专利名称：中、高能X、γ辐射成像阵列电离室探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中、高能χ、γ辐射成像阵列电离室探测装置，属核技术应用领域。
中国专利93102728.4公开了一种气体电离型高能χ、γ辐射成像阵列探测装置。该装置由安装在一支架上的多个高气压阵列电离室单元组成。每个电离室单元包括耐压密封外壳、电极系统以及充入其中的高压气体。每个电离室单元对射线源的张角小于2°，其中电极系统的各个电极为平行于射入此电离室单元内的χ、γ光子的平均行进方向。由各阵列电离室单元组合而成的探测装置对射线源的总张角所限定的射线照野，应能完全包容被检客体。
这种探测装置信号动态范围大，探测效率与灵敏度高，可靠性及耐辐照性好，工作寿命极长，能够满足集装箱等大型客体χ、γ辐射成像检测系统的各项要求。但是，它还存在一定的局限性。
此种阵列探测装置的主要局限在于它的各个阵列电离室单元对射线源的张角均不超过2°。这使得在实现数十度张角的照射野时，组成探测装置的阵列电离室单元的数目要相当多。特别是在使用γ放射性同位素辐射源时，探测装置与射线源的距离近，所用照射野的张角可大到60°以上，则所需阵列电离室单元的数目将更多。这就显著增大了探测装置制造的工作量与成本，同时，也增加了安装、调整时的难度。
本实用新型的目的是在上述装置的基础上进行一些重要的改进，使能明显扩大探测装置中各阵列电离室单元的规模以及对射线源的张角，从而显著减少组成探测装置的阵列电离室单元数目，以降低制造成本与简化调整，安装工作。
本实用新型由安装在一支架上的多个阵列电离室单元组成。阵列电离室单元由栅格状耐压密封壳体及多个电极系统构成。栅格状壳体为一密封结构，前端为χ、γ射线入射窗，后端板上焊接有用作电极引线端的金属—陶瓷熔封绝缘子及排气、充气管，其内部有若干焊接在左、右侧板之间，呈对准射线源的向心排列方式栅格隔板，将壳内空间分隔成若干腔室。在栅格状密封壳体的各个腔室内，分别安置着各个由长条形收集极与高压极组成的电极系统。在同一密封壳体内由栅格隔板隔开的各个电极系统按扇形排列，使其中心轴线各自对准射线源。当电极系统中的全部电极为相互平行时，各电极系统对射线源的张角均不超过2°。阵列电离室单元由各电极系统组合成的灵敏区对射线源的张角将≥2°，可达到4°、8°或更大，明显扩大了阵列电离室单元的规模，从而将减少组成整个探测装置所需的阵列电离室单元数，甚至可能使整个探测装置由一个阵列电离室单元组成。
本实用新型的优点减少电离室探测装置所需的阵列电离室单元的数目，简化了调整、安装的操作，大大降低了成本。
说明附图如下
图1为本实用新型的阵列电离室单元结构示意图。
图2为栅格状密封壳体的结构示意图。
图3为栅格状密封壳体中的栅格隔板与左右侧板的焊缝结构示意图。
图4为本实用新型的相邻二阵列申离室单元配合安装的情况。
图5将本实用新型应用于以60Co为γ射线源的集装箱检测系统中的实施例。
以下结合附图详细介绍本实用新型的内容。
图1中1与5是阵列电离室单元密封壳体的上、下边板；3与6是壳体的左、右侧板；2是焊接在左、右侧板(3、6)间的栅格隔板，4是密封壳体的χ、γ射线入射窗；7是由长条形电极构成的电极系统；8是密封壳体的后端板，其上焊接有排气、充气管9及多个金属—陶瓷熔封绝缘子10。图5中11是射线源与前准直器；12是被测客体(如集装箱)；13是后准直器；14是本实用新型。
如图1所示，本实用新型的中、高能χ、γ辐射成像探测装置所包含的阵列电离室单元由栅格状密封壳体与多个电极系统7构成。
如图1、图2所示栅格状密封壳体由上、下边板1，5，左、右侧板3，6，χ、γ射线入射窗4，后端板8以及排气、充气管9与金属—陶瓷熔封绝缘子10用氩弧焊方法焊接而成，具有良好的气密性(总泄漏小于1×10-7帕斯卡，立升/秒)及耐压强度能承受1×107帕斯卡气压)。焊接在左、右侧板3，6间的栅格隔板2按扇形向心分布，均对准射线源，并将密封壳体内分隔成若干腔室。栅格隔板2为加工有联通孔洞的金属板，也可以是由多个相互有一定间距的窄金属板或条构成的栅栏形隔板。在密封壳体内栅格隔板2由于其两侧的气压值相等而只承受拉伸应力。在充气情况下，加在左、右侧板3，6上的压力由上、下边板1，5与各栅格隔板2共同承受。因此，在保证密封壳体足够承压强度的前提下，边板1，5与栅格隔板2的厚度能够小到使其而产生的“探测死区”均明显小于阵列电离室的“象素尺寸”。
如图1所示，本实用新型的阵列电离室单元内包含多个电极系统7，分别安置在密封壳体内由栅格隔板2隔开的各个腔室之中。各电极系统7均由装在电极支架上的多个长条形金属电极组成。金属电极分收集极与高压极两种，相互交错地排列。每一个收集极及与之相对的高压极构成一个象素电离室元，因而电极系统所包含象素电离室元数就是其中的收集极数。入射χ，γ射线在象素电离室元的极间气体中产生电离，并在极间电场作用下产生反映该象素电离室元所在处辐射强度的输出信号。各收集极分别通过焊接在后端板8上的各个金属—陶瓷熔封绝缘子10引出输出信号。各高压极是相互并联的，所加工作电压也通过焊接在后端板8上的另几个金属—陶瓷熔封绝缘子引入。
当电极系统7的全部电极为相互平行时，所平行的方向就是射入此电极系统的χ、γ光子的平均行进方向。这时，各电极系统对射线源的张角均应小于2°，以避免各象素电离室元的探测性能差异过大。这同样也就是对密封壳体内各栅格隔板分布密度的要求。密封壳体各腔室内的电极系统呈扇形向心分布，各电极系统的中心轴线均对准射线源。由此，阵列电离室单元灵敏区对射线源的张角(由其中各电极系统7的张角叠加而成)将明显≥2°，但各象素电离室元探测性能的差异却并不大。
如果采用复杂的加工技术而使得电极系统7的各个电极呈扇形向心分布，均对准射线源，则电极系统7对射线源的张角可≥2°。此时阵列电离室单元密封壳体中栅格隔板的分布密度仅由密封壳体的耐压强度决定，其所隔开的腔室对射线源的张角也同电极系统一样可≥2°。这样可减少密封壳体内的隔板2数，但由于当射线源与探测装置距离达数公尺或更大时，实现电极系统内各电极的扇形向心分布是相当困难的，这将会导至成本的明显提高。
如前所述，本实用新型探测装置的阵列电离室单元密封壳体为全焊接结构。为保证强度，应采用氩弧焊、电子束焊等熔焊方法以及使用银基、金基焊料等高强度的钎焊方法来焊接。一般，隔板2、边板1，5、入射窗4及后端板8间均采用氩弧焊接。为避免焊接变形，栅格隔板2同侧板3，6间的焊缝结构设计为如图3所示。进行氩弧焊时可不填焊料，直接将隔板2同侧板3或6上加工出的凸缘熔焊在一起。这种焊法的焊接电流小，不易发生焊接变形，已被实践证明可行。
与栅格隔板2不同，上、下边板1，5不仅承受拉伸应力，而且由于其两侧的气压不同而承受相当大的侧压力。为减小因侧压力而造成的膨胀形变，上。下边板1，5的厚度要足够大。但是，这会导至两个阵列电离室单元之间因上、下边板1，5厚度造成的“探测死区”变大。为此，将下、下边板设计、加工成其外表面上有一系列条形锯齿状凸起。这时，上、下边板的耐压强度主要决定于带锯齿和凸起边板1，5的总厚度。但是当二个阵列电离室单元叠装在一起时，它们的相邻的上、下边板的锯齿状凸起是相互错开的。因此，如图4所示，二阵列电离室单元之间由于上、下边板造成的“探测死区”将显然小于边板厚度的两倍值。采用此种上、下边板形状设计，可在保证相同耐压强度的条件下，缩小相邻阵列电离室单元之间的“探测死区”。
如图5所示60Coγ射线集装箱检测系统中应用本实用新型的实施例。此检测系统中探测装置灵敏区对射线源的总张角达到60°或更大。按本实用新型设计各阵列电离室单元的耐压密封壳体由三块栅格隔板分为四个腔室。每个腔室内装有一个包含16个像素电离室元的电极系统，其中各电极均相互平行，它对射线源的张角约为1°。各阵列电离室单元中的四个电极系统按扇形向心排列，各自的中心轴线分别对准射线源。各阵列电离室单元灵敏区对射线源的张角约为4°，共包含64个像素电离室元。由于栅格隔板上有联通孔洞，各阵列电离室单元的排气、充气过程是一次完成的，密封壳体各腔室内的工作气体均处于同样的压强之下。在技术更为熟练后，可将各阵列电离室单元灵敏区对射线源的张角增大到8°(所包含的像素电离室元总数将增加到128个)，或更大。
这种阵列电离室探测装置已经实现并成功应用于清华大学核研院研制的60Coγ射线集装箱检测系统。
本实用新型除应用于集装箱等大型客体的数字辐射成像检测系统外，也可应用于汽车曲轴等工业另部件的数字辐射成像无损检测系统。
权利要求1.一种中、高能χ、γ辐射成像阵列电离室探测装置，由安装在一个支架上的多个阵列电离室单元组成，其中电离室单元由壳体和电极系统组成，其特征在于所述的壳体为栅格状耐压密封结构，前部为χ、γ射线入射窗，后端焊接有用作电极引线端的金属—陶瓷熔封绝缘子及排气、充气管；所述壳体左、右侧板之间设置有对准射线源呈向心排列形式的栅格隔板，上述隔板将壳体内部分隔成若干腔室，所述的电极系统分别安置在上述腔室内；电极系统中的电极相互平行，各电级系统呈扇形向心分布，使其中心轴线各自对准射线源，各电极系统对射线源的张角小于2°。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的栅格隔板为装有联通孔的金属板和由多个相互有一定间距的窄金属板或金属条构成的栅栏形金属板中的任何一种。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的壳体的上、下边板外表面具有一系列条形锯齿状突起。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述的栅格隔板与两侧板间的焊接为不填焊料的焊缝结构。
专利摘要一种中、高能X、γ辐射成像阵列电离室探测装置,属核技术应用领域。该探测装置由安装在一支架上的多个阵列电离室单元组成。每个阵列电离室单元由栅格状耐压密封壳体以及安置在该壳体各腔室内的各个电极系统构成。在同一阵列电离室单元的密封壳体中,由栅格隔板隔开的各个电极系统按扇形排列,其中心轴线各自对准射线源。当各电极系统中的电极片相互平行时,它们对射线源的张角不超过2°。每个阵列电离室单元灵敏区对射线源的张角为其中各电极系统对射线源张角之和,可明显大于2°。
文档编号G01T1/185GK2285905SQ97200610
公开日1998年7月8日 申请日期1997年1月17日 优先权日1997年1月17日
发明者安继刚, 邬海峰, 周立业 申请人:清华大学