本發(fā)明涉及一種輻射監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種屏蔽箱。

背景技術(shù)：

自原子彈試驗(yàn)成功，核能的應(yīng)用得到廣泛普及，涉及軍事、醫(yī)療、能源等方面。導(dǎo)致環(huán)境中人工放射性提高，接觸電離輻射的工作人員的輻射防護(hù)和安全也越來越得到關(guān)注。因此，環(huán)境核輻射監(jiān)測勢在必行。環(huán)境核輻射監(jiān)測是指對核設(shè)施周圍環(huán)境中已存在的輻射水平、環(huán)境介質(zhì)中放射性核素的含量，以及為評價(jià)公眾劑量所需的環(huán)境參數(shù)、社會狀況進(jìn)行的監(jiān)測。

目前我國常見環(huán)境劑量儀表的檢測下限一般在20nSv/h，環(huán)境本底下限則在100nSv/h左右。在環(huán)境核輻射監(jiān)測中，環(huán)境劑量監(jiān)測儀表校準(zhǔn)優(yōu)劣決定工作人員的安全。環(huán)境監(jiān)測用儀表檢定規(guī)程(JJG 521-2006)中規(guī)定，環(huán)境級監(jiān)測儀表能量響應(yīng)區(qū)間為50keV～1.5MeV，測量環(huán)境γ輻射的劑量率儀，其量程下限至1×10^-8Gy/h，上限至1×10^-2Gy/h。因此開展環(huán)境監(jiān)測儀表的校準(zhǔn)和形勢評價(jià)需要一個極低的本底水平。

環(huán)境監(jiān)測儀表的校準(zhǔn)與檢定由于環(huán)境本底的居高不下很難監(jiān)測到探測下限，其次建筑材料中含有的氡及其子體也導(dǎo)致室內(nèi)的本底較室外高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種屏蔽箱，可以實(shí)現(xiàn)一個較低本底的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，屏蔽宇宙射線的軟成分和環(huán)境中⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th衰變鏈中各元素的放射性，從而拓展探測器或劑量儀表下限標(biāo)定或刻度，滿足探測使用需求，保證測量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種屏蔽箱，所述屏蔽箱包括：

箱體和屏蔽門，所述屏蔽門安裝在所述箱體上；

所述箱體和屏蔽門均由屏蔽層構(gòu)成，所述屏蔽層包括第一屏蔽層、第二屏蔽層、第三屏蔽層和第四屏蔽層；

其中，所述第一屏蔽層的材質(zhì)為鉛，用于屏蔽環(huán)境中的伽馬射線；

所述第二屏蔽層設(shè)置于所述第一屏蔽層的內(nèi)側(cè)，所述第二屏蔽層的材質(zhì)為鎘，用于吸收鉛K殼層特征X射線和所述屏蔽箱內(nèi)的低能散射射線；

所述第三屏蔽層設(shè)置于所述第二屏蔽層的內(nèi)側(cè)，所述第三屏蔽層的材質(zhì)為不銹鋼，用于吸收鎘的K殼層X射線；

所述第四屏蔽層設(shè)置于所述第三屏蔽層的內(nèi)側(cè)，所述第四屏蔽層的材質(zhì)為聚乙烯，用于慢化并吸收中子。

優(yōu)選的，所述箱體具有屏蔽門安裝面，所述屏蔽門安裝面的上端和底端分別設(shè)有滑軌，所述屏蔽門的上端和底端分別設(shè)有滑槽，所述滑槽上設(shè)有滑輪，所述滑輪在所述滑軌上移動，從而帶動所述屏蔽門在所述箱體上滑移。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述屏蔽門為雙開門，所述雙開門上分別設(shè)有把手。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述屏蔽門的四周設(shè)有屏蔽密封結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第一屏蔽層的厚度為30mm；所述第二屏蔽層的厚度為0.8mm；所述第三屏蔽層的厚度為0.7mm；所述第四屏蔽層的厚度為3mm。

優(yōu)選的，所述箱體包括線纜出口，所述線纜出口的第一端設(shè)置于所述箱體的外壁上，所述線纜出口的第二端設(shè)置于所述箱體的內(nèi)壁上，所述第一端與所述第二端之間由通道連接，所述第一端與第二端不在同一水平位置。

優(yōu)選的，所述屏蔽箱用于屏蔽能量范圍為100keV～300keV的低能散射射線和能量為73keV的鉛K殼層特征X射線。

本發(fā)明實(shí)施例提供的屏蔽箱，可以實(shí)現(xiàn)一個較低本底的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，屏蔽宇宙射線的軟成分和環(huán)境中⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th衰變鏈中各元素的放射性，從而拓展探測器或劑量儀表下限標(biāo)定或刻度，滿足探測使用需求，保證測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的屏蔽箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的箱體的局部結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4A為本發(fā)明實(shí)施例提供的50keV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖4B為本發(fā)明實(shí)施例提供的100keV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖4C為本發(fā)明實(shí)施例提供的200keV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖4D為本發(fā)明實(shí)施例提供的500keV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖4E為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.0MeV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖4F為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.5MeV點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5A為本發(fā)明實(shí)施例提供的50keV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5B為本發(fā)明實(shí)施例提供的100keV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5C為本發(fā)明實(shí)施例提供的200keV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5D為本發(fā)明實(shí)施例提供的500keV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5E為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.0MeV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖5F為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.5MeV點(diǎn)源在無鎘屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6A為本發(fā)明實(shí)施例提供的50keV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6B為本發(fā)明實(shí)施例提供的100keV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6C為本發(fā)明實(shí)施例提供的200keV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6D為本發(fā)明實(shí)施例提供的500keV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6E為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.0MeV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖6F為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.5MeV點(diǎn)源在無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7A為本發(fā)明實(shí)施例提供的50keV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7B為本發(fā)明實(shí)施例提供的100keV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7C為本發(fā)明實(shí)施例提供的200keV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7D為本發(fā)明實(shí)施例提供的500keV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7E為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.0MeV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖；

圖7F為本發(fā)明實(shí)施例提供的1.5MeV點(diǎn)源在無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的屏蔽箱為環(huán)境監(jiān)測儀表的校準(zhǔn)與檢定提供了一個較低本底的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足探測使用需求，保證測量精度。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的屏蔽箱的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的屏蔽箱包括：箱體1和屏蔽門2。

屏蔽門2安裝在箱體1上，其中，屏蔽門2可以為雙開門，為了方便屏蔽門2的開啟和關(guān)閉雙開門上分別設(shè)有把手3，操作人員可以通過左右滑移雙開門來實(shí)現(xiàn)屏蔽門2的開啟或關(guān)閉。

具體的，箱體1的正面為屏蔽門安裝面11，屏蔽門安裝面11的上端和底端分別設(shè)有滑軌(圖中未示出)，屏蔽門2的上端和底端分別設(shè)有滑槽(圖中未示出)，滑槽上設(shè)有滑輪，滑輪在滑軌上移動，從而帶動屏蔽門2在箱體1上左右滑移，實(shí)現(xiàn)屏蔽門2的開啟或關(guān)閉。

為了屏蔽宇宙射線的軟成分和環(huán)境中⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th衰變鏈中各元素的放射性，箱體1和屏蔽門2均由屏蔽層構(gòu)成，如圖2所示，屏蔽層包括第一屏蔽層12、第二屏蔽層13、第三屏蔽層14和第四屏蔽層15。

其中，第一屏蔽層12為主屏蔽層，第一屏蔽層12的材質(zhì)為鉛，用于屏蔽環(huán)境中的伽馬射線。但鉛屏蔽層本身能產(chǎn)生次級X射線或者特征X射線，將影響環(huán)境儀表的校準(zhǔn)檢定，因此在鉛屏蔽層內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了第二屏蔽層13、第三屏蔽層14和第四屏蔽層15。

第二屏蔽層13設(shè)置在第一屏蔽層12的內(nèi)側(cè)，第二屏蔽層13的材質(zhì)為鎘，用于吸收能量為73keV的鉛K殼層特征X射線以及屏蔽箱內(nèi)的能量范圍為100keV～300keV低能散射射線。

第三屏蔽層14設(shè)置于第二屏蔽層13的內(nèi)側(cè)，第三屏蔽層14的材質(zhì)為不銹鋼，用于吸收能量為22keV鎘的K殼層X射線。

第四屏蔽層15設(shè)置于第三屏蔽層14的內(nèi)側(cè)，第四屏蔽層15的材質(zhì)為聚乙烯，用于慢化并吸收中子。

屏蔽層材料的種類以及厚度也決定著本底放射性強(qiáng)弱，在本例中，第一屏蔽層12的厚度優(yōu)選為30mm；第二屏蔽層13的厚度優(yōu)選為0.8mm；第三屏蔽層14的厚度優(yōu)選為0.7mm；第四屏蔽層15的厚度優(yōu)選為3mm。

此外，為了保證屏蔽箱的密封性，在屏蔽門2的四周設(shè)有屏蔽密封結(jié)構(gòu)，有效的防止環(huán)境中的宇宙射線從屏蔽門2和箱體1的連接處進(jìn)入。

屏蔽箱體1積的大小定著安裝X射線管、儀表、過濾盤以及走線的位置空間，箱體1的內(nèi)壁尺寸優(yōu)選為1200mm×800mm×800mm，為了達(dá)到高效屏蔽，防止環(huán)境中的宇宙射線從箱體1上的線纜出口4進(jìn)入，線纜出口4采用迷宮設(shè)計(jì)，具體如圖3所示，線纜出口4的第一端41設(shè)置在箱體1的外壁上，線纜出口4的第二端42設(shè)置在箱體1的內(nèi)壁上，第一端41與第二端42之間由通道連接，第一端41與第二端42不在同一水平位置，從而避免環(huán)境中的宇宙射線從線纜出口4進(jìn)入。

為校驗(yàn)屏蔽箱對X射線的影響，將屏蔽箱放置在底座(圖中未示出)上，其中，底座采用不銹鋼制作，底座距離地面600mm；再將光學(xué)平臺、導(dǎo)軌及載物臺等組件放置在屏蔽箱中，光源選用鎢靶X射線管和241Am、137Cs和60Co等放射源，能量范圍為10keV～300keV。在校驗(yàn)屏蔽箱對散射X射線的屏蔽過程中，使用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)分別模擬50keV、100keV、200keV、500keV、1.0MeV、1.5MeV能量的各向同性點(diǎn)源，光子數(shù)為10⁸個，設(shè)置在屏蔽箱的中央，在水平高度上距點(diǎn)源30cm處設(shè)置一個半徑為5cm的點(diǎn)探測器，屏蔽箱設(shè)置1024個點(diǎn)，分別對不銹鋼-聚乙烯、鎘-聚乙烯、鎘-不銹鋼和無屏蔽條件下的散射能譜進(jìn)行模擬，并與完全屏蔽對比?？傆?jì)數(shù)比例為散射X射線計(jì)數(shù)與總光子數(shù)之比，散射光子比例為相對應(yīng)能量下計(jì)數(shù)與散射X射線計(jì)數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果如表2所示。

表2 不同模擬條件下散射光子比例

結(jié)果表明，在完全屏蔽情況下，散射光子的比重在4％～6％之間。散射光子的比重對于不同屏蔽條件和不同能量不敏感，無明顯趨勢。

為驗(yàn)證各層屏蔽材料對X射線的散射影響，使用origin軟件繪制散射光子能量與計(jì)數(shù)比例的關(guān)系圖，如圖4A-圖7F所示。圖4A-圖4F、圖5A-圖5F、圖6A-圖6F、圖7A-圖7F分別為不同能量的點(diǎn)源在無屏蔽和完全屏蔽、無鎘屏蔽和完全屏蔽、無不銹鋼屏蔽和完全屏蔽、無聚乙烯屏蔽和完全屏蔽條件下的X射線能量分布對比圖，其中，點(diǎn)源的能量分別為50keV、100keV、200keV、500keV、1.0MeV、1.5MeV。從圖中可以看出，在完全屏蔽中，散射射線主要由主屏蔽的低能散射射線和鉛的K殼層特征X射線組成，鎘的K殼層特征X射線基本沒有，隨著能量的增加，主屏蔽的低能散射射線能量也在上升；完全屏蔽與無鎘屏蔽相比，鉛的特征X射線得到明顯減弱，鎘有效屏蔽了鉛的特征X射線和主屏蔽的低能散射射線；在完全屏蔽與無不銹鋼屏蔽相比，鎘的特征X射線被不銹鋼有效吸收；聚乙烯則在能量較低時更好地減少主屏蔽的低能散射射線。

使用MCNP建立模型，在箱內(nèi)中心依次模擬能量為0.5MeV、1.0MeV、1.5MeV的3個各向同性源，光子數(shù)為10⁸，在距屏蔽箱外側(cè)6cm處設(shè)置半徑為5cm的點(diǎn)探測器。對存在屏蔽箱和不存在屏蔽箱時計(jì)數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 MCNP模擬屏蔽效果模擬

CANBERRA的InSpector 1000手持?jǐn)?shù)字多道分析器是一個便攜式譜儀，靈敏度高，使用內(nèi)部GM探測器測量劑量率，也可以使用一個外部γ閃爍體探頭測量劑量率、核素標(biāo)識和活度，本例中使用探頭型號為IPROS-2。使用該譜儀在戶外、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、屏蔽箱中分別進(jìn)行10min本底計(jì)數(shù)率和劑量率測量，每10s讀數(shù)一次，結(jié)果取平均值，結(jié)果如表4所示。

表4 本底計(jì)數(shù)率與劑量率

結(jié)果表明屏蔽箱內(nèi)的劑量率已達(dá)到9nSv/h，比較測量數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的本底最高，戶外次之，屏蔽箱內(nèi)最低，計(jì)數(shù)率分別是屏蔽箱內(nèi)的2.91倍、3.80倍；劑量率分別是屏蔽箱的4.6倍、7.3倍。

本發(fā)明實(shí)施例提供的屏蔽箱，提供一種屏蔽箱，可以實(shí)現(xiàn)一個較低本底的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，屏蔽宇宙射線的軟成分和環(huán)境中⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th衰變鏈中各元素的放射性，從而拓展探測器或劑量儀表下限標(biāo)定或刻度，滿足探測使用需求，保證測量精度。此外，在屏蔽箱內(nèi)部做放射性實(shí)驗(yàn)時可以屏蔽射線，保證實(shí)驗(yàn)人員的安全。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。