一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，它包括外殼、透射窗、高壓極和收集極，該電離室為平板形結(jié)構(gòu)，外殼由殼體和殼蓋密封而成，投射窗分別與殼體、殼蓋采用一體式結(jié)構(gòu)；高壓極和收集極分別位于殼體內(nèi)，相互之間絕緣，并與外殼絕緣。該實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，并能有效地監(jiān)測(cè)低能質(zhì)子束的注量率的電離室。
【專利說明】—種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及加速器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在低能加速器領(lǐng)域中用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室。
【背景技術(shù)】
[0002]在直線質(zhì)子加速器中，為保證質(zhì)子加速器的注入效率，優(yōu)化機(jī)器參數(shù)，監(jiān)控束流行為，要求對(duì)加速器的流強(qiáng)、位置、束團(tuán)尺寸等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，才能根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)整。因此，束流測(cè)試系統(tǒng)是加速器的重要組成部分之一，國(guó)內(nèi)外加速器實(shí)驗(yàn)室都非常重視束流測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用研究。
[0003]束流測(cè)試的目標(biāo)是為加速器的控制系統(tǒng)提供足夠的束流信息，以使整個(gè)加速器系統(tǒng)工作在正常的狀態(tài)及可控的非正常狀態(tài)。
[0004]束流監(jiān)控的探測(cè)器要求能在加速器束流管道周圍.測(cè)出在一定時(shí)問間隔內(nèi)通過的束流的粒子數(shù)，同時(shí)也要能測(cè)出束流的位置。為此需要在質(zhì)子直線加速器相應(yīng)的束流輸運(yùn)線管道的適當(dāng)位置配置一定數(shù)量的束流監(jiān)控的探測(cè)器。
[0005]現(xiàn)有兩類束流探測(cè)器，一種是快時(shí)間響應(yīng)的探測(cè)器.通常是閃爍體探測(cè)器。這類探測(cè)器安裝在束流關(guān)鍵位置，并是加速器系統(tǒng)安全聯(lián)鎖的一部分。一旦該位置束流異常.它會(huì)啟動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)，切斷束流，以保護(hù)設(shè)備安全和控制加速器管道周圍的輻射劑量水平。另一種束流探測(cè)器為慢時(shí)問響應(yīng)的氣體電離室，這種探測(cè)器，可根據(jù)需要沿加速器管道多處布置。此外，由于快時(shí)間響應(yīng)的為閃爍體探測(cè)器，在經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間輻照后，閃爍體探剝器的性能會(huì)有明顯退化。相反電離室能夠耐輻照，但是目前現(xiàn)有的電離室結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、加工難度大、可靠性差。主要體現(xiàn)在以下幾方面:
[0006](I)現(xiàn)有電離室的入射窗采用膠封結(jié)構(gòu)，如果長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，潮氣進(jìn)入電離室后，使電離室電極之間的絕緣電阻大幅下降，無法正常工作；
[0007](2)電極采用云母上鍍銀結(jié)構(gòu)，工藝復(fù)雜，還容易出現(xiàn)鍍膜不均勻的情況；
[0008](3)電離室的窗、電極厚度、極間距參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了電離室的穿透性和靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，并能有效地監(jiān)測(cè)低能質(zhì)子束的注量率的電離室。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，它包括外殼、透射窗、高壓極和收集極，關(guān)鍵在于，該電離室為平板形結(jié)構(gòu)，外殼由殼體和殼蓋密封而成，投射窗分別與殼體、殼蓋米用一體式結(jié)構(gòu)；高壓極和收集極分別位于殼體內(nèi)，相互之間絕緣，并與外殼絕緣。
[0012]進(jìn)一步,如上述所述的電離室為密封性結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)為空氣，殼蓋與殼體之間米用O圈密封。[0013]進(jìn)一步，如上述所述的透射窗、高壓極、收集極的材質(zhì)均為鋁。
[0014]進(jìn)一步,如上述所述的透射窗厚度0.2mm?0.6mm,高壓極和收集極的厚度0.05?
0.2mm。
[0015]進(jìn)一步，如上述所述的透射窗厚度為0.4mm,高壓極厚度0.1mm,收集極厚度為
0.1mnin
[0016]進(jìn)一步，如上述所述的透射窗為上、下兩個(gè)窗，分別是位于殼蓋上的束流入口窗和位于殼體上的束流出口窗。
[0017]進(jìn)一步，如上述所述的高壓極和收集極在殼體內(nèi)相互平行設(shè)置。
[0018]進(jìn)一步，如上述所述的高壓極和收集極的極間距為3mm。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0020]本實(shí)用新型采用平板形結(jié)構(gòu)，并在低能質(zhì)子束流測(cè)量中首次應(yīng)用，顯著的降低了離子復(fù)合損失。同時(shí)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電離室在相對(duì)運(yùn)動(dòng)乃至有一定沖擊的狀態(tài)下，保證了電極及其支撐的結(jié)構(gòu)精確而牢靠。其中投射窗分別與殼體、殼蓋米用一體式結(jié)構(gòu)，突破了常規(guī)分體式的設(shè)計(jì)思想，較好的避免分體式結(jié)構(gòu)所可能引起的膠封不嚴(yán)導(dǎo)致的不可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1電離室的立體圖
[0022]圖2電離室的結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]I殼體、2殼蓋、3束流入口窗、4高壓極、5收集極、6束流出口窗【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0025]為了能有效地監(jiān)測(cè)低能質(zhì)子束的注量率，本實(shí)用新型中設(shè)計(jì)了一種大口徑密封穿透型電離室，如圖1所示。本實(shí)用新型為平板形結(jié)構(gòu)，相對(duì)于圓形和球形電離室，平板形電離室的離子復(fù)合損失最小。該裝置包括外殼、透射窗、高壓極和收集極，外殼由殼體I和殼蓋2密封而成,透射窗分別與殼體1、殼蓋2米用一體式結(jié)構(gòu)，這樣可避免膠封透射窗所可能引起的膠封不嚴(yán)所增大的不可靠性；在保證電離電流的情況下，采用具有一個(gè)有效靈敏體積的電離室，也就是具有一個(gè)收集極5和一個(gè)高壓極4，高壓極4和收集極5分別位于殼體I內(nèi)，相互之間絕緣，并與外殼絕緣，如圖2所示。
[0026]其中所述的透射窗為上、下兩個(gè)窗，分別是位于殼蓋上的束流入口窗3和位于殼體上的束流出口窗6。殼蓋2與殼體I之間采用O圈密封后，可再在殼體I與殼的封接處再抹一層膠或用亞弧焊焊死從而加強(qiáng)密封性。電極采用片狀，絕緣間隔為環(huán)狀，它們交互疊放組成電極組件，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較牢固。
[0027]電離室的主要部分是絕緣的很好的兩個(gè)電極一收集極5和高壓極4，其間為有效靈敏體積，如圖2所示。
[0028]為了使電離室能夠快速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)探傷加速器的輸出劑量率，達(dá)到本實(shí)用新型的發(fā)明目的，該電離室結(jié)構(gòu)、材料、參數(shù)如下:
[0029]電極，透射窗等采用材料鋁，通過計(jì)算，當(dāng)束流入口窗3、束流出口窗6和電極厚度分別透射窗厚度0.2mm?0.6mm,高壓極4和收集極5的厚度0.05?0.2mm時(shí),極大的降低質(zhì)子束的吸收率，對(duì)質(zhì)子束的吸收小于1%。本實(shí)用新型經(jīng)過多次研究，束流入口窗3和束流出口窗6的厚度優(yōu)選為0.4mm,電極的厚度為0.1mm,總厚度為Imm,高壓極4和收集極5嚴(yán)格平行，電極之間采用絕緣性能高的氧化鋁作支撐，電極為鋁膜，電極之間的極間距離為3mm ο
[0030]( I)質(zhì)子束吸收率的計(jì)算
[0031]為了減小窗對(duì)質(zhì)子束的吸收，本實(shí)用新型創(chuàng)新性的將窗的厚度改為0.4mm，通過計(jì)算，當(dāng)束流入口窗3、束流出口窗6厚度為0.4mm,電極厚度為0.1mm,總厚度即為Imm的情況下，電離室對(duì)20mev質(zhì)子束的吸收小于1%，這就保證了質(zhì)子束能夠有效地穿透電離室，而不因?yàn)殡婋x的存在，降低了質(zhì)子束的注量率。
[0032](2)極間距的選擇
[0033]極間距離的選擇主要考慮兩個(gè)因素:①保證電離電流達(dá)到1X10_7A，②在一定的極間電壓情況下，電極的收集效率達(dá)90%以上。
[0034]現(xiàn)有電離室的極間距離為2mm，由于極間距離較小，為了保證電離電流達(dá)到I X 10 _ 7A,必須采用兩個(gè)高壓極，一個(gè)收集極的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此，我們采取在保證收集效率達(dá)到90%的情況下，增大極間距離。通過計(jì)算，選取極間距為3mm時(shí)，電離電流能夠達(dá)到IXKT7A以上，選取極間距電壓為-700V時(shí)，收集效率達(dá)到90%。
[0035](3)電極材料的選擇
[0036]現(xiàn)有電離室采用在云母上鍍銀做為電極材料，工藝復(fù)雜，制作周期長(zhǎng)，本裝置將電極材料改為鋁膜電極，加工工藝簡(jiǎn)化，且強(qiáng)度高，能夠滿足電極的強(qiáng)度要求。
[0037]通過上述參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)，并通過上述計(jì)算證明，本實(shí)用新型電離室的穿透性、靈敏度均好于現(xiàn)有電離室。本實(shí)用新型較好的實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)要求:
[0038]電離室為空氣型電離室，電極面積大于Φ 145mm ；
[0039]電離室對(duì)于20MeV的質(zhì)子束能夠穿透；
[0040]電離室能夠測(cè)量4個(gè)量級(jí)的劑量率；
[0041]電子學(xué)系統(tǒng)能夠提供-700V的高壓和對(duì)微電流進(jìn)行放大。
[0042]通過計(jì)算20MeV的質(zhì)子束穿過靈敏體積，產(chǎn)生的電離電流能達(dá)到10_7A。
【權(quán)利要求】
1.一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，它包括外殼、透射窗、高壓極和收集極，其特征在于，該電離室為平板形結(jié)構(gòu)，外殼由殼體和殼蓋密封而成，投射窗分別與殼體、殼蓋米用一體式結(jié)構(gòu)；高壓極和收集極分別位于殼體內(nèi)，相互之間絕緣，并與外殼絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，該電離室為密封性結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)為空氣，殼蓋與殼體之間采用O圈密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，所述的透射窗、高壓極、收集極的材質(zhì)均為鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，透射窗厚度0.2mm?0.6mm,高壓極和收集極的厚度0.05?0.2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，所述的透射窗厚度為0.4mm,高壓極厚度0.1mm,收集極厚度為0.1_。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，所述的透射窗為上、下兩個(gè)窗，分別是位于殼蓋上的束流入口窗和位于殼體上的束流出口窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，所述的高壓極和收集極在殼體內(nèi)相互平行設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于診斷低能質(zhì)子束流的電離室，其特征在于，所述的高壓極和收集極的極間距為3mm。
【文檔編號(hào)】H01J27/02GK203674156SQ201320889242
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】任秀艷, 曾自強(qiáng), 吳靈美 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院