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一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置，该装置包括一探测器系统、一电子学系统和一PC系统，所述探测器系统接收被检测粒子并进行电离、放大、定位后，由所述电子学系统读取所述被检测粒子的二维位置信息并由所述PC系统对该信息进行显示；所述探测器系统包括：一多路读出单元，置于所述探测器系统内部，所述多路读出单元由多个阳极模块组成，根据探测系统位置分辨能力要求不同，所述阳极模块数量可调，且所述阳极模块对所述被检测粒子进行定位，多路读出单元由多个阳极模块组成，能够判断粒子的二维位置信息。
【专利说明】一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及辐射定位【技术领域】，特别涉及一种位置灵敏型大面积表面污染检测装 置。

【背景技术】
[0002] 表面污染监测仪分为针对人员的表面污染监测仪和针对工作场所的表面污染监 测仪。针对工作人员的表面污染监测仪主要有全身计数器和手脚玷污仪等，针对工作场所 监测仪主要是可移动的便携式表面污染监测仪。工作场所的表面污染监测仪发展基本和全 身计数器的发展同步，早期的工作场所表面污染监测仪也是由正比计数管或者薄窗型闪烁 体式表面污染监测仪器，但是工作场所需要监测的面积相对比较大，而传统的表面污染探 测仪器探测灵敏面积很小，目前正在向大面积的表面污染监测仪器发展。
[0003] 目前，在国内实际应用领域，针对工作场所的便携式表面污染监测仪器发展较缓 慢。大部分仍然采用小面积的塑料闪烁体式表面污染监测仪，应用普遍，生产厂家也很多。 但是由于灵敏面积小，这种表面污染监测仪只能给出工作场所的表面污染水平。针对大面 积工作场所的表面污染监测，能够便携使用的大面积表面污染监测设备，国内的相关研究 滞后。而针对位置灵敏型的表面污染监测设备未见报道。
[0004] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。


【发明内容】

[0005] 针对上述缺陷，本发明提供了一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置，用以解 决上述缺陷。
[0006] 本发明提供一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其包括一探测器系统、一 电子学系统和一 PC系统，所述探测器系统接收被检测粒子并进行电离、放大、定位后，由所 述电子学系统读取所述被检测粒子的二维位置信息并由所述PC系统对该信息进行显示；
[0007] 所述探测器系统包括：一多路读出单元，置于所述探测器系统内部，所述多路读出 单元由多个阳极模块组成，所述阳极模块数量可调，且所述阳极模块对所述被检测粒子进 行定位。
[0008] 其中，所述探测器系统还包括：一气体电子倍增单元，置于所述探测器系统内部， 对电离后产生的电子进行放大，所述气体电子倍增单元为至少一层厚型气体倍增膜。厚型 气体倍增膜对电离产生的电子进行放大，有利于所述多路读出单元对电子的检测。
[0009] 较佳的，所述阳极模块为阳极板，所述多路读出单元由多个条状阳极板横坚铺垫 构成。经气体电子倍增单元处理后的电子入射到阳极板上，可以通过横铺的阳极板读出位 置的高度，坚铺的读出位置的水平位置，同时对应后作为电子的二维位置信息。
[0010] 此外，所述阳极模块还可以为阳极块，所述多路读出单元由多个阳极块铺垫构成。 将气体电子倍增单元处理后的电子入射到阳极块上，电子打在哪个阳极块上就以哪个阳极 块的坐标为该电子的二维位置信息。 toon] 其中，所述的的探测器系统还包括一探测器框架，所述探测器框架固定所述探测 器系统，所述探测器框架包括一进气孔和一出气孔，气体从所述进气孔进入所述探测器系 统并从所述出气孔出来，更换所述探测器系统内部气体。
[0012] 较佳的，所述探测器系统还包括一入射窗，所述入射窗位于所述探测器框架表面， 与所述探测器框架形成一密封空间；所述入射窗与所述气体电子倍增单元之间的距离为 2mm-10mm。所述入射窗能够使得被检测粒子通过，并滤除一定的杂质。
[0013] 较佳的，所述探测器系统至少具有检测α粒子电压、同时检测α与β粒子电压 两种检测电压之一。
[0014] 其中，所述检测α粒子电压为：所述入射窗电压取值范围是-1600V-2500V，所述 厚型气体倍增膜靠近所述入射窗一侧的电压取值范围是-1100V-1300V，所述厚型气体倍 增膜靠近所述多路阳极一侧的电压取值范围是-700V--900V，所述多路读出单元的电压为 0V〇
[0015] 其中，所述同时检测α与β粒子电压为：所述入射窗电压取值范围 是-2000V-3000V，所述厚型气体倍增膜靠近所述入射窗一侧的电压取值范围 是-1350V-1550V，所述厚型气体倍增膜靠所述多路阳极一侧的电压取值范围 是-700V-900V，所述多路读出单元的电压为0V。
[0016] 较佳的，所述探测器系统还包括一电压选择按钮或一电压选择旋钮，用以选择所 述检测电压。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对多路阳极中阳极条或者阳极块数 量的增加，能够根据扩大监测面积；多路阳极采用阳极条或者阳极块，能够判断粒子的二维 位置信息；气体电子倍增单元采用了厚型气体倍增膜（THGEM)，THGEM强度高，成本低，工艺 简单，易制作。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为本发明装置的示意图；
[0019] 图2为本发明阳极板坚直排列的简图；
[0020] 图3为本发明阳极板水平排列的简图；
[0021] 图4为本发明阳极板坚直排列的阳极板η和水平排列的阳极板重叠铺垫的简图；
[0022] 图5为本发明阳极块排列的简图；
[0023] 图6为本发明阳极块排列后按区域划分的简图。

【具体实施方式】
[0024] 参照附图1，根据本发明的大面积表面污染检测装置，对其实施例给出如下说明。
[0025] 本发明提供的大面积表面污染检测装置包括：探测器系统1、电子学系统2以及PC 系统3。
[0026] 所述探测器系统1，接收被检测粒子并进行电离产生电子，并对这些电子进行定 位，产生定位信息；
[0027] 所述电子学系统2,与所述探测器系统1相连，采集所述定位信息，对这些信息处 理后，确定被检测粒子的二维位置信息；
[0028] 所述PC系统3,与所述电子学系统2相连，实时显示粒子的二维位置信息。
[0029] 所述探测器系统1包括入射窗单元11、气体电子倍增单元12、多路读出单元13以 及探测器框架14。
[0030] 所述入射窗单元11位于探测器框架14的表面，与所述探测器框架14 一侧相接， 主要起到密封与透射入射粒子的作用；
[0031] 所述气体电子倍增单元12位于所述探测器框架14的内部空间中，对电离电子起 到倍增放大作用；
[0032] 所述多路读出单元13位于所述探测器框架14的内部，其为多路阳极，采集粒子， 可以为条形读出或单像素读出。经所述气体电子倍增单元12增大后的电子发射至所述多 路阳极上，多路阳极对这些电子进行定位，发出定位信息；
[0033] 所述探测器框架14对所述探测器系统1进行固定，与所述入射窗单元11结合，形 成一密闭空间结构。
[0034] 所述入射窗单元11，其材料为铝膜或栅网加薄塑料膜。铝膜、薄塑料膜厚度均约为 l〇um，是为了让α、β粒子射入，厚度增加的话，粒子无法穿透。膜主要起到密封作用，是因 为整个装置内部充满氩气，气压与外界相同。铝膜坚固，可直接使用不需要栅网，但薄塑料 膜质软，容易破裂，需要加栅网，起到固定、保护薄塑料膜的作用。
[0035] 所述气体电子倍增单元12,其材质为厚型电子倍增膜（THGEM)，该膜采用高速钻 头在一般的印刷电路板打一定规律的小孔而形成。THGEM利用电子雪崩效应对电子起到倍 增放大作用，放大倍数可以达到1000?10000倍。THGEM也可以是多层，根据探测信号大小 不同，层数可调，信号很小时，可以通过多个THGEM多次放大。
[0036] 所述入射窗单元11和所述气体电子倍增单元12存在电压差，所以两者之间的空 间形成一电离区域01，α、β粒子穿过所述入射窗单元11进入所述电离区域01，根据所述 电离区域01中电压的不同，分别对α粒子、β粒子发生电离的电子进行放大收集，电离后 产生电子。当电子经过THGEM时，电子数量被放大。
[0037] 所述的THGEM为厚型的气体电子倍增膜（GEM)，与GEM相比，THGEM强度高，成本 低，工艺简单，国内多家加工PCB板公司均能加工，且两者功能相同，此装置中也可以用GEM 来代替THGHM。
[0038] 所述多路读出单元13为多路阳极，其可以是多个条状组成，也可以是多个块状组 成的，也可以是其他的形状，不同的形状对应不同的后续电路。也可以更换多路阳极。在实 际应用中，可以通过增加阳极板或者阳极块的数量，实现大规模表面污染的监测。多路阳极 确定电子的二维位置信息有多种方式，下面分别进行说明。
[0039] 方式1 :当所述多路读出单元13为条状，则需要多个条状阳极板横坚铺垫，形成多 路阳极。如图2所示，有η个阳极板：阳极板al、阳极板a2........阳极板an，按照坚直排 列的方式进行铺垫，当电子打到阳极板an上时，所述电子的横坐标与阳极板an的横坐标相 同；如图3所示，有η个阳极板：阳极板b 1、阳极板b2........阳极板bn，按照水平排列的 方式进行铺垫，当电子打到阳极板bn上时，所述电子的纵坐标与阳极板bn的纵坐标相同。 如图4所示，将坚直排列的阳极板an和水平排列的阳极板bn重叠铺垫，当电子团簇同时打 到阳极板an、bn上时，通过阳极板an确定其横坐标，通过阳极板bn确定其纵坐标，两者结 合确定电子的二维位置信息。假设有η排水平阳极板，η排坚直阳极板，那么再对电子的二 维位置信息进行统计时，需要对2η路信息进行处理。
[0040] 方式二：当所述多路读出单元13为块状，如图5所示，Cln到Cnn均是阳极块，阳 极块按照点阵的格式进行排列，所以每一个阳极块都有具体的二维位置信息。当电子打到 阳极块Cnn上时，电子的二维位置信息即为该阳极块的二维位置信息。这种方式称作单像 素读出。假设共有n*n个阳极块，那么对电子的二维位置信息进行统计时，需要对n*n路信 息进行处理。
[0041] 方式三：当所述多路读出单元13为块状，但是与方式二不同，并需要确定每一个 阳极块的二维位置信息。如图6所示，由于阳极块按照点阵的形式进行排列，那么每一列水 平排列的阳极块可以看做是一水平放置的阳极板，即阳极块Cll、C12、... Cln可以看做水 平放置阳极板D1，阳极块Cnl、Cn2、. . . Cnn可以看做水平方放置阳极板Dn。同样的，每一列 坚直放置的阳极块可以看做是一坚直排列的阳极板，即阳极块Cll、C21、... Cnl可以看做 坚直放置阳极板E1，阳极块Cln、C2n、... Cnn可以看做坚直放置阳极板En。这样将阳极块 归类之后，当电子打到某一阳极块上，只需要统计这个阳极块对应的水平方向阳极板Dn和 坚直方向阳极板En的坐标，就能够获得该电子的二维位置信息。这种方式下，对电子的二 维位置信息进行统计时，只需要对2n路信息进行处理，相比方式二，信息的处理量明显减 少。
[0042] 所述探测器框架14还包括一个进气孔141和一个出气孔142,氩气通过进气孔 141进入探测器系统1，然后从出气孔142出来，以进行流气式工作。如果进行闭气，封闭过 程麻烦，不容易进行密闭，且随着电子流的放大，气体成分会发生改变，影响最后的测量结 果。所以装置运行前，首先需要进行30分钟的流气式工作，对所述探测器系统1中的气体 进行更新，保证结果的准确性。所谓流气式工作，就是进气孔和出气孔同时通过，一边向探 测器内冲入氩气，一边将被电子雪崩效应改变成分的氩气放出，这样能够在给探测器更换 氩气的同时保持探测器内外气压的平衡，避免因内外大气压的压强差损坏薄膜式入射窗。
[0043] 所述电子学系统2需要处理多路数据，以20*20的平面为例，条状宽度和块状宽度 为1，则条形读出需要获取和处理40路数据，单像素读出需要获取和处理400路数据，使用 集成芯片或者简化电路来处理数据，可以简化内部构造，增加处理速度。
[0044] 如果两个电子流同时打在一个条形块上，就无法确定电子流的位置，因此条形读 出相比于单像素读出的缺点是计数率高时，特别是计数率高于l〇 7/S时，有无法确定位置的 缺陷。为了更加精确二维位置信息，在所述PC系统3处理时采取算法重心法分析，提高粒 子分辨能力，实验时精确到5mm，极限时可以精确到200um。
[0045] 所述探测器系统1至少具有检测α粒子电压、同时检测α与β粒子电压两种检 测电压之一；
[0046] α粒子检测电压：电离区域〇1的宽度为2mm-10mm，入射窗电压取值范围 是-1600V-2500V，THGEM膜靠入射窗单元11的电压取值范围是-1100V-1300V，THGEM膜 靠阳极板的电压取值范围是-700V-900V，阳极板电压为0V。
[0047] α与β粒子同时检测电压：电离区域〇1的宽度为2mm-10mm，入射窗电压取值范 围是-2000V-3000V，THGEM膜靠入射窗单元11的电压取值范围是-1350V-1550V，THGEM 膜靠阳极板的电压取值范围是-700V-900V，阳极板电压为0V。
[0048] 测量时，探测器距离被探测物体约5mm。
[0049] 探测器系统1具有至少两种检测电压，则其还包括一电压选择按钮或一电压选择 旋钮，用以选择检测电压。
[0050] 若探测器具有两种电压，且为α粒子检测电压、α与β粒子同时检测电压，则先 选择α粒子检测电压，若响应则被探测物体有α粒子，若没响应则被探测物体没有α粒 子；再选择α与β粒子同时检测电压，若响应增加，则被探测物体有β粒子，若响应不增 力口，则被探测物体没有β粒子。
[0051] 若探测器单独测量α粒子，系统电压要求较低，如果单独测量β粒子需要提高电 压，但是如果在单独测量β粒子的电压下待检测物体表面还有α粒子，由于α粒子的电 离能太大，系统容易放电，造成THGHM损坏；单独检测β粒子电压较高，此时若被检测物体 有α粒子污染容易造成放电所以没有单独的检测β粒子的电压。选择了一个折中的能同 时测量到α和β的电压。
[0052] 这样探测器具有这两种检测电压，既能检测表面污染中的α与β粒子，又能通过 分析确定表面污染的粒子种类，还能够防止电压过大造成THGEM损坏。
[0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性 的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，包括一探测器系统、一电子 学系统和一 PC系统，所述探测器系统接收被检测粒子并进行电离、放大、定位后，由所述电 子学系统读取所述被检测粒子的二维位置信息并由所述PC系统对该信息进行显示； 所述探测器系统包括：一多路读出单元，置于所述探测器系统内部，所述多路读出单元 由多个阳极模块组成，所述阳极模块数量可调，且所述阳极模块对所述被检测粒子进行定 位。
2. 根据权利要求1所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述探 测器系统还包括： 一气体电子倍增单元，置于所述探测器系统内部，对电离后产生的电子进行放大，所述 气体电子倍增单元为至少一层厚型气体倍增膜。
3. 根据权利要求2所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述阳 极模块为阳极块，所述多路读出单元由多个所述阳极块二维构成。
4. 根据权利要求2所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述阳 极模块为阳极板，所述多路读出单元由多个条状所述阳极板横坚铺垫构成。
5. 根据权利要求3或4所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述 的的探测器系统还包括一探测器框架，所述探测器框架固定所述探测器系统，所述探测器 框架包括一进气孔和一出气孔，保证气体的同时进出，以更换所述探测器系统内部气体。
6. 根据权利要求5所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述探 测器系统还包括一入射窗，所述入射窗位于所述探测器框架表面，与所述探测器框架形成 一密封空间；所述入射窗与所述气体电子倍增单元之间的距离为2_-10_。
7. 根据权利要求6所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述探 测器系统至少具有检测α粒子电压、同时检测α与β粒子电压两种检测电压之一。
8. 根据权利要求7所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述检 测α粒子电压为：所述入射窗电压取值范围是-2000V-3000V，所述厚型气体倍增膜靠近 所述入射窗一侧的电压取值范围是-1350V-1550V，所述厚型气体倍增膜靠所述多路阳极 一侧的电压取值范围是-700V-900V，所述多路读出单元的电压为0V。
9. 根据权利要求8所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述同 时检测α与β粒子电压为：所述入射窗电压取值范围是-1600V-2500V，所述厚型气体倍 增膜靠近所述入射窗一侧的电压取值范围是-1100V-1300V，所述厚型气体倍增膜靠近所 述多路阳极一侧的电压取值范围是-700V-900V，所述多路读出单元的电压为0V。
10. 根据权利要求9所述的位置灵敏型大面积表面污染检测装置，其特征在于，所述探 测器系统还包括一电压选择按钮或一电压选择旋钮，用以选择所述检测电压。
【文档编号】G01T1/169GK104215994SQ201410442873
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】庞洪超, 骆志平, 陈凌, 黄金峰, 王莹, 刘阳, 熊文俊, 韩永超, 郑国文 申请人:中国原子能科学研究院