新型核辐射闪烁探测器的制作方法

1.本发明涉及核辐射探测技术领域，具体为一种新型核辐射闪烁探测器。


背景技术：

2.核探测器是核辐射探测仪器和设备的主要组成部分，其技术水平从根本上决定了核辐射探测仪器的技术性能，因此研究新型核探测器是核监测领域的重要课题。核探测器的作用是将核辐射能量转换为可分析、测量的电信号。核探测器的种类很多，其特点也各有所长，其中闪烁探测器以其独特的性能被广泛应用于测量γ辐射,常见闪烁探测器的结构见图1。
3.闪烁探测器的工作过程是：a.射线进入到闪烁体中与闪烁体相互作用，使闪烁体的原子、分子电离和激发；b.被电离、激发的原子、分子退激时，一部分电离、激发能量以光辐射的形式释放出来，形成闪烁；c.闪烁荧光的大部分被收集到光电倍增管的光阴极上；d.光子被光电阴极吸收后，发射出光电子；e.光电子在光电倍增管中倍增，倍增的电子束在阳极上被收集，产生输出信号；f.射极跟随器对信号处理、输出。
4.闪烁探测器在应用中存在许多固有不足，比如需要高稳定度的高压电源，不耐机械冲击，容易老化，价格比较昂贵，不适合在强电磁场、强辐射场中工作等。


技术实现要素：

5.针对闪烁探测器存在的固有不足，本发明对其光电转换器件进行了深入研究，确立了研制新型闪烁探测器的技术方案，新型闪烁探测器克服了闪烁探测器的缺点和不足，具有体积小，功耗低，不需直流高压，进入稳定状态所需时间短，性能稳定，抗干扰能力强，特别适合野战作业优点。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种新型核辐射闪烁探测器，包括nai(tl)晶体、光导、硅光电二极管、i-f变换电路，所述光导设在nai(tl)晶体和硅光电二极管之间，所述硅光电二极管与i-f变换电路相连，所述i-f变换电路上设有低压电源接口；在所述nai(tl)晶体、光导、硅光电二极管光敏面之间的接触面上都设有光学耦合剂, 在所述nai(tl)晶体内填充一层氧化镁粉末，漫散射氧化镁粉末使得光子经过多次反射，仍能到达光敏面上而被吸收。
7.优选地，所述nai(tl)晶体的尺寸为φ13
×
30mm。
8.优选地，所述光导主体呈锥形，其靠近所述nai(tl)晶体的一端直径大于靠近硅光电二极管一端的直径，由于闪烁体面积比硅光电二极管光敏面面积大，因此采用锥形光导能将光子尽可能多地传到光敏面上。
9.优选地，所述i-f变换电路包括第一电容、第二电容、电阻、电源、电荷泵、施密特触发器、控制器、单稳态成形电路、单片机及液晶显示器；所述第一电容的一端连接电源正极，另一端连接电阻，所述电阻的另一端连接电源负极，所述第二电容、电荷泵的一端连接所述电源负极，所述第二电容的另一端连接施密特触发器，所述电荷泵的另一端连接控制器，所
述单稳态成形电路与控制器连接，所述单片机及液晶显示器连接在单稳态成形电路的输出端；该i-f变换电路采用电荷泵电路代替开关元件，大大提高了i-f变换电路的灵敏度和稳定性，并克服了零点漂移问题。
10.本发明的有益效果在于：新型闪烁探测器克服了闪烁探测器的缺点和不足，具有体积小、功耗低、不需直流高压、进入稳定状态所需时间短、性能稳定、抗干扰能力强、特别适合野战作业的优点。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为现有核辐射闪烁探测器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种新型核辐射闪烁探测器的结构示意图；图3为本发明实施例提供的i-f变换电路示意图。
13.附图标记说明：1、闪烁体；2、光导；3、光阴极；4、光屏蔽；5、信号输出端；6、高压电源；7、nai(tl)晶体；8、硅光电二极管；9、硅光电二极管；10、i-f变换电路；11、电荷泵；12、施密特触发器；13、控制器；14、单稳态成形电路；15单片机；16、液晶显示器。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例1，如图1至图3所示，一种新型核辐射闪烁探测器，包括nai(tl)晶体8、光导2、硅光电二极管9、i-f变换电路10，光导设在nai(tl)晶体8和硅光电二极管9之间，硅光电二极管9与i-f变换电路10相连， i-f变换电路9上设有低压电源接口7；nai(tl)晶体8的尺寸为φ13
×
30mm；光导2主体呈锥形，其靠近nai(tl)晶体8的一端直径大于靠近硅光电二极管9一端的直径，在nai(tl)晶体8、光导2、硅光电二极管9光敏面之间的接触面上都设有光学耦合剂。
16.由于nai（tl）晶体发射光谱的最强波长为415nm，因此必须使硅光电二极管的光谱范围与nai（tl）晶体的最强波长尽可能匹配，以获得高的光电子产额，硅光电二极管和光电倍增管相比没有内放大作用，光电信号很弱，难以探测，因此必须要求硅光电二极管的暗电流很小和前置电路的噪声很低。经过性能对比和实验筛选，本实施例选用hamamatsu公司生产的g1127-02型gaasp光电二极管。g1127-02型gaasp光电二极管的主要性能见表1。
17.表1
i-f变换电路10包括第一电容、第二电容、电阻、电源、电荷泵11、施密特触发器12、控制器13、单稳态成形电路14、单片机15及液晶显示器16；第一电容的一端连接电源正极，另一端连接电阻，电阻的另一端连接电源负极，第二电容、电荷泵11的一端连接电源负极，第二电容的另一端连接施密特触发器12，电荷泵11的另一端连接控制器13，单稳态成形电路14与控制器13连接，单片机15及液晶显示器16连接在单稳态成形电路14的输出端；nai(tl)晶体在γ射线照射下发出荧光，经过光导被gaasp光电二极管接收，光电二极管有光电流产生，对高输入阻抗运算放大器的电容进行充电，当p点到达某一预定电位时，触发施密特电路，输出一个脉冲，同时通过控制电路输出一个窄脉冲，打开电荷泵，使电容c放电。窄脉冲通过后，电荷泵关闭，此时电容c上的电荷被放掉了一小部分，p点电位下降到预定值以下。电荷泵关闭后，电容c被继续充电，p点电位再次上升到预定值，再次触发施密特电路，重复以上过程。于是输出一系列脉冲，经单稳态成形电路形成5v、200μs宽的标准脉冲，以20ma电流环的形式输出。该电路测量范围宽，仪器不必换档，最小能够测量到10-13a ，灵敏度大于20cpm/10-12a，用恒流源测定电路的非线性为3%，零点漂移造成的频率变化小于0.3%。
18.新型闪烁探头与现有nai(tl)闪烁探头性能比较见表2表2：
ꢀꢀ
体积(cm)直流高压功耗进入稳定状态所需时间长期稳定性磁场屏蔽价格新型闪烁探测器10
×7×
2.8不需要低5min《0.05%不需要4000传统闪烁探测器φ6.5
×
30需要高30min-2h1%需要4900 主要技术指标：
①ꢀ
灵敏度：0.0867μgy/pulse
②ꢀ
量程：50μgy/h—1gy/h可测上限：1gy/h可测下限：50μgy/h
③
长期稳定性： 《0.05$小时稳定性：《0.05%
③ꢀ
量响应：为nai（tl）的能响，对低能x、γ射线灵敏度高，对宇宙射线不响应。
19.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。