一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明為一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，該裝置包括一探測器系統、一電子學系統和一PC系統，所述探測器系統接收被檢測粒子并進行電離、放大、定位后，由所述電子學系統讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統對該信息進行顯示；所述探測器系統包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統內部，所述多路讀出單元由多個陽極模塊組成，根據探測系統位置分辨能力要求不同，所述陽極模塊數量可調，且所述陽極模塊對所述被檢測粒子進行定位，多路讀出單元由多個陽極模塊組成，能夠判斷粒子的二維位置信息。
【專利說明】一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及輻射定位【技術領域】，特別涉及一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝 置。
【背景技術】
[0002] 表面污染監測儀分為針對人員的表面污染監測儀和針對工作場所的表面污染監 測儀。針對工作人員的表面污染監測儀主要有全身計數器和手腳玷污儀等，針對工作場所 監測儀主要是可移動的便攜式表面污染監測儀。工作場所的表面污染監測儀發展基本和全 身計數器的發展同步，早期的工作場所表面污染監測儀也是由正比計數管或者薄窗型閃爍 體式表面污染監測儀器，但是工作場所需要監測的面積相對比較大，而傳統的表面污染探 測儀器探測靈敏面積很小，目前正在向大面積的表面污染監測儀器發展。
[0003] 目前，在國內實際應用領域，針對工作場所的便攜式表面污染監測儀器發展較緩 慢。大部分仍然采用小面積的塑料閃爍體式表面污染監測儀，應用普遍，生產廠家也很多。 但是由于靈敏面積小，這種表面污染監測儀只能給出工作場所的表面污染水平。針對大面 積工作場所的表面污染監測，能夠便攜使用的大面積表面污染監測設備，國內的相關研究 滯后。而針對位置靈敏型的表面污染監測設備未見報道。
[0004] 鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。
【發明內容】
[0005] 針對上述缺陷，本發明提供了一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，用以解 決上述缺陷。
[0006] 本發明提供一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其包括一探測器系統、一 電子學系統和一 PC系統，所述探測器系統接收被檢測粒子并進行電離、放大、定位后，由所 述電子學系統讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統對該信息進行顯示；
[0007] 所述探測器系統包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統內部，所述多路讀出 單元由多個陽極模塊組成，所述陽極模塊數量可調，且所述陽極模塊對所述被檢測粒子進 行定位。
[0008] 其中，所述探測器系統還包括：一氣體電子倍增單元，置于所述探測器系統內部， 對電離后產生的電子進行放大，所述氣體電子倍增單元為至少一層厚型氣體倍增膜。厚型 氣體倍增膜對電離產生的電子進行放大，有利于所述多路讀出單元對電子的檢測。
[0009] 較佳的，所述陽極模塊為陽極板，所述多路讀出單元由多個條狀陽極板橫堅鋪墊 構成。經氣體電子倍增單元處理后的電子入射到陽極板上，可以通過橫鋪的陽極板讀出位 置的高度，堅鋪的讀出位置的水平位置，同時對應后作為電子的二維位置信息。
[0010] 此外，所述陽極模塊還可以為陽極塊，所述多路讀出單元由多個陽極塊鋪墊構成。 將氣體電子倍增單元處理后的電子入射到陽極塊上，電子打在哪個陽極塊上就以哪個陽極 塊的坐標為該電子的二維位置信息。 toon] 其中，所述的的探測器系統還包括一探測器框架，所述探測器框架固定所述探測 器系統，所述探測器框架包括一進氣孔和一出氣孔，氣體從所述進氣孔進入所述探測器系 統并從所述出氣孔出來，更換所述探測器系統內部氣體。
[0012] 較佳的，所述探測器系統還包括一入射窗，所述入射窗位于所述探測器框架表面， 與所述探測器框架形成一密封空間；所述入射窗與所述氣體電子倍增單元之間的距離為 2mm-10mm。所述入射窗能夠使得被檢測粒子通過，并濾除一定的雜質。
[0013] 較佳的，所述探測器系統至少具有檢測α粒子電壓、同時檢測α與β粒子電壓 兩種檢測電壓之一。
[0014] 其中，所述檢測α粒子電壓為：所述入射窗電壓取值范圍是-1600V-2500V，所述 厚型氣體倍增膜靠近所述入射窗一側的電壓取值范圍是-1100V-1300V，所述厚型氣體倍 增膜靠近所述多路陽極一側的電壓取值范圍是-700V--900V，所述多路讀出單元的電壓為 0V〇
[0015] 其中，所述同時檢測α與β粒子電壓為：所述入射窗電壓取值范圍 是-2000V-3000V，所述厚型氣體倍增膜靠近所述入射窗一側的電壓取值范圍 是-1350V-1550V，所述厚型氣體倍增膜靠所述多路陽極一側的電壓取值范圍 是-700V-900V，所述多路讀出單元的電壓為0V。
[0016] 較佳的，所述探測器系統還包括一電壓選擇按鈕或一電壓選擇旋鈕，用以選擇所 述檢測電壓。
[0017] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：通過對多路陽極中陽極條或者陽極塊數 量的增加，能夠根據擴大監測面積；多路陽極采用陽極條或者陽極塊，能夠判斷粒子的二維 位置信息；氣體電子倍增單元采用了厚型氣體倍增膜（THGEM)，THGEM強度高，成本低，工藝 簡單，易制作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明裝置的示意圖；
[0019] 圖2為本發明陽極板堅直排列的簡圖；
[0020] 圖3為本發明陽極板水平排列的簡圖；
[0021] 圖4為本發明陽極板堅直排列的陽極板η和水平排列的陽極板重疊鋪墊的簡圖；
[0022] 圖5為本發明陽極塊排列的簡圖；
[0023] 圖6為本發明陽極塊排列后按區域劃分的簡圖。
【具體實施方式】
[0024] 參照附圖1，根據本發明的大面積表面污染檢測裝置，對其實施例給出如下說明。
[0025] 本發明提供的大面積表面污染檢測裝置包括：探測器系統1、電子學系統2以及PC 系統3。
[0026] 所述探測器系統1，接收被檢測粒子并進行電離產生電子，并對這些電子進行定 位，產生定位信息；
[0027] 所述電子學系統2,與所述探測器系統1相連，采集所述定位信息，對這些信息處 理后，確定被檢測粒子的二維位置信息；
[0028] 所述PC系統3,與所述電子學系統2相連，實時顯示粒子的二維位置信息。
[0029] 所述探測器系統1包括入射窗單元11、氣體電子倍增單元12、多路讀出單元13以 及探測器框架14。
[0030] 所述入射窗單元11位于探測器框架14的表面，與所述探測器框架14 一側相接， 主要起到密封與透射入射粒子的作用；
[0031] 所述氣體電子倍增單元12位于所述探測器框架14的內部空間中，對電離電子起 到倍增放大作用；
[0032] 所述多路讀出單元13位于所述探測器框架14的內部，其為多路陽極，采集粒子， 可以為條形讀出或單像素讀出。經所述氣體電子倍增單元12增大后的電子發射至所述多 路陽極上，多路陽極對這些電子進行定位，發出定位信息；
[0033] 所述探測器框架14對所述探測器系統1進行固定，與所述入射窗單元11結合，形 成一密閉空間結構。
[0034] 所述入射窗單元11，其材料為鋁膜或柵網加薄塑料膜。鋁膜、薄塑料膜厚度均約為 l〇um，是為了讓α、β粒子射入，厚度增加的話，粒子無法穿透。膜主要起到密封作用，是因 為整個裝置內部充滿氬氣，氣壓與外界相同。鋁膜堅固，可直接使用不需要柵網，但薄塑料 膜質軟，容易破裂，需要加柵網，起到固定、保護薄塑料膜的作用。
[0035] 所述氣體電子倍增單元12,其材質為厚型電子倍增膜（THGEM)，該膜采用高速鉆 頭在一般的印刷電路板打一定規律的小孔而形成。THGEM利用電子雪崩效應對電子起到倍 增放大作用，放大倍數可以達到1000?10000倍。THGEM也可以是多層，根據探測信號大小 不同，層數可調，信號很小時，可以通過多個THGEM多次放大。
[0036] 所述入射窗單元11和所述氣體電子倍增單元12存在電壓差，所以兩者之間的空 間形成一電離區域01，α、β粒子穿過所述入射窗單元11進入所述電離區域01，根據所述 電離區域01中電壓的不同，分別對α粒子、β粒子發生電離的電子進行放大收集，電離后 產生電子。當電子經過THGEM時，電子數量被放大。
[0037] 所述的THGEM為厚型的氣體電子倍增膜（GEM)，與GEM相比，THGEM強度高，成本 低，工藝簡單，國內多家加工PCB板公司均能加工，且兩者功能相同，此裝置中也可以用GEM 來代替THGHM。
[0038] 所述多路讀出單元13為多路陽極，其可以是多個條狀組成，也可以是多個塊狀組 成的，也可以是其他的形狀，不同的形狀對應不同的后續電路。也可以更換多路陽極。在實 際應用中，可以通過增加陽極板或者陽極塊的數量，實現大規模表面污染的監測。多路陽極 確定電子的二維位置信息有多種方式，下面分別進行說明。
[0039] 方式1 :當所述多路讀出單元13為條狀，則需要多個條狀陽極板橫堅鋪墊，形成多 路陽極。如圖2所示，有η個陽極板：陽極板al、陽極板a2........陽極板an，按照堅直排 列的方式進行鋪墊，當電子打到陽極板an上時，所述電子的橫坐標與陽極板an的橫坐標相 同；如圖3所示，有η個陽極板：陽極板b 1、陽極板b2........陽極板bn，按照水平排列的 方式進行鋪墊，當電子打到陽極板bn上時，所述電子的縱坐標與陽極板bn的縱坐標相同。 如圖4所示，將堅直排列的陽極板an和水平排列的陽極板bn重疊鋪墊，當電子團簇同時打 到陽極板an、bn上時，通過陽極板an確定其橫坐標，通過陽極板bn確定其縱坐標，兩者結 合確定電子的二維位置信息。假設有η排水平陽極板，η排堅直陽極板，那么再對電子的二 維位置信息進行統計時，需要對2η路信息進行處理。
[0040] 方式二：當所述多路讀出單元13為塊狀，如圖5所示，Cln到Cnn均是陽極塊，陽 極塊按照點陣的格式進行排列，所以每一個陽極塊都有具體的二維位置信息。當電子打到 陽極塊Cnn上時，電子的二維位置信息即為該陽極塊的二維位置信息。這種方式稱作單像 素讀出。假設共有n*n個陽極塊，那么對電子的二維位置信息進行統計時，需要對n*n路信 息進行處理。
[0041] 方式三：當所述多路讀出單元13為塊狀，但是與方式二不同，并需要確定每一個 陽極塊的二維位置信息。如圖6所示，由于陽極塊按照點陣的形式進行排列，那么每一列水 平排列的陽極塊可以看做是一水平放置的陽極板，即陽極塊Cll、C12、... Cln可以看做水 平放置陽極板D1，陽極塊Cnl、Cn2、. . . Cnn可以看做水平方放置陽極板Dn。同樣的，每一列 堅直放置的陽極塊可以看做是一堅直排列的陽極板，即陽極塊Cll、C21、... Cnl可以看做 堅直放置陽極板E1，陽極塊Cln、C2n、... Cnn可以看做堅直放置陽極板En。這樣將陽極塊 歸類之后，當電子打到某一陽極塊上，只需要統計這個陽極塊對應的水平方向陽極板Dn和 堅直方向陽極板En的坐標，就能夠獲得該電子的二維位置信息。這種方式下，對電子的二 維位置信息進行統計時，只需要對2n路信息進行處理，相比方式二，信息的處理量明顯減 少。
[0042] 所述探測器框架14還包括一個進氣孔141和一個出氣孔142,氬氣通過進氣孔 141進入探測器系統1，然后從出氣孔142出來，以進行流氣式工作。如果進行閉氣，封閉過 程麻煩，不容易進行密閉，且隨著電子流的放大，氣體成分會發生改變，影響最后的測量結 果。所以裝置運行前，首先需要進行30分鐘的流氣式工作，對所述探測器系統1中的氣體 進行更新，保證結果的準確性。所謂流氣式工作，就是進氣孔和出氣孔同時通過，一邊向探 測器內沖入氬氣，一邊將被電子雪崩效應改變成分的氬氣放出，這樣能夠在給探測器更換 氬氣的同時保持探測器內外氣壓的平衡，避免因內外大氣壓的壓強差損壞薄膜式入射窗。
[0043] 所述電子學系統2需要處理多路數據，以20*20的平面為例，條狀寬度和塊狀寬度 為1，則條形讀出需要獲取和處理40路數據，單像素讀出需要獲取和處理400路數據，使用 集成芯片或者簡化電路來處理數據，可以簡化內部構造，增加處理速度。
[0044] 如果兩個電子流同時打在一個條形塊上，就無法確定電子流的位置，因此條形讀 出相比于單像素讀出的缺點是計數率高時，特別是計數率高于l〇 7/S時，有無法確定位置的 缺陷。為了更加精確二維位置信息，在所述PC系統3處理時采取算法重心法分析，提高粒 子分辨能力，實驗時精確到5mm，極限時可以精確到200um。
[0045] 所述探測器系統1至少具有檢測α粒子電壓、同時檢測α與β粒子電壓兩種檢 測電壓之一；
[0046] α粒子檢測電壓：電離區域〇1的寬度為2mm-10mm，入射窗電壓取值范圍 是-1600V-2500V，THGEM膜靠入射窗單元11的電壓取值范圍是-1100V-1300V，THGEM膜 靠陽極板的電壓取值范圍是-700V-900V，陽極板電壓為0V。
[0047] α與β粒子同時檢測電壓：電離區域〇1的寬度為2mm-10mm，入射窗電壓取值范 圍是-2000V-3000V，THGEM膜靠入射窗單元11的電壓取值范圍是-1350V-1550V，THGEM 膜靠陽極板的電壓取值范圍是-700V-900V，陽極板電壓為0V。
[0048] 測量時，探測器距離被探測物體約5mm。
[0049] 探測器系統1具有至少兩種檢測電壓，則其還包括一電壓選擇按鈕或一電壓選擇 旋鈕，用以選擇檢測電壓。
[0050] 若探測器具有兩種電壓，且為α粒子檢測電壓、α與β粒子同時檢測電壓，則先 選擇α粒子檢測電壓，若響應則被探測物體有α粒子，若沒響應則被探測物體沒有α粒 子；再選擇α與β粒子同時檢測電壓，若響應增加，則被探測物體有β粒子，若響應不增 力口，則被探測物體沒有β粒子。
[0051] 若探測器單獨測量α粒子，系統電壓要求較低，如果單獨測量β粒子需要提高電 壓，但是如果在單獨測量β粒子的電壓下待檢測物體表面還有α粒子，由于α粒子的電 離能太大，系統容易放電，造成THGHM損壞；單獨檢測β粒子電壓較高，此時若被檢測物體 有α粒子污染容易造成放電所以沒有單獨的檢測β粒子的電壓。選擇了一個折中的能同 時測量到α和β的電壓。
[0052] 這樣探測器具有這兩種檢測電壓，既能檢測表面污染中的α與β粒子，又能通過 分析確定表面污染的粒子種類，還能夠防止電壓過大造成THGEM損壞。
[0053] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅僅是說明性的，而非限制性 的。本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，包括一探測器系統、一電子 學系統和一 PC系統，所述探測器系統接收被檢測粒子并進行電離、放大、定位后，由所述電 子學系統讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統對該信息進行顯示； 所述探測器系統包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統內部，所述多路讀出單元 由多個陽極模塊組成，所述陽極模塊數量可調，且所述陽極模塊對所述被檢測粒子進行定 位。
2. 根據權利要求1所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述探 測器系統還包括： 一氣體電子倍增單元，置于所述探測器系統內部，對電離后產生的電子進行放大，所述 氣體電子倍增單元為至少一層厚型氣體倍增膜。
3. 根據權利要求2所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述陽 極模塊為陽極塊，所述多路讀出單元由多個所述陽極塊二維構成。
4. 根據權利要求2所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述陽 極模塊為陽極板，所述多路讀出單元由多個條狀所述陽極板橫堅鋪墊構成。
5. 根據權利要求3或4所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述 的的探測器系統還包括一探測器框架，所述探測器框架固定所述探測器系統，所述探測器 框架包括一進氣孔和一出氣孔，保證氣體的同時進出，以更換所述探測器系統內部氣體。
6. 根據權利要求5所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述探 測器系統還包括一入射窗，所述入射窗位于所述探測器框架表面，與所述探測器框架形成 一密封空間；所述入射窗與所述氣體電子倍增單元之間的距離為2_-10_。
7. 根據權利要求6所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述探 測器系統至少具有檢測α粒子電壓、同時檢測α與β粒子電壓兩種檢測電壓之一。
8. 根據權利要求7所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述檢 測α粒子電壓為：所述入射窗電壓取值范圍是-2000V-3000V，所述厚型氣體倍增膜靠近 所述入射窗一側的電壓取值范圍是-1350V-1550V，所述厚型氣體倍增膜靠所述多路陽極 一側的電壓取值范圍是-700V-900V，所述多路讀出單元的電壓為0V。
9. 根據權利要求8所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述同 時檢測α與β粒子電壓為：所述入射窗電壓取值范圍是-1600V-2500V，所述厚型氣體倍 增膜靠近所述入射窗一側的電壓取值范圍是-1100V-1300V，所述厚型氣體倍增膜靠近所 述多路陽極一側的電壓取值范圍是-700V-900V，所述多路讀出單元的電壓為0V。
10. 根據權利要求9所述的位置靈敏型大面積表面污染檢測裝置，其特征在于，所述探 測器系統還包括一電壓選擇按鈕或一電壓選擇旋鈕，用以選擇所述檢測電壓。
【文檔編號】G01T1/169GK104215994SQ201410442873
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】龐洪超, 駱志平, 陳凌, 黃金峰, 王瑩, 劉陽, 熊文俊, 韓永超, 鄭國文 申請人:中國原子能科學研究院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
