一种X射线光子计数型探测器防护系统的制作方法

一种x射线光子计数型探测器防护系统
技术领域
1.本实用新型涉及x射线探测器的防护领域，具体涉及x射线光子计数型探测器的防护系统。


背景技术：

2.随着同步辐射光源的日益普及，为广大科学研究领域提供了不可替代的高亮度、高相干性、低发射度的x射线源。越来越多的基于不同的实验方法学、面向不用的学科领域的光束线站投入使用。而x射线探测器则是同步辐射光束线站必不可少的仪器设备。光子技术型探测器具有单光子探测的能力，信噪比优于其他类型的x射线探测器，虽然价格昂贵，但已经应用于x射线散射、x射线衍射等众多实验方法学中。
3.x射线光子计数型探测器的像素单元特别敏感，如果长时间处于射线照射的状态，会对像素单元造成辐射损伤，造成坏点，降低探测器的使用寿命。当x射线探测器处于待机状态时，需要让探测器处于屏蔽状态。对于应用在普通x光机设备上的探测器，一般可以通过探测器自身的电子学，让探测器处于不工作状态。但是对于同步辐射光源，由于x射线的亮度比x光机高6到9个数量级，因此仅仅依靠探测器自身的电子学功能是不够的，还需要利用不锈钢板（或钨板、铅板等其他重金属板材）放置于探测器前，用于吸收x射线，降低探测器的辐射损伤。同时，x射线直通光也会对x射线光子计数型探测器的像素单元造成损害，在x射线小角散射、x射线衍射实验中，由于用户更关心散射和衍射信号，而直通光不仅容易造成探测器像素单元的辐射损伤，也会导致实验数据的动态比过低。进一步，在x射线小角散射光束线站上，真空腔体和探测器之间存在一段空气区域，也会给散射信号带来额外的噪声，对实验成像结果造成不利影响。
4.目前应用于同步辐射光束线站的x射线探测器屏蔽门一般采用气缸作为执行机构或者采用步进电机和丝杆的传动方式将屏蔽门上下移动。并且屏蔽门为单一金属板依靠支撑件安装在探测器前方；其中举例说明如图1所示，当气缸放气时，不锈钢挡板下移，实现探测器屏蔽门的关闭；当气缸充气时，不锈钢挡板上移，探测器屏蔽门打开。
5.由上述方案带来的缺点在于：
6.1.采用气缸作为执行机构的屏蔽门的开合过程中气缸的冲击力会带来明显的振动，该振动会传递到屏蔽门以及探测器上，影响后续x射线探测器采集图像的分辨率；屏蔽门在开合时所需稳定时间过长，使用户需要等待其稳定后才能开始采集数据；
7.2. x射线直通光对于探测器的损伤无法依靠屏蔽门避免，同时单一金属板使屏蔽门与探测器之间存在空气区域，影响实验成像质量。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于为x射线光子计数型探测器提供防护系统，不仅提供x射线屏蔽门的功能，同时还兼容直通光阻挡、填充惰性保护气体的功能。
9.解决上述技术问题的方案如下：
10.x射线光子技术型探测器的防护系统，包括x射线屏蔽门、直通光阑调节机构、惰性气体腔体。直通光阑调节机构位于惰性气体腔体的上部，而屏蔽门安装于腔体内部。
11.所述x射线屏蔽门采用左右旋一体式滚珠丝杆实现一对x射线屏蔽门的开合。屏蔽门处于开启状态时，x射线探测器的探测区域完全暴露于x射线的照射下；而当屏蔽门处于闭合状态时，屏蔽门完全关闭。上述屏蔽门由左屏蔽门、右屏蔽门组成一对。且一对屏蔽门在前后方向上错开，相距约1mm，屏蔽门闭合时左右屏蔽门有重合区域。
12.所述左右旋一体式丝杆为大导程丝杆，导程一般在5～20mm，丝杆长度一般在200mm～1000mm。
13.所述旋转电机为大力矩高速步进电机或伺服电机，其转速一般为5转/秒～20转/秒。
14.所述x射线屏蔽门响应时间快，能在3秒内实现开启、闭合。
15.所述直通光阑调节机构包括二维精密电控平移台，台面转接板，不锈钢细长杆、不锈钢阻挡圆柱体。二维精密电控平移台安装在惰性气体腔体的上部。通过调节二维精密电控台实现不锈钢圆柱体的二维移动，用于精准地阻挡直通光。
16.所述不锈钢阻挡圆柱体，其直径为1mm～15mm之间，厚度在3～10mm之间，用于吸收直通x射线。
17.所述惰性气体腔体包括不锈钢前挡板，铝合金后挡板，有机玻璃密封组件。惰性气体腔体的侧壁由左肋板、右肋板、上下支撑板构成。腔体的前壁为不锈钢材料的前挡板，前挡板开有方孔，该方孔的尺寸略大于探测器的有效探测区域。
18.所述的惰性气体腔体，其特征在于内部填充惰性气体，如氦气、氩气，也可根据实际情况不填充惰性气体。
19.所述的不锈钢前挡板是镜面，可与光束线站上游的真空腔体或其组件精密贴合在一起。
20.所述的有机玻璃密封组件通过o型胶圈与铝合金后挡板、探测器面板紧密贴合。
21.所述的惰性气体腔体，其特征在于，惰性气体可以通过不锈钢前挡板的方孔进入腔体内，腔体内外没有气压差，且允许一定的气体泄漏，对真空度无要求。
22.本实用新型优点在于：
23.提供x射线屏蔽门的功能，并且能更加快速的完成屏蔽门的开合，方便用户更快的去完成实验，收集实验数据。提供更高的稳定性。在此同时还兼容直通光阻挡，避免射线造成探测器像素单元的辐射损伤，或导致实验数据的动态比过低的问题出现。也能完成填充惰性保护气体的功能，减少散射信号通过空气区域带来额外的噪声。
附图说明
24.图1为目前广泛使用的基于气缸传动的x射线屏蔽门的结构示意图。
25.图2为本实用新型提出的x射线探测器防护系统的结构示意图。
26.图3为本实用新型提出的x射线探测器屏蔽门的结构示意图。
27.图4 为本实用新型提出的直通光阑调节机构示意图。
28.图5 为本实用新型提出的惰性气体腔体的结构示意图。
29.1为探测器底板，2为x射线光子计数型探测器，3为x射线探测器屏蔽门，4为直通光
阑调节机构，5为惰性气体腔体，6为驱动电机，7为左右旋一体式丝杆传动机构，8为右屏蔽门，9为左屏蔽门，10为导轨，11为水平方向电控平移台，12为垂直方向电控平移台，13为台面转接板，14为不锈钢细长杆，15为不锈钢阻挡圆柱体，16为右肋板，17为左肋板，18为上连接板, 19为下连接板, 20为不锈钢前挡板，21为铝合金后挡板，22为有机玻璃密封组件。
具体实施方式
30.不失一般性，以瑞典dectris公司生产的pilatus2m光子计数型探测器为例，介绍本实用新型的具体实施方式。pilatus2m光子计数型探测器的有效探测区域为254mm
×
290mm。
31.如图2所示，pilatus2m探测器2安装在底板1上，惰性气体腔体5位于探测器2前方。x射线屏蔽门3安装于腔体5内部，直通光阑调节机构4安装于腔体5上方。
32.如图3所示，x射线屏蔽门由步进电机6，左右旋一体式滚珠丝杆7，右屏蔽门8，左屏蔽门9，导轨10及其他必要零部件（如紧固螺钉）组成。步进电机6选用日本东方马达公司的pkp235d23a系列步进电机，具备实现1000r/min高速旋转下0.25 n
·
m的力矩输出能力。左右旋一体式滚珠丝杆7的直径为12mm，丝杆导程10mm，丝杆长度500mm。
33.如图3所示，右屏蔽门8和左屏蔽门9分别与左右旋一体式滚珠丝杆7的右旋螺母、左旋螺母连接。左、右屏蔽门前后错开，间距1mm。当步进电机6旋转时，左、右屏蔽门朝相反方向运动，实现屏蔽门3的开合。屏蔽门3闭合时，左右屏蔽门重叠约10mm的区域。步进电机6的转速设置为10转/秒。
34.如图4所示，直通光阑调节机构4由水平方向电控平移台11，垂直方向电控平移台12，台面转接板13，不锈钢细长杆14，不锈钢阻挡圆柱体15组成。具备实现不锈钢阻挡圆柱体15二维位置调节的能力。
35.如图5所示，惰性气体腔体5由右肋板16，左肋板17，上连接板18, 下连接板19, 不锈钢前挡板20，铝合金后挡板21，有机玻璃密封组件22组成。
36.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。