一种新型便携式γ辐照准直器的制作方法

一种新型便携式
γ
辐照准直器
技术领域
[0001]
本实用新型实施例涉及电离辐射剂量学领域，尤其涉及一种新型便携式γ辐照准直器。


背景技术：

[0002]
γ辐照准直器安装γ放射源后，可提供满足一定技术指标的γ辐射场，常用于食品灭菌消毒、工业探伤检测、电离辐射剂量学研究。目前绝大部分γ辐照准直器都较为笨重，为了保证出射的γ辐射场满足一定的技术要求将其固定在γ辐照实验室。随着电离辐射技术及其应用的发展，在某些特殊的辐照需求中，无法在γ辐照实验室内进行，需要现场或在线作业，因此需要研发设计便携式γ辐照准直器。
[0003]
现有的便携式γ辐照准直器中，γ放射源放置于辐照开口靠近屏蔽体中心一侧，且只能放置特定的γ放射源，不同尺寸的γ放射源，对应不同的γ辐照准直器，因此，针对设计好的γ辐照准直器，只能放置一种尺寸的γ放射源，其适用范围比较窄，适用性比较低；此外，现有的便携式γ辐照准直器中辐照开口背离屏蔽体中心一侧的开口口径比较大，与其配套的辐射衰减片的尺寸比较大，在一些对尺寸有要求的情况下不便使用，限制了该γ辐照准直器的应用场景，进一步影响了便携式γ辐照准直器适用范围。由于γ辐照准直器中的所有尺寸参数的有机结合，才能设计出满足辐射场的均匀性和散射特性的要求的便携式γ辐照准直器，因此，用于放置γ放射源腔室的尺寸及辐照开口背离屏蔽体中心一侧的开口口径不能随意调整，否则便携式γ辐照准直器无法满足辐射场的均匀性和散射特性的要求。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型提供一种新型便携式γ辐照准直器，以扩大便携式γ辐射准直器的适用范围，提高其适用性。
[0005]
本实用新型实施例提供了一种新型便携式γ辐照准直器，该新型便携式γ辐照准直器包括：辐照源腔室、屏蔽体和辐照开口；所述辐照源腔室用于容纳不同尺寸γ辐照源；所述辐照开口用于准直出射所述γ辐照源发射的γ射线；
[0006]
所述辐照源腔室位于所述屏蔽体的中心位置；所述辐照开口贯穿所述屏蔽体，且与所述辐照源腔室连通；
[0007]
所述辐照开口出射的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求。
[0008]
可选的，所述辐照开口背离所述辐照源腔室的一侧为第一开口，所述屏蔽体与所述第一开口的连接处表面为第一表面，所述第一表面平行于所述第一开口。
[0009]
可选的，所述辐照源腔室呈圆柱形；所述圆柱形的底面与所述辐照开口的中心轴平行；所述第一表面以及所述辐照源腔室均沿所述辐照开口的中心轴对称分布。
[0010]
可选的，所述辐照源腔室与所述辐照开口连通的侧壁高度h满足：10mm≤h≤30mm；所述辐照源腔室的底面的直径d满足：8mm≤d≤20mm。
[0011]
可选的，所述屏蔽体还包括第二表面；所述第二表面与所述第一表面连接；所述第二表面呈球形；且所述球形的圆心与所述辐照源腔室的中心重合；所述球形的半径r满足：r≥35mm。
[0012]
可选的，所述辐照开口靠近所述辐照源腔室的一侧为第二开口，所述第二开口的高度w满足：8mm≤w≤20mm。
[0013]
可选的，所述辐照开口的侧壁与所述辐照开口的中心轴的夹角θ满足：20
°
≤θ≤45
°
。
[0014]
可选的，沿平行于所述辐照开口的中心轴的方向，所述第一开口与所述第二开口之间的距离l满足：10mm≤l≤35mm。
[0015]
可选的，所述屏蔽体材质包括铅及其合金，钨及其合金或者贫铀及其合金。
[0016]
本实用新型实施例提供的新型便携式γ辐照准直器，通过在屏蔽体的中心位置设置辐照源腔室以容纳不同尺寸的γ辐照源，设置贯穿屏蔽体且与辐照源腔室连通的辐照开口，以准直出射γ辐照源发射的γ射线，从而实现γ辐射场的准直。辐照开口出射的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求，即准直后的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，综上所述，一个本实用新型实施例提供的新型便携式γ辐照准直器能够适用于不同尺寸的γ辐照源，背离屏蔽体中心一侧的开口口径可以按要求缩小，并且产生的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，因此，能够扩大便携式γ辐照准直器的适用范围，提高其适用性。
附图说明
[0017]
图1为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器的结构示意图；
[0018]
图2为本实用新型实施例提供的一种与图1所示的新型便携式γ辐照准直器配套的辐射衰减片的结构示意图；
[0019]
图3为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的均匀性的示意图；
[0020]
图4为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的散射特性的示意图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0022]
图1为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器的结构示意图。如图1所示，新型便携式γ辐照准直器100包括：辐照源腔室110、屏蔽体120和辐照开口130；辐照源腔室110用于容纳不同尺寸的γ辐照源；辐照开口130用于出射γ辐照源发射的γ射线。
[0023]
辐照源腔室110位于屏蔽体120的中心位置；辐照开口130贯穿屏蔽体120，且与辐照源腔室110连通。
[0024]
辐照开口130出射的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求。
[0025]
具体的，如图1所示，屏蔽体120的中心位置处设置有辐照源腔室110，屏蔽体120的内表面围成辐照源腔室110的表面，辐照源腔室110内可以容纳不同尺寸的γ辐照源，γ辐照源提供一个4π方向的辐射场，即γ辐照源能够向各个方向发射γ射线；辐照开口130贯穿屏蔽体120且与辐照源腔室110连通，即辐照开口130连通辐照源腔室110和外界环境，γ辐照源发射的γ射线仅部分通过辐照开口130出射至外界环境，剩余部分被屏蔽体120吸收，以使γ射线的出射角位于某一角度范围内，因此新型便携式γ辐照准直器100将4π方向的辐射场约束为准直辐射场。需要说明的是，屏蔽体120可采用铅及其合金、钨及其合金和贫铀等辐射屏蔽材料制作而成。
[0026]
辐照开口130出射准直后的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求，即准直后的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，例如：准直后的γ辐射场的均匀性满足距新型便携式γ辐照准直器100中心100cm远处均匀场的直径不小于30cm，均匀场内空气比释动能率相对偏差不超过5％；准直后的γ辐射场的散射特性满足在辐射开口130的中轴线上，空气比释动能率与γ辐照源中心到探测器中心距离平方的倒数成正比，与理想值偏差不超过5％。需要说明的是，本实用新型实施例仅对准直后的γ辐射场的均匀性和散射特性的预设要求进行示例性说明，并不对此进行限制。
[0027]
本实用新型实施例提供的新型便携式γ辐照准直器，通过在屏蔽体的中心位置设置辐照源腔室以容纳不同尺寸的γ辐照源，设置贯穿屏蔽体且与辐照源腔室连通的辐照开口，以准直出射γ辐照源发射的γ射线，从而实现γ辐射场的准直。辐照开口出射的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求，即准直后的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，综上所述，一个本实用新型实施例提供的新型便携式γ辐照准直器能够适用于不同尺寸的γ辐照源，背离屏蔽体中心一侧的开口口径可以按要求缩小，并且产生的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，因此，能够扩大便携式γ辐照准直器的适用范围，提高其适用性。
[0028]
可选的，继续参见图1，辐照开口130背离辐照源腔室110一侧为第一开口131，屏蔽体120与第一开口131的连接处表面为第一表面121，第一表面121平行于第一开口131。
[0029]
具体的，如图1所示，第一表面121平行于第一开口131，第一开口131与第二开口132之间的距离为l，辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角为θ，从几何结构上来讲，第一开口131与第二开口132之间的距离l与辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ不相关，因此，两个参数仅受制于辐照开口130出射的γ射线的均匀性和散射特性满足预设要求，降低了第一开口131与第二开口132之间的距离l与辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ的关联度，有利于更加灵活的设置第一开口131与第二开口132之间的距离l与辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ，因此有利于设计出第一开口131的高度更低的新型便携式γ辐照准直器，有利于降低与新型便携式γ辐照准直器配套的辐射衰减片的尺寸，从而增加了新型便携式γ辐照准直器的使用场景，进一步提高其适用范围。需要说明的是，在实际应用中第一表面121与第一开口131可以是近似平行的关系。
[0030]
可选的，继续参见图1，辐照源腔室110呈圆柱形；圆柱形的底面与辐照开口130的中心轴平行；第一表面121以及辐照源腔室110均沿辐照开口130的中心轴对称分布。
[0031]
具体的，如图1所示，圆柱形的底面与辐照开口130的中心轴(图中所示的虚线箭
头)平行，实际应用中，常见的豁免级γ辐照源或者v类γ辐照源主要为圆柱形，因此将容纳不同尺寸的γ辐照源的辐照源腔室110也设置为圆柱形，在能够容纳市面上常见的豁免级γ辐照源或者v类γ辐照源的同时，避免占用过多的空间。
[0032]
可选的，继续参见图1，辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h满足：10mm≤h≤30mm；辐照源腔室110的底面的直径d满足：8mm≤d≤20mm。
[0033]
具体的，目前现有的γ辐照源的高度一般不超过10mm，γ辐照源的底面的直径一般不超过8mm，为了易于取放γ辐照源，需要将辐照源腔室110的尺寸设置为大于或者等于γ辐照源的尺寸，因此辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h大于或者等于10mm，辐照源腔室110的底面的直径d大于或者等于8mm。此外，如果辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h和辐照源腔室110的底面的直径d过大，会影响出射的γ辐射场均匀性与散射特性、以及非准直方向的屏蔽效果，蒙特卡罗模拟结果显示，辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h不宜大于30mm，辐照源腔室120的底面的直径d不宜大于20mm，因此，辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h满足10mm≤h≤30mm；辐照源腔室110的底面的直径d满足8mm≤d≤20mm。
[0034]
可选的，继续参见图1，屏蔽体120还包括第二表面122；第二表面122与第一表面121连接；第二表面122呈球形；且球形的圆心与辐照源腔室110的中心重合；球形的半径r满足：r≥35mm。
[0035]
具体的，新型便携式γ辐照准直器100需要在主屏蔽方向对γ辐射源辐射的γ射线的屏蔽率不低于99.9％以保证周边人员的辐射安全，结合屏蔽体120对
137
cs的γ射线的屏蔽能力，屏蔽体120的第二表面122所在球形的半径r满足：r≥35mm。例如，γ辐射源为
137
cs辐射源，屏蔽体120采用钨合金制作而成，结合钨合金对
137
cs的γ射线的屏蔽能力，主要屏蔽方向厚度至少要达到38mm才能实现新型便携式γ辐照准直器100在主屏蔽方向对
137
cs的γ射线的屏蔽率不低于99.9％，再考虑到屏蔽体120中心位置处设置有辐照源腔室110，因此第二表面132所在球形的半径r应大于或者等于50mm。在实际应用中，根据γ辐射源的类型和屏蔽体120的材料，灵活设置第二表面122所在球形的半径r。
[0036]
可选的，继续参见图1，辐照开口130靠近辐照源腔室110的一侧为第二开口132，第二开口132的高度w满足：8mm≤w≤20mm。
[0037]
具体的，新型便携式γ辐照准直器100能够形成均匀性和散射特性满足预设要求的γ辐射场。例如均匀性满足预设要求，指距新型便携式γ辐照准直器100中心100cm远处均匀场的直径不小于30cm，均匀场内空气比释动能率相对偏差不超过5％；散射特性满足预设要求，指在辐射开口130的中轴线上，空气比释动能率与γ辐照源中心到探测器中心距离平方的倒数成正比，与理想值偏差不超过5％。在辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h满足：10mm≤h≤30mm，辐照源腔室110的底面的直径d满足：8mm≤d≤20mm，屏蔽体120的第二表面122所在的球形的半径r满足：r≥35mm时，将第二开口132的高度w设置为8mm≤w≤20mm，才能确保新型便携式γ辐照准直器100形成的γ辐射场的均匀性和散射特性满足上述预设要求。
[0038]
可选的，继续参见图1，辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ满足：20
°
≤θ≤45
°
。
[0039]
具体的，在辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h满足：10mm≤h≤30mm，
辐照源腔室110的底面的直径d满足：8mm≤d≤20mm，屏蔽体120的第二表面122所在的球形的半径r满足：r≥35mm时，将辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ设置为20
°
≤θ≤45
°
，才能确保新型便携式γ辐照准直器100形成的γ辐射场的均匀性和散射特性满足上述预设要求。
[0040]
可选的，继续参见图1，沿平行于辐照开口130的中心轴的方向，第一开口131与第二开口132之间的距离l满足：10mm≤l≤35mm。
[0041]
具体的，在辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h满足：10mm≤h≤30mm，辐照源腔室110的底面的直径d满足：8mm≤d≤20mm，屏蔽体120的第二表面122所在的球形的半径r满足：r≥35mm时，将沿平行于辐照开口130的中心轴的方向，第一开口131与第二开口132之间的距离l设置为10mm≤l≤35mm，才能确保新型便携式γ辐照准直器100形成的γ辐射场的满足均匀性和散射特性满足上述预设要求。
[0042]
可选的，继续参见图1，屏蔽体120设置有第三表面123，第三表面123与第二表面122垂直。具体的，如图1所示，第三表面123为平面，为新型便携式γ辐照准直器100提供平整的支撑面，提高稳定性。
[0043]
在实际应用中，与新型便携式γ辐照准直器100配套应用的还有辐射衰减片，图2为本实用新型实施例提供的一种与图1所示的新型便携式γ辐照准直器配套的辐射衰减片的结构示意图。如图2所示，辐射衰减片200包括相对的第一表面210和第二表面220，第一表面210为圆形平面，第一表面210的直径为l；第二表面220包括边缘区域221和中间区域222，边缘区域221为圆环形平面，中间区域222为弧面，弧面所在的球面的半径为o，中间区域222在第一表面210的垂直投影为圆形，该垂直投影的直径为m；中间区域222的厚度为n，沿中间区域222中心指向中间区域222边缘，中间区域222的厚度逐渐减小。
[0044]
具体的，如图2所示，中间区域222的弧面半径为o，弧面半径o决定厚度降低的速度，弧面半径o越小，厚度降低的越快，弧面半径o越大，厚度降低的越慢。弧面半径o取恰当值时，辐射场有最佳均匀性。针对不同的新型便携式γ辐照准直器100，与其配套的辐射衰减片200的参数选择不同。需要说明的是，辐射衰减片200衰减形成的γ辐射场的均匀性和散射特性也需要满足预设要求。
[0045]
示例性的，γ辐射源为
137
cs辐射源，屏蔽体120的材质为钨合金，屏蔽体120的第二表面122所在的球形的半径r为50mm，辐照源腔室110与辐照开口130连通的侧壁高度h为20mm，辐照源腔室120的底面的直径d为12mm。根据新型便携式γ辐照准直器100形成的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求，确定第二开口132的高度w为12mm，辐照开口130的侧壁与辐照开口130的中心轴的夹角θ为24.23
°
，沿平行于辐照开口130的中心轴的方向，第一开口131与第二开口132之间的距离l为29mm。
[0046]
图3为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的均匀性的示意图。以上述尺寸参数作为新型便携式γ辐照准直器的尺寸参数，以新型便携式γ辐照准直器中心100cm远处为起点，γ辐射测量仪器向垂直于轴线的水平方向和垂直方向分别移动，其测量的空气比释动能率相对起点处衰减变化如图3所示，在距离中轴线中心轴线15cm范围内，辐射场强度变化不超过4％，因此，上述尺寸参数对应的新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的均匀性满足预设要求。
[0047]
图4为本实用新型实施例提供的一种新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的
散射特性的示意图。以上述尺寸参数作为新型便携式γ辐照准直器的尺寸参数，沿辐射开口的中轴线，γ辐射测量仪器在0.75m至3m范围内移动，其测量的空气比释动能率与距离平方倒数之间的变化关系如图4所示，空气比释动能率与γ辐射源到探测器中心距离平方的倒数满足正比关系，实测值相对拟合直线偏离不超过2％，因此，上述尺寸参数对应的新型便携式γ辐照准直器形成的γ辐射场的散射特性满足预设要求。
[0048]
以上述尺寸参数作为新型便携式γ辐照准直器的尺寸参数，以经过辐射衰减片衰减的γ辐射场的均匀性和散射特性满足预设要求为准则，通过蒙特卡罗模拟计算得到辐射衰减片的尺寸参数，如表1，表1中的不同的尺寸参数对应不同的辐射衰减片。
[0049]
表1辐射衰减片的尺寸参数取值
[0050]
辐射衰减片l(mm)m(mm)n(mm)o(mm)150404.50109.03250409.00106.213504013.50104.59
[0051]
与现有技术相比，本实用新型实施例提供的辐射衰减片的第一表面的半径减小了近50％，由于辐射衰减片与新型便携式γ辐照准直器配套使用，因此在一定程度上提高了新型便携式γ辐照准直器的便携性和适用性。
[0052]
以辐射衰减片中心轴线100cm远处为起点，γ辐射测量仪器向垂直于轴线的水平方向和垂直方向分别移动，在距离中心轴线15cm范围内，辐射场强度变化不超过3％，辐射衰减片衰减形成的γ辐射场的均匀性满足预设要求。沿辐射衰减片中心轴线，γ辐射测量仪器在0.75m至3m范围内移动，空气比释动能率应与γ辐射源到探测器中心距离平方的倒数满足正比关系，实测值相对拟合直线偏离不超过3％，辐射衰减片衰减形成的γ辐射场的散射特性满足预设要求。
[0053]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。