电子束和β射线两用外推电离室的制作方法

专利名称:电子束和β射线两用外推电离室的制作方法
本发明属于辐射剂量学，它是测量电子束和β射线在物质表面和深部剂量的次级标准仪器。
外推电离室是一台电离空腔大小可变的平行平板电离室，它根据布喇格-格雷公式，通过测量电子束或β射线在不同大小电离空腔内所产生的电离电流，借助于两个外推(体积外推，窗厚外推)能够准确、方便、可靠地测量出电子束或β射线在物质表面和深部的吸收剂量。由于目前还没有一个能表示电子束或β射线剂量率随物质深度而变化的统一的理论公式，所以靠实验测定电子束或β射线在物质里的剂量分布是重要的工作，而外推电离室是这方面剂量工作的标准仪器。世界上作为剂量标准仪器的外推电离室基本上是单一的电子束外推电离室或者是β射线外推电离室(精度在1%以内)，也有β射线、α射线、软X射线兼容的外推电离室。我国目前仅有单一的β射线外推电离室(精度在2%～3%)，尚无测电子束的外推电离室。与本发明相近的技术资料主要有下列几篇1.Loevinger，R.，andTrott，N.G.(1965).DesignandOperationofanExtrapolationchamberWithRemovableElectrodes.(电极可拆装的外推电离室的设计和操作)。IntermationJournalofAppliedRadiationandIsotopes.17.103.
2.Markus，B.Einepolarisierungseffekt-freieGraphit-DoppelextrapolationskammerzurAbsolutdosimetrieschnellerElektronen.(用作高能电子绝对剂量计的无极化石墨双外推电离室)。Strahlentherapie150(1975)307-320(NI3)。
本发明的目的是为了解决国内尚无法精确测定电子束在物质表面及深部吸收剂量分布问题;对β射线的同位素进行表面剂量率的测定工作。
电子束和β射线两用外推电离室既能测电子束剂量又能测β射线剂量，是一种经济实用的辐射剂量仪器。电子束和β射线两用外推电离室主要由等效电离空腔、机械传动系统、载片转盘、测温系统和主体外壳五部分组成，第一部分为等效电离空腔部分，等效电离空腔〔23〕主要由活动下电极〔1〕、等效环〔11〕、窄边绝缘环〔2〕和前壁上电极〔3〕围绕组成。活动下电极分为收集极〔4〕和保护极〔5〕两部分，它们之间用琥珀或有机玻璃隔开，与人体组织等效的聚苯乙烯活动下电极，则是用车床在其表面导电膜上开一个宽为0.6mm的槽沟把收集极和保护极分开。本发明将活动下电极与其金属托盘〔7〕的连接，由螺钉固定式改为紧配合插入式，并将活动下电极的电缆〔8〕从金属托盘侧壁下方的豁口〔9〕引出，连到电离电流输出插座上〔6〕。这样就能根据实验的要求，方便地拆换上各种规格的活动下电极，准确地确定其安装位置。关于活动下电极的表面导电层，本发明对半导体硅采用真空溅射的方式形成一层碳膜，而对聚苯乙烯仍然采用真空蒸镀的方法镀碳膜。电子束和β射线两用外推电离室的一个特点是等效环〔11〕可更换。为了适应不同射线和不同被测材料对等效电离空腔的不同要求，等效环的厚度及材料也随之更换。为了将微型温度测量探头〔10〕安放在等效电离空腔〔23〕内部，在等效环内壁中部开有能放置微型测温探头的槽孔。为了防止在测电子束剂量时，前壁上电极高压〔3〕和等效环〔11〕间的空气隙击穿，对导体或半导体材料的等效环要把其上部边缘的棱角磨成园弧状，其磨园程度视加在前壁上电极的最高电压而定，除磨园以外，还要在等效环上平面粘上与之形状相同的高绝缘薄垫圈〔25〕，该垫圈由聚酯薄膜或云母片及其他绝缘材料制成。在等效环外园壁上套有高出等效环上平面各种不同厚度的窄边绝缘环〔2〕，其作用是限制活动下电极和窗口〔12〕间的最小平行间隙，而且支承着前壁上电极〔3〕。由于电子束和β射线对活动下电极与窗口间的最小平行间隙有不同的要求，根据需要改换套在等效环〔11〕上的绝缘窄环〔2〕是一个重要的措施。本装置绝缘窄环用有机玻璃精加工而成，其厚度的误差小于1丝米。前壁上电极是用0.75mm的铝箔或镀铝的聚苯乙烯薄膜，紧贴在内径大于绝缘窄环的铜环〔13〕上并悬放在绝缘窄环上，铜环通以高压，对应于等效环内园上的前壁上电极又称为电子束和β射线两用外推电离室的窗口〔12〕。石墨材料前壁上电极是厚度为2.19mm的石墨片。目前电子束和β射线两用外推电离室已制备好的等效电离空腔材料为硅、聚苯乙烯和石墨，每套都含有直径为1mm、3mm、10mm和30mm四种不同收集极的活动下电极，所有活动下电极的总直径均是50mm，石墨和人体组织等效电离空腔满足15meV以下电子束辐照的需要，硅等效电离空腔满足2meV以下电子束的辐照需要，所测剂量率在107拉德/小时以下。其次是电子束和β射线两用外推电离室的机械传动系统，是由步进电机甲〔14〕驱动蜗轮蜗杆〔15〕，带动一套螺距为0.5mm的千分卡螺杆组件〔16〕，最后通过金属托盘推动活动下电极沿等效环内壁相对于窗口上下移动，其移动的总行程为20mm，在总行程中的误差小于1丝米，重复精度小于3μm，活动下电极和前壁上电极不平行度小于0.1度。金属托盘也可以由步进液压装置直接推动。第三，电子束和β射线两用外推电离室有一个载片转盘〔17〕，该盘安装在窗口〔12〕上方，其主要作用是利用载片转盘所载的各种不同厚度的材料片，自动改变窗口的厚度，使仪器能连续测量不同厚度下的吸收剂量率，以使外推出材料表面的剂量率。载片转盘用金属材料制成，也可以用有机材料制成，要求其平整度小于0.3mm，并且还要在载片转盘的四周加工有4个或4个以上的二阶台载片孔〔24〕，每个孔的直径和窗口的直径相同，而且在盘转动时各孔依次和窗口同心。载片转盘的厚度根据电子束的能量而定，以刚能阻止全部电子通过为限。载片转盘和窗口平行距离可调节，并用特制的螺帽〔18〕将调节好的距离锁定。在计算剂量率时载片转盘和窗口平行距离所造成的误差可给予修正。载片转盘由安装在中筒〔19〕壁上的步进电机乙〔20〕转动，也可以用其他能控制转角的动力设备转动，在测β射线时可人工手动。第四，电子束和β射线两用外推电离室，采用微型温度测量探头〔10〕在等效电离空腔〔23〕内部测量电离空气的温度，这一点特别值得注意，因为测电子束时剂量率较高，在等效电离空腔里引起的温升较大，有时达5～6℃，一般外推电离室用实验室的温度代替空腔里的温度，这对实验结果会造成一些误差，采用腔内测温后这一误差就可克服。当然这种放在等效电离空腔内的微型测温探头抗辐射能力要强，在累积剂量为108拉德时灵敏度仍能保持在0.1℃左右，整个测温系统的测温误差小于0.2℃。在本装置中微型测温探头采用本研究所研制的抗辐射热敏电阻，也可以采用微型的白金电阻测温探头。第五，电子束和β射线两用外推电离室的主体外壳，是由多功能的底座〔21〕与一个拆卸方便的中筒两部分紧配合而成，中筒除了起支承载片转盘〔17〕、等效环〔11〕和传动螺杆组件〔16〕外，对活动下电极的引出电缆〔8〕还起着屏蔽作用。底座除了起支承仪器中筒外，本身还带有准直套筒〔22〕，能使螺杆在移动时保持好的平行度。安在底座上的步进电机甲〔14〕是整个仪器的动力装置。
电子束和β射线两用外推电离室外形美观、结构合理、加工精密，采用各种标准件组件装配而成，精度也容易达到设计要求。电子束和β射线两用外推电离室可以和微型机及其他电测仪器连接，形成自动剂量测试系统，能迅速收集实验数据，在线或离线处理实验数据，绘出电子束或β射线在各种物质表面和深部的剂量分布曲线，精确打印出有关的数据。本发明与已有技术相比具有下列优点1.既可测电子束又可测β射线在物质的表面和深部的剂量分布。
2.等效电离空腔可拆换，能测定电子束或β射线在多种物质里剂量率随深度的变化。
3.在等效电离空腔内部测量电离空气的温度，消除因温度不准而产生的误差。
4.结构独特，加工精度容易达到。
5.自动化程度高，数据采集及数据处理准确迅速。
6.适合于遥控操作，有利于辐射防护。
附图为电子束和β射线两用外推电离室的侧视剖面图。图的上部为等效电离空腔〔23〕部分，由收集电极〔4〕和保护电极〔5〕结成一体的活动下电极〔10〕、等效环〔11〕、高绝缘薄膜垫圈〔25〕、前壁上电极〔3〕的窗口〔12〕部分围拢而成。图的中心部分为机械传动系统，该系统由步进电机甲〔14〕、蜗轮蜗杆〔15〕、千分卡螺杆组件〔16〕和支承活动下电极的金属托盘〔7〕组成，并从金属托盘的豁口〔9〕引出活动下电极的电缆〔8〕。由图可见整个仪器的外壳由底座〔21〕和中筒〔19〕两部分相嵌而成，底座上还装有准直套筒〔22〕。在中筒〔19〕的左上方壁上安有步进电机乙〔20〕，在步进电机乙〔20〕的轴上套有带二阶台园孔〔24〕的载片转盘〔17〕及锁定载片转盘〔17〕的特制螺帽〔18〕。在等效环〔11〕右上侧壁里凿开的孔安放着微型温度测量探头〔10〕。本图仅将电子束和β射线两用外推电离室的主要部件作了说明。
根据电子束和β射线两用外推电离室设计加工的经验，实现其最好方式是承担机械加工的工厂技术水平要高，最好是仪表厂或量具厂，加工机床和加工人员要固定，以消除加工时的系统误差。由于所测的电离电流极其微弱，要求保护极〔5〕和收集极〔4〕之间的漏电流要小于10-25A，故保护极和收集极之间最好用琥珀套管或有机玻璃套分隔开。在绝缘材料制成的活动下电极镀碳膜时一要注意镀膜机的温度，二要掌握好膜的厚度。所有绝缘零件的加工要抛光不留加工的刀痕。整个仪器的组装调试要求有经验的技术人员完成。仪器的外壳最好用黄铜制作。
权利要求
1.一种活动下电极[1]可拆装的，由计算机自动控制的，测量误差小于5%的可作为吸收剂量次级标准仪器的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于它是一台在等效电离空腔[23]内部测量电离空气温度的电子束和β射线两者兼容的剂量仪器。
2.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于把微型温度测量探头〔10〕安放在等效电离空腔〔23〕内部。
3.根据权利要求
2所述的微型温度测量探头〔10〕，其特征是测温误差小于0.2℃并且其抗辐射能力大于108拉德的温度测量探头。
4.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于装有与窗口〔12〕平行距离可调的，并用特制螺帽〔18〕锁住该平行距离的载片转盘〔17〕。
5.根据权利要求
4所述的载片转盘〔17〕装置，其特征在于是由铜、铝或铁材料制成的平整度小于0.3mm，并且厚度大于4mm的园形载片转盘〔17〕。
6.根据权利要求
5所述的电子束和β射线两用外推电离室的载片转盘〔17〕，其特征在于载片转盘的四周要镗4个或4个以上的二阶台的园孔〔24〕，该孔能承托起不同厚度的所测材料片，该孔的直径与窗口〔12〕直径相同并且使载片转盘〔17〕在转动时，所有孔依次与窗口园周同心。7、根据权利要求
6所述的电子束和β射线两用外推电离室的载片转盘〔17〕，其特征在于由步进电机乙〔20〕自动驱动或人工手动。
8.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于能根据辐照射线种类及能量的不同，被辐照材料的不同，更换上各种符合实验要求的等效环〔11〕。
9.根据权利要求
8所述的等效环〔11〕，其特征在于等效环上套有高出等效环的上平面各种不同高度的，用以限制活动下电极〔1〕和窗口〔12〕间的最小平行间隙的窄边绝缘环〔2〕。
10.根据权利要求
8所述的电子束和β射线两用外推电离室的等效环，其特征在于当测量导体、半导体材料的电子束剂量时，等效环的上平面加上与等效环形状相同的高绝缘薄垫圈〔25〕。
11.根据权利要求
8所述的电子束和β射线两用外推电离室的等效环〔11〕，其特征是在测量导体、半导体材料的电子束剂量时，等效环的上部边棱为园弧形状。
12.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室的活动下电极〔1〕，其特征在于整个活动下电极是插在金属托盘〔7〕里面，金属托盘侧面下方开有将电缆线引出的豁口〔9〕。
13.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于有一个计算机或电子线路控制电压极性和数值的前壁上电极〔3〕装置。
14.根据权利要求
1所述的电子束和β射线两用外推电离室，其特征在于它的外壳是由一个底座〔21〕与一个中筒〔19〕两部分紧配合而成为柱形的一体装置。〔附图〕
专利摘要
本发明是精确测量电子束和β射线在物质表面及深部吸收剂量的次级标准仪器。该仪器采用更换等效电离空腔，在电离空腔内部测量电离空气的温度，利用载片转盘自动改变窗口材料厚度等技术，配合成微型计算机应用系统能迅速、准确、连续地测定出电子束或β射线在多种材料表面和深部的吸收剂量率，并能刻度电子束或β射线剂量仪器。是一台结构合理、加工方便、一机两用的实用辐射剂量仪器。
文档编号H01J47/00GK85102528SQ85102528
公开日1986年9月17日 申请日期1985年4月1日
发明者靳涛, 李好贤, 周光文 申请人:中国科学院新疆物理研究所计划条件处