本發(fā)明涉及高能物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的稀有事例探測(cè)器，具體的說(shuō)為一種本底放射性極低的密封容器。

背景技術(shù)：

1、暗物質(zhì)探測(cè)、中微子探測(cè)等稀有事例粒子探測(cè)實(shí)驗(yàn)是高能物理領(lǐng)域重要的研究方向，所期望的信號(hào)非常微弱與稀少，甚至在10年時(shí)間尺度上只有相當(dāng)于單個(gè)原子衰變強(qiáng)度的信號(hào)，探測(cè)器本身的放射性水平對(duì)探測(cè)靈敏度有決定性影響，需要嚴(yán)格控制。并且隨著研究的深入，對(duì)探測(cè)器材料本底的要求也日益嚴(yán)格，降低探測(cè)器材料中的本底放射性是這個(gè)領(lǐng)域永恒的追求。在極深地下實(shí)驗(yàn)室中，宇宙射線(xiàn)經(jīng)過(guò)數(shù)千米巖石的阻擋衰減后帶來(lái)的本底已經(jīng)大幅降低甚至可以忽略，從而粒子探測(cè)器本身的結(jié)構(gòu)材料、功能材料、元器件等帶來(lái)的本底放射性占比越來(lái)越高，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度有重要影響。在高能物理實(shí)驗(yàn)根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，粒子探測(cè)器的靈敏度與探測(cè)介質(zhì)質(zhì)量、運(yùn)行時(shí)間的平方根成正比，與本底事例率的平方根成反比，降低稀有事例粒子探測(cè)器本底可降低探測(cè)器有效運(yùn)行時(shí)間的需求，有極大的意義。所以低本底材料的測(cè)量、篩選、生產(chǎn)制造一直都是稀有事例實(shí)驗(yàn)的重要工作。

2、由于所探測(cè)的信號(hào)非常微弱且稀少，探測(cè)器本身的放射性水平對(duì)實(shí)驗(yàn)的靈敏度有決定性的影響。隨著研究的深入，對(duì)探測(cè)器材料本底放射性的要求日益嚴(yán)格。降低探測(cè)器材料中的本底放射性是提高實(shí)驗(yàn)靈敏度的關(guān)鍵，也是該領(lǐng)域持續(xù)追求的目標(biāo)。

3、低本底放射性(壓力)容器是稀有事例粒子探測(cè)器的必要部件，例如pandax、lz、xenon等系列暗物質(zhì)探測(cè)器的靶物質(zhì)氙工作在氣液兩相態(tài)，額定設(shè)計(jì)壓力約0.5mpa，額定工作溫度約-100℃，需要低本底放射性壓力容器作為結(jié)構(gòu)件安裝光電倍增管、時(shí)間漂移室等探測(cè)部件并盛放靶物質(zhì)，同時(shí)盡量避免自身帶來(lái)過(guò)多的放射性本底并防止空氣中的放射性氣體kr、rn以及氮、氧、碳、氫等電負(fù)性雜質(zhì)的入侵。next實(shí)驗(yàn)計(jì)劃用設(shè)計(jì)壓力1.5mpa的不銹鋼壓力容器封閉氙氣，然后內(nèi)襯120mm厚無(wú)氧銅屏蔽不銹鋼的放射性?！皌he?exo-200detector,part?i:detector?design?and?construction?published?by?ioppublishing?for?sissa?medialab”exo-200實(shí)驗(yàn)在屏蔽體內(nèi)有無(wú)氧銅雙層容器，之間充滿(mǎn)低本底液體介質(zhì)作為屏蔽材料的同時(shí)又把內(nèi)層容器的壓力載荷傳遞到外層容器。即使對(duì)于純固態(tài)的探測(cè)靶物質(zhì)，比如gerda、cuore等晶體探測(cè)器，也需要真空級(jí)密封的容器，以避免空氣中kr、rn的影響。這些容器質(zhì)量很大且與探測(cè)器的靈敏區(qū)域接近，其放射性本底在探測(cè)器中占比較高，是本底放射性控制的關(guān)鍵之一。

4、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn105047241b公開(kāi)了一種放射性物質(zhì)運(yùn)輸用容器，具有中空結(jié)構(gòu)的密封罐，能夠在保證與鉛相等的射線(xiàn)屏蔽能力的前提下，將密封罐的厚度減小到鉛罐的30％左右，提高了散熱性能，并減輕了重量。

5、在以往制造承壓低本底容器一般選用不銹鋼、純鈦、無(wú)氧銅等金屬材料，并且無(wú)氧銅在以往經(jīng)驗(yàn)中比不銹鋼、純鈦的本底放射性更低，這些金屬材料可以大規(guī)模生產(chǎn)，本底放射性具有一定的穩(wěn)定性，用不銹鋼、純鈦制造壓力容器的技術(shù)很成熟，無(wú)氧銅用作壓力容器材料雖然有較多的技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子束焊接技術(shù)的發(fā)展與普及，無(wú)氧銅壓力容器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)也趨向于成熟。非承壓容器可以選用有機(jī)玻璃制造，比如juno江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃采用直徑35m的有機(jī)玻璃球盛放2萬(wàn)噸液體閃爍體，deap3600實(shí)驗(yàn)采用直徑1700mm的有機(jī)玻璃球形容器盛放3500kg液氬。然而，這些不銹鋼、純鈦、無(wú)氧銅等金屬材料的本底放射性是有機(jī)玻璃的千倍甚至更多，進(jìn)一步降低上述金屬材料本底放射性到有機(jī)玻璃的水平尚無(wú)可行的技術(shù)方案。但有機(jī)玻璃為脆性材料，用于制造壓力容器有很大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)稀有事例探測(cè)器容器的本底放射性要求是無(wú)止境的，必須綜合考慮上述低本底放射性材料的力學(xué)性能、制造工藝等，揚(yáng)長(zhǎng)避短，為稀有事例實(shí)驗(yàn)提供本底放射性更低的環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于稀有事例探測(cè)實(shí)驗(yàn)日益苛刻的本底放射性需求，本發(fā)明提出一種三層結(jié)構(gòu)的恒溫容器，既能保持低本底放射性，又能滿(mǎn)足承壓和安全要求的容器。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、第一，本發(fā)明提供了一種用于稀有事例探測(cè)實(shí)驗(yàn)的極低本底放射性恒溫容器，其特點(diǎn)在于，包括：

4、最內(nèi)層容器，由極低本底放射性的有機(jī)玻璃材料制成，用于盛放探測(cè)靶物質(zhì)；

5、中層容器，套裝在所述最內(nèi)層容器外，由低本底金屬材料制成，用于盛放低本底放射性的液體或氣體介質(zhì)，從而將由所述探測(cè)靶物質(zhì)產(chǎn)生的壓力，傳遞至中層容器，同時(shí)，作為屏蔽層，阻擋外界及中層容器本身的放射性；

6、外層容器：套裝在所述中層容器外，為真空容器，提供真空絕熱層，以保持中層容器與最內(nèi)層容器的低溫運(yùn)行。

7、優(yōu)選的，所述最內(nèi)層容器，由上半部分和下半部分兩部分構(gòu)成，所述上半部分包括由下至上依次連接的有機(jī)玻璃上蓋、有機(jī)玻璃接管和有機(jī)玻璃接管法蘭；所述下半部分包括由上至下依次連接的有機(jī)玻璃下法蘭、有機(jī)玻璃筒體和有機(jī)玻璃底板；其中，所述有機(jī)玻璃上蓋與所述有機(jī)玻璃下法蘭相連。

8、優(yōu)選的，所述有機(jī)玻璃容器上部分與有機(jī)玻璃容器下部分之間的密封，采用本體聚合或者環(huán)氧樹(shù)脂粘接的方式實(shí)現(xiàn)氦質(zhì)譜檢漏級(jí)別的密封，漏率低于1×

9、10-12pa·m3/s。

10、優(yōu)選的，所述最內(nèi)層容器運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部壓力低于中層容器0～0.1mpa。

11、優(yōu)選的，所述有機(jī)玻璃接管內(nèi)徑為50～300mm，長(zhǎng)度在500mm至1000mm之間，用于提供熱阻以分隔常溫與低溫區(qū)域。

12、優(yōu)選的，所述有機(jī)玻璃底板置于有機(jī)玻璃支撐架上；所述有機(jī)玻璃支撐架有4個(gè)懸臂，每個(gè)懸臂末端有通孔，用直徑約10mm的低本底懸桿懸掛在壓力容器上法蘭內(nèi)部的掛鉤上；壓力容器上封頭有接管法蘭，與有機(jī)玻璃容器接管法蘭的數(shù)量及位置相對(duì)應(yīng)；接管法蘭、壓力容器上封頭、壓力容器上法蘭、掛鉤共同組成中層容器上蓋。

13、優(yōu)選的，在所述有機(jī)玻璃筒體內(nèi)部安裝有探測(cè)器的時(shí)間漂移室、光電倍增管及溫控環(huán)，所述溫控環(huán)為v型整體結(jié)構(gòu)，由低本底無(wú)氧銅制成，在有機(jī)玻璃容器組件內(nèi)上下布置兩個(gè)，外徑略小于有機(jī)玻璃容器組件內(nèi)徑，為v型整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑約10mm的液氙管道從外部直通溫控環(huán)，離v型底距離10mm～25mm，以保證低溫液態(tài)氙滴入溫控環(huán)，否則低溫液態(tài)氙直接滴落在常溫有機(jī)玻璃上會(huì)引起過(guò)大的熱應(yīng)力損壞有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)。溫控環(huán)邊緣10mm處布置溫度傳感器，約4～6個(gè)均布，其中1個(gè)溫度傳感器盡量靠近液氙管道。液氙滴入溫控環(huán)后，如果溫控環(huán)溫度較高，則液氙直接氣化同時(shí)冷卻溫控環(huán)，氣化的氙溫度較低，會(huì)冷卻附近結(jié)構(gòu)，同時(shí)溫控環(huán)本身為良好的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，自身溫度趨向于均勻化，與氣氙也有較大的接觸面積，且溫度相對(duì)較高的結(jié)構(gòu)低于溫控環(huán)，會(huì)引起對(duì)流換熱，可以有效的、溫和的冷卻有機(jī)玻璃容器組件及內(nèi)部的其他結(jié)構(gòu)。溫控環(huán)下設(shè)置厚度10mm～20mm的采用韌性有機(jī)材料制造的隔熱墊板，可選的材料包括低放射性本底的聚乙烯、聚四氟乙烯等，避免溫控環(huán)直接與有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)接觸，以免引起過(guò)大的熱應(yīng)力。

14、優(yōu)選的，所述中層容器的設(shè)計(jì)壓力范圍為-0.1mpa至1mpa，分別對(duì)應(yīng)探測(cè)介質(zhì)注入前的抽真空工況與探測(cè)器正常工作的額定工況，溫度范圍為-196℃至60℃。

15、優(yōu)選的，所述外層容器的壓力為-0.1mpa至-0.2mpa。

16、第二，本發(fā)明還提供一種用于稀有事例探測(cè)實(shí)驗(yàn)的極低本底放射性恒溫容器的裝配方法，其特點(diǎn)在于，包括：

17、步驟1.將第一波紋管206與有機(jī)玻璃法蘭的密封連接：

18、步驟2.裝入時(shí)間漂移室、光電倍增管等探測(cè)器件后，將有機(jī)玻璃上蓋102與有機(jī)玻璃下法蘭通過(guò)本體聚合或環(huán)氧樹(shù)脂粘接的方式密封連接，從而實(shí)現(xiàn)上半部分與下半部分的密封連接；

19、步驟3.將有機(jī)玻璃支撐架放置在中層容器，封頭上，為最內(nèi)層容器提供支撐力；

20、步驟4.接管法蘭、壓力容器上封頭、壓力容器上法蘭、掛鉤共同組成中層容器上蓋；

21、步驟5降低中層容器上蓋的高度，使第一波紋管伸出接管法蘭外10cm以上，第一波紋管的刀口法蘭與轉(zhuǎn)接法蘭連接，轉(zhuǎn)接法蘭與接管法蘭連接，采用銦絲密封設(shè)計(jì)。

22、步驟6.抬升層容器上蓋和最內(nèi)層容器的高度，緩慢放置到中層容器的下筒體中；

23、步驟7將裝配好的中層容器放入外層容器中，并連接相關(guān)法蘭和管道。

24、第三，本發(fā)明還提供一種用于稀有事例探測(cè)實(shí)驗(yàn)的極低本底放射性恒溫容器的使用方法，其特點(diǎn)在于，包括：

25、步驟1.將第一波紋管與有機(jī)玻璃法蘭的密封連接：

26、步驟2.裝入時(shí)間漂移室、光電倍增管等探測(cè)器件后，將有機(jī)玻璃上蓋與有機(jī)玻璃下法蘭通過(guò)本體聚合或環(huán)氧樹(shù)脂粘接的方式密封連接，從而實(shí)現(xiàn)上半部分與下半部分的密封連接；

27、步驟3.將有機(jī)玻璃支撐架放置在中層容器，封頭上，為最內(nèi)層容器提供支撐力；

28、步驟4.接管法蘭、壓力容器上封頭、壓力容器上法蘭、掛鉤共同組成中層容器上蓋；

29、步驟5降低中層容器上蓋的高度，使第一波紋管伸出接管法蘭外10cm以上，第一波紋管的刀口法蘭與轉(zhuǎn)接法蘭連接，轉(zhuǎn)接法蘭與接管法蘭連接，采用銦絲密封設(shè)計(jì)。

30、步驟6.抬升層容器上蓋和最內(nèi)層容器的高度，緩慢放置到中層容器的下筒體中；

31、步驟7將裝配好的中層容器放入外層容器中，并連接相關(guān)法蘭和管道；

32、步驟8，抽真空；

33、步驟9，預(yù)冷并注入液閃、氣態(tài)氙或液態(tài)氙等介質(zhì)；

34、步驟10，探測(cè)器運(yùn)行；

35、步驟11，回收介質(zhì)，完成運(yùn)行。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

37、1)極大降低了探測(cè)器容器自身的放射性活度，對(duì)探測(cè)器的靈敏度有明顯的改善效果。

38、2)本發(fā)明采用多層容器設(shè)計(jì)(最內(nèi)層、中層、外層)以實(shí)現(xiàn)極低本底放射性和恒溫控制，通過(guò)精確控制內(nèi)部壓力和溫度，以適應(yīng)稀有事例探測(cè)的需求。

39、3)本發(fā)明采用特定的密封方法和支撐結(jié)構(gòu)，達(dá)到氦質(zhì)譜檢漏級(jí)別的密封