脈沖x射線能譜測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線能譜測量裝置，具體涉及一種適用于平均能量80?120keV的脈沖硬X射線能譜測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線能譜對于X射線源的研制、發(fā)展及應(yīng)用研究具有重要的意義，重點應(yīng)用在核物理的研究及與放射性同位素相關(guān)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。近幾十年來，在脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外對X射線能譜測量有著比較深入的研究，特別是以吸收法、熒光法、康普頓散射法及透射系數(shù)法等測量原理為代表的測量系統(tǒng)種類繁多，測量手段豐富，在多個能段都有較大的進展。
[0003]2004年，中國工程物理研究院流體物理研究所設(shè)計了基于X光感光底片的螺旋楔形測量裝置，給出了最高能量為12MeV的射線能譜，這種方式可以測量MeV級的射線能譜，無法測量較低能量范圍的X光；2010年，西北核技術(shù)研究所設(shè)計了基于電流型S1-PIN探測器的能譜儀，給出了最高能量為1.4MeV的射線能譜，平均能量約700keV，光子能量同樣偏高?？梢?，在國內(nèi)對于脈沖寬度為幾十ns、最高能量600keV、平均能量80?120keV的脈沖X射線的能譜測量，由于受脈沖硬X射線源發(fā)展等諸多因素的限制，至今沒有一套適用于該能段范圍內(nèi)的X射線能譜測量裝置。所以，迫切需要設(shè)計一套用于該能段的脈沖X射線能譜測量裝置，以適應(yīng)脈沖硬X射線束流診斷技術(shù)發(fā)展的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種脈沖X射線能譜測量裝置，解決了對低能量段脈沖X射線能譜進行測量的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:所提供的脈沖X射線能譜測量裝置包括多個呈陣列排布的準直器，每個準直器內(nèi)部均安裝有吸收片、隔離套筒和探測器；吸收片位于準直器一端，吸收片的接收端面朝向X射線入射方向，吸收片的出射端面朝向探測器；探測器位于準直器的另一端，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；隔離套筒位于吸收片和探測器之間。該裝置適用于測量平均能量為80?120keV的脈沖X射線。
[0006]上述探測器設(shè)置有兩個數(shù)據(jù)接口 ；其中，接口一與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，用于信號引出；接口二與供電電源相連，用于直流電壓的引入。
[0007]上述探測器通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括電纜座、同軸電纜和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口，可以滿足與各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備的連接使用。
[0008]上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括示波器、計算機和軟件，其中軟件為Matlab程序編寫而成，用于數(shù)據(jù)的處理和能譜的求解。
[0009]上述探測器為電流型S1-PIN探測器，體積小、使用方便、適合做成陣列。
[0010]上述準直器由鉛制成；吸收片由銅和鋁制成；隔離套筒由銅制成。準直器和隔離套筒為圓筒狀，吸收片和探測器為圓柱狀，生產(chǎn)加工方便，有效工作面積大。
[0011]上述準直器為12個，呈3X4的二維陣列均勻排布?？梢跃毜胤磻?yīng)光子的能譜分布，同時結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于攜帶。
[0012]上述吸收片的厚度為1?12mm ;所述隔離套筒的厚度為1?30mm。二者厚度相配合可以把散射比例控制在5 %以內(nèi)
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0014](1)本發(fā)明在充分考慮脈沖硬X射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用12路PIN探測器按照二維均布結(jié)構(gòu)組成探測陣列，具有極強的測量針對性，能夠更精細地測量出脈沖硬X射線能段的光子能量分布信息。
[0015](2)本發(fā)明公布的能譜測試裝置體積小，配合便捷高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算軟件，達到了操作簡單、針對性強、能量分辨率高、便攜式強等有益效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明較佳實施例的單個準直器的連接示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實驗測得的脈沖X射線能譜結(jié)果。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明的工作原理是:脈沖X射線經(jīng)過不同材料、不同厚度的吸收片時，滿足指數(shù)衰減規(guī)律，會形成不同程度的衰減，衰減后的X射線入射到PIN探測器陣列的靈敏層上，產(chǎn)生電子-空穴對，這些電子-空穴對在外加電場的作用下分別向探測器的兩級漂移，形成電流，從而產(chǎn)生輸出信號，經(jīng)過傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被記錄下來。利用這些信號結(jié)合吸收片的衰減系數(shù)和探測器的能量響應(yīng)，可以計算得到脈沖硬X射線的能譜。
[0019]本發(fā)明較佳實施例包括多路呈陣列排布的準直器，每路準直器里面均依次嵌套著吸收片、隔離套筒和PIN探測器。其作用是限制光的來源，防止射線的互相串擾，增加信噪比。
[0020]參見圖1，本發(fā)明較佳實施例的準直器的連接方式為:沿射線的入射方向依次設(shè)置吸收片、隔離套筒和探測器；吸收片位于準直器一端，吸收片的接收端面朝向X射線入射方向，吸收片的出射端面朝向探測器；探測器位于準直器的另一端，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；隔離套筒位于吸收片和探測器之間。
[0021]準直器呈圓柱筒狀，使用鉛材料制作而成。由于鉛的密度較大，可以限制光的來源，而且可以防止探測器之間的信號互相串擾。
[0022]吸收片是由銅或者鋁材料制作而成的圓柱體，其截面積稍大于探測器的面積，厚度視光源的強度和能譜儀與光源的距離而定，作用是使入射的脈沖硬X射線產(chǎn)生不同程度的衰減。
[0023]隔離套筒放置在吸收片和探測器之間，用于控制光子散射比例，其長度與吸收片的厚度相對應(yīng)。
[0024]探測器是能譜儀的核心部件，用于探測經(jīng)吸收片透射的X射線，探測器的尾部均有2個數(shù)據(jù)接口，一個與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連用于信號引出，另一個與供電電源相連用于直流電壓的引入。更多的探測器個數(shù)可以更精細地反應(yīng)光子的能譜分布。
[0025]準直器中心、吸收片的中心、探測器的中心的連線垂直于探測器的表面，與射線入射方向重合。
[0026]本發(fā)明較為優(yōu)選的設(shè)計參數(shù)為:
[0027]整體呈長方體結(jié)構(gòu)，長141mm，寬131mm，高100mm，包括12路呈陣列排布的準直器，陣列在二維方向上行數(shù)4列數(shù)3，準直器相互間距34mm。
[0028]準直器呈圓柱筒狀，內(nèi)徑29mm，由鉛材料制成。
[0029]12個吸收片均呈圓柱形，直徑29mm，由銅或者鋁材料制成；其中，銅的厚度分別為1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、8mm、10mm 和 12mm，招的厚度分另lj為 3mm、7mm 和 11mm。
[0030]隔離套筒采用銅材料，套筒的外徑為29mm，內(nèi)徑為27mm，目的是使吸收片和探測器拉開一定距離，減少散射比例，增加信噪比。其厚度依據(jù)吸收片的厚度理論計算得到，把散射控制在5%以內(nèi)，每一種厚度的吸收片均對應(yīng)一定長度的隔離套筒。隔離套筒的長度(即吸收片與探測器間的距離)分別為lmm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、20mm、30mm、30mm、30mm、30mm 和 30mm。
[0031]探測器為電流型S1-PIN探測器，共12路，結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)均相同，外徑為29mm，靈敏直徑為10mm，靈敏厚度為500 μ mD
[0032]供電電源為直流電源，市電接入，輸出為直流300V，用于給PIN探測器供電，產(chǎn)生外加電場，使入射光子激發(fā)的電子-空穴對向探測器的兩級漂移，產(chǎn)生輸出信號。
[0033]實驗過程中，脈沖X射線源發(fā)射光子，垂直照射到能譜測量裝置上，光子強度經(jīng)吸收片衰減之后，被12路探測器采集，經(jīng)由電纜線傳輸至示波器上，被信號采集系統(tǒng)所記錄，經(jīng)過計算機處理后得到能譜。參見圖2，本發(fā)明提供的能譜測量裝置在實驗中測得的脈沖X射線能譜結(jié)果，光子最高能量600keV，平均能量82.87keV,滿足了對低能量段脈沖X射線能譜進行測量的需求。
【主權(quán)項】
1.一種脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:包括多個呈陣列排布的準直器，每個準直器內(nèi)部均安裝有吸收片、隔離套筒和探測器； 所述吸收片位于準直器一端，吸收片的接收端面朝向X射線入射方向，吸收片的出射端面朝向探測器； 所述探測器位于準直器的另一端，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連； 所述隔離套筒位于吸收片和探測器之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述探測器設(shè)置有兩個數(shù)據(jù)接口；其中，接口 一與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，接口二與供電電源相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述探測器通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括電纜座、同軸電纜和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括示波器、計算機和軟件。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述探測器為電流型S1-PIN探測器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述準直器由鉛制成；所述吸收片由銅或者鋁制成；所述隔離套筒由銅制成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述準直器和隔離套筒為圓筒狀，所述吸收片和探測器為圓柱狀。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述準直器為12個，呈3X4的二維陣列均勻排布。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述吸收片的厚度為1?12mm ;所述隔離套筒的厚度為1?30mmo10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脈沖X射線能譜測量裝置，其特征在于:所述探測器的靈敏直徑為10mm，靈敏厚度為500 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種X射線能譜測量裝置，包括多個呈陣列排布的準直器，每個準直器內(nèi)部均安裝有吸收片、隔離套筒和探測器；吸收片位于準直器一端，吸收片的接收端面朝向X射線入射方向，吸收片的出射端面朝向探測器；探測器位于準直器的另一端，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；隔離套筒位于吸收片和探測器之間。本發(fā)明適用于平均能量80～120keV的脈沖硬X射線能譜測量，解決了對低能量段脈沖X射線能譜進行測量的技術(shù)問題。本發(fā)明在充分考慮脈沖硬X射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用12路PIN探測器按照二維均布結(jié)構(gòu)組成探測陣列，具有極強的測量針對性，能夠更精細地測量出脈沖硬X射線能段的光子能量分布信息。
【IPC分類】G01T1/36
【公開號】CN105425276
【申請?zhí)枴緾N201510906887
【發(fā)明人】蘇兆鋒, 來定國, 邱孟通, 任書慶
【申請人】西北核技術(shù)研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日