的flash存储器和rtc实时时钟。多丝正比计数器为腔体结构，多丝正比计数器的腔体内通过气流系统充满工作气体，工作气体采用由90%的氩气和10%的甲烷组成的p-10气体，与纯甲烷相比，安全性相对较高。只有当腔体内气体达到饱和浓度后，试验装置的探测效率才能保持稳定。带电α、β粒子通过工作气体后形成脉冲信号，依次经过前置放大器、主放大器、甄别器、计数器和fpga的反符合处理后，最后送到单片机进行处理。测控系统采用单片
机技术，测控一体操作简单、使用方便；程控高压电源和甄别器通过pc计算机的程序控制，连续可调；通过fpga现场可编程门阵列对脉冲信号进行快速反符合处理，稳定可靠。
29.多丝正比计数器是本试验装置的主要探测器，如图3所示， 包括上框1、中框2和下框3，上框1、中框2和下框3均以整块铝合金材料加工而成，具有较高的强度。上框1和中框2密封形成主探测器腔室，中框2和下框3密封形成反符合探测器腔室，主探测器腔室和反符合探测器腔室内部相互贯通，且皆设置有多丝正比室4，中框2内设置有样品抽屉5。中框2设置有固定样品抽屉5的栓扣6，且容纳样品抽屉5的开口处设置有密封圈。
30.气流系统包括进气端和排气端，进气端设置有气瓶和进气阀，排气端设置有真空泵和和排气阀，测控系统通过气路控制板控制气流系统。上框1设置有连接排气端的排气口7，下框3设置有连接进气端的进气口8，进气口8内部作气流多点分散注入设计，以利于快速扩散均匀。样品抽屉5关闭后，当排气口7与真空泵连接时，多丝正比计数器呈全密封状态，以避免工作期间气体的泄漏损失；当排气口7与真空泵断开连接时，可向外排放气体。多丝正比计数器设置有多个传感器，包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，可以保证测量条件的一致性，多个所述传感器通过传感器信号调理电路和adc模拟数字转换器与测控系统连接。
31.为了减少宇宙高能射线对测量数据的影响，本实施例采用反符合技术，内部设计了两个结构完全一样的多丝正比室，一个做为主探测器，一个做为反符合探测器，两个腔室上下对称，因此电气性能也完全一致。工作气体首先通过进气口进入反符合探测器腔室，然后通过内部气路进入主探测器腔室，最后经排气口排出。
32.通常注入工作气体、排除空气、使p-10气体达到饱和浓度都需要较长的时间，为此本试验装置的气流系统加入了抽气与送气双路设计。开机前通过真空泵快速抽空多丝正比室内的空气，在压差下工作气体快速注满，随后装置即可在微气流下稳定运行；微小气流注入相对于大气流不利于快速扩散均匀，由此对多丝正比室内作多点分散注入气路设计。气流系统设计的改进大大缩短了等待时间，提高了工作效率，也减少了工作气体的消耗。
33.如图2所示，多丝正比室4包括阳极丝框架41和安装在其表面的阴极丝衬板42，阴极丝衬板42缠绕有等间距、等拉力的铍铜丝43，阳极丝框架41内贯穿设置有等距离平行排布的镀金钨丝44，铍铜丝43和镀金钨丝44呈垂直分布。阳极丝框架41的两侧开设有若干组相对的阳极丝孔，镀金钨丝44穿过一组相对的阳极丝孔固定在阳极丝框架41内。阳极丝框架41外侧开设有走线槽45，用于引出镀金钨丝44。
34.先将铍铜丝43的一端固定在阴极丝衬板42上，然后开始反复等间距、等拉力地缠绕在阴极丝衬板42上，将铍铜丝43的另一端固定在阴极丝衬板42上。本实施例缠绕26个来回，即做好的铍铜丝43呈26条，将做好的阴极丝衬板42放置于没有灰尘的厌氧箱中，此时探测器的阴极制作完毕。
35.接下来制作阳极：
36.将阳极丝框架41放置在水平桌面上，再将阳极丝孔上面镶嵌入铜管，其直径与阳极丝孔紧配，长度与阳极丝框架41壁厚一致，此时阳极丝框架41准备完毕。
37.下一步准备将镀金钨丝44固定在阳极丝框架41上：首先将镀金钨丝44从阳极丝孔的一端穿入，从另外一端穿出，此时在阳极丝框架41外剪断镀金钨丝44，将两个10g砝码固定在镀金钨丝44的两端，用以拉直镀金钨丝44，此时用焊锡将镀金钨丝44与铜管下阳极丝
框架41外侧焊接，要求焊点圆润，焊接好后剪掉，阳极的第一根镀金钨丝44制作完成，重复上面的操作，直至完成七根镀金钨丝44的固定。
38.接下来用特氟龙耐高压线将固定有镀金钨丝44的铜管分别在阳极丝框架41两侧连接起来：将特氟龙耐高压线的两端分别与相邻的两个铜管焊接即可，焊接好后将阳极丝框架41上的每个焊点都涂上环氧树脂，防止受潮产生电火花，此时阳极制作完成。
39.将做好的阴极丝衬板42用螺丝固定在阳极丝框架41上，从走线槽45引出镀金钨丝44，从阴极上引出铍铜丝43，给后端电子学使用，本实施例的探测器组装完毕。
40.当带电α、β粒子通过工作气体时，在其经过的路径上和工作气体的原子的轨道电子发生库仑作用，它本身会损失一部分能量，而工作气体的原子则会产生电离或激发作用。电离作用使轨道电子获得能量克服原子的束缚而成为自由电子，形成电子-离子对，这种直接作用产生的电子-离子对称为原电离。原电离产生的带电粒子在电场作用下，向两极漂移。在漂移过程中，由于电场加速，电子获得能量，并不断和气体分子发生碰撞，引起离子增殖并被阳极收集，从而在镀金钨丝44上形成离子脉冲信号，该信号经过放大、甄别及成型等测控系统的处理后转换为仪器测量的计数，仪器的计数与入射粒子数量之比即为仪器的探测效率，当每一个入射粒子都被记录时，可实现绝对测量。探测效率与工作电压、增益、甄别阈等直接相关，在设定的工作条件下，以确定量值的α、β标准平面源准确测定刻度仪器的探测效率后，可作为放射性活度测量仪器。
41.通过本实施例可以实现不同探测面积粒子发射率装置多丝正比探测器的制备，对以后的技术拓展有着重要的实际意义。安装、操作简单，符合jjg788《α、β标准平面源》检定规程对检测设备的技术要求。
42.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容。