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(fā)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(tǒng)、一電子學系統(tǒng)和一PC系統(tǒng)，所述探測器系統(tǒng)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(tǒng)讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統(tǒng)對該信息進行顯示；所述探測器系統(tǒng)包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統(tǒng)內(nèi)部，所述多路讀出單元由多個陽極模塊組成，根據(jù)探測系統(tǒng)位置分辨能力要求不同，所述陽極模塊數(shù)量可調(diào)，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(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輻射定位【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 表面污染監(jiān)測儀分為針對人員的表面污染監(jiān)測儀和針對工作場所的表面污染監(jiān) 測儀。針對工作人員的表面污染監(jiān)測儀主要有全身計數(shù)器和手腳玷污儀等，針對工作場所 監(jiān)測儀主要是可移動的便攜式表面污染監(jiān)測儀。工作場所的表面污染監(jiān)測儀發(fā)展基本和全 身計數(shù)器的發(fā)展同步，早期的工作場所表面污染監(jiān)測儀也是由正比計數(shù)管或者薄窗型閃爍 體式表面污染監(jiān)測儀器，但是工作場所需要監(jiān)測的面積相對比較大，而傳統(tǒng)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(jiān)測儀器發(fā)展。
[0003] 目前，在國內(nèi)實際應用領(lǐng)域，針對工作場所的便攜式表面污染監(jiān)測儀器發(fā)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(jiān)測儀，應用普遍，生產(chǎn)廠家也很多。 但是由于靈敏面積小，這種表面污染監(jiān)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(jiān)測，能夠便攜使用的大面積表面污染監(jiān)測設備，國內(nèi)的相關(guān)研究 滯后。而針對位置靈敏型的表面污染監(jiān)測設備未見報道。
[0004] 鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述缺陷，本發(fā)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(fā)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(tǒng)、一 電子學系統(tǒng)和一 PC系統(tǒng)，所述探測器系統(tǒng)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(tǒng)讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統(tǒng)對該信息進行顯示；
[0007] 所述探測器系統(tǒng)包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統(tǒng)內(nèi)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(shù)量可調(diào)，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(tǒng)還包括：一氣體電子倍增單元，置于所述探測器系統(tǒng)內(nèi)部， 對電離后產(chǎn)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(chǎn)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(gòu)成。經(jīng)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(gòu)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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)并從所述出氣孔出來，更換所述探測器系統(tǒng)內(nèi)部氣體。
[0012] 較佳的，所述探測器系統(tǒng)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(zhì)。
[0013] 較佳的，所述探測器系統(tǒng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(tǒng)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：通過對多路陽極中陽極條或者陽極塊數(shù) 量的增加，能夠根據(jù)擴大監(jiān)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(fā)明裝置的示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明陽極板堅直排列的簡圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明陽極板水平排列的簡圖；
[0021] 圖4為本發(fā)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(fā)明陽極塊排列的簡圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明陽極塊排列后按區(qū)域劃分的簡圖。

【具體實施方式】
[0024] 參照附圖1，根據(jù)本發(fā)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(fā)明提供的大面積表面污染檢測裝置包括：探測器系統(tǒng)1、電子學系統(tǒng)2以及PC 系統(tǒng)3。
[0026] 所述探測器系統(tǒng)1，接收被檢測粒子并進行電離產(chǎn)生電子，并對這些電子進行定 位，產(chǎn)生定位信息；
[0027] 所述電子學系統(tǒng)2,與所述探測器系統(tǒng)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(tǒng)3,與所述電子學系統(tǒng)2相連，實時顯示粒子的二維位置信息。
[0029] 所述探測器系統(tǒng)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(cè)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(nèi)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(nèi)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(jīng)所述氣體電子倍增單元12增大后的電子發(fā)射至所述多 路陽極上，多路陽極對這些電子進行定位，發(fā)出定位信息；
[0033] 所述探測器框架14對所述探測器系統(tǒng)1進行固定，與所述入射窗單元11結(jié)合，形 成一密閉空間結(jié)構(gòu)。
[0034] 所述入射窗單元11，其材料為鋁膜或柵網(wǎng)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(nèi)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(wǎng)，但薄塑料 膜質(zhì)軟，容易破裂，需要加柵網(wǎng)，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(zhì)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(guī)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(shù)可以達到1000?10000倍。THGEM也可以是多層，根據(jù)探測信號大小 不同，層數(shù)可調(diào)，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(qū)域01，α、β粒子穿過所述入射窗單元11進入所述電離區(qū)域01，根據(jù)所述 電離區(qū)域01中電壓的不同，分別對α粒子、β粒子發(fā)生電離的電子進行放大收集，電離后 產(chǎn)生電子。當電子經(jīng)過THGEM時，電子數(shù)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(nèi)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(xù)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(shù)量，實現(xiàn)大規(guī)模表面污染的監(jiān)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(jié) 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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)生改變，影響最后的測量結(jié) 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(tǒng)1中的氣體 進行更新，保證結(jié)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(nèi)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(nèi)外氣壓的平衡，避免因內(nèi)外大氣壓的壓強差損壞薄膜式入射窗。
[0043] 所述電子學系統(tǒng)2需要處理多路數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，單像素讀出需要獲取和處理400路數(shù)據(jù)，使用 集成芯片或者簡化電路來處理數(shù)據(jù)，可以簡化內(nèi)部構(gòu)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(shù)率高時，特別是計數(shù)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(tǒng)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(tǒng)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(qū)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(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性 的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)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(tǒng)、一電子 學系統(tǒng)和一 PC系統(tǒng)，所述探測器系統(tǒng)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(tǒng)讀取所述被檢測粒子的二維位置信息并由所述PC系統(tǒng)對該信息進行顯示； 所述探測器系統(tǒng)包括：一多路讀出單元，置于所述探測器系統(tǒng)內(nèi)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(shù)量可調(diào)，且所述陽極模塊對所述被檢測粒子進行定 位。
2. 根據(jù)權(quán)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(tǒng)還包括： 一氣體電子倍增單元，置于所述探測器系統(tǒng)內(nèi)部，對電離后產(chǎn)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(jù)權(quán)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(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)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(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)內(nèi)部氣體。
6. 根據(jù)權(quán)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(tǒng)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(jù)權(quán)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(tǒng)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(jù)權(quán)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(cè)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(cè)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(jù)權(quán)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(cè)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(cè)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(jù)權(quán)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(tǒng)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(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)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