專(zhuān)利名稱(chēng)：門(mén)式監(jiān)測(cè)器的耐震的閃爍探測(cè)器及其光導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種輻射探測(cè)器，具體地，涉及一種門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器的懸吊和保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器在正常使用時(shí)經(jīng)常承受各種程度的沖擊或振動(dòng)。在某些情況下，沖擊或振動(dòng)的程度可能非常強(qiáng)烈。沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生的有害作用包括高本底計(jì)數(shù)、探測(cè)器的感應(yīng)波譜的干擾，甚至導(dǎo)致探測(cè)器泄漏。
輻射探測(cè)器的現(xiàn)有的沖擊和振動(dòng)隔離系統(tǒng)一般包括可在輻射探測(cè)器上伸縮的彈性保護(hù)罩，或是包圍輻射探測(cè)器的泡沫墊。由于門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器的尺寸限制，這些方法一般不能?chē)L試使用。在許多情況下，探測(cè)器的晶體元件只是簡(jiǎn)單地用反射材料包復(fù)然后插入1毫米厚的不銹鋼殼體中。典型的晶體元件具有2×4英寸的矩形形狀，長(zhǎng)度為16英寸。也可以是另外的形狀，一種常用的變化是4×4英寸的正方形，長(zhǎng)度也是16英寸。這些矩形或正方形的晶體元件一般連接到光電倍增管(PMT)。典型的門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器使用圓形的PMT，其容易得到并具有均勻的分辨率，且分辨率獨(dú)立于光線與光電陰極的相互作用。晶體連接到圓形的PMT，PMT具有偽圓整的矩形光導(dǎo)管，在表面積為8平方英寸的晶體暴露于大約65％的PMT表面積(相對(duì)于3英寸的圓形PMT)的情況下，其效率近似為65％。晶體和PMT一般粘接到光導(dǎo)管的內(nèi)表面，但是由于沖擊、振動(dòng)、溫度變化或其他的現(xiàn)場(chǎng)照射，經(jīng)常分開(kāi)。此外，不銹鋼殼體和可采用的任何內(nèi)部隔離系統(tǒng)一般會(huì)因?yàn)槠渌p作用而降低探測(cè)器在低能量水平下檢測(cè)伽瑪輻射的效果。
最后，用于這類(lèi)探測(cè)器的光導(dǎo)管和光電倍增管(PMTs)未進(jìn)行優(yōu)化以適合光傳導(dǎo)和收集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種耐震的門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器，具有獨(dú)特的懸吊/保護(hù)系統(tǒng)。該探測(cè)器一般包括閃爍晶體(通常是鈉碘化物，摻雜有鉈，但不都是如此)，用于PMT以及閃爍晶體的軸向懸吊系統(tǒng)，用于閃爍晶體的徑向懸吊系統(tǒng)，可保護(hù)晶體免于沖擊和振動(dòng)，并可減少伽瑪衰減；光模擬的光導(dǎo)管，可傳遞晶體產(chǎn)生的光到PMT；正方形的光電倍增管PMT；和包圍晶體的鋁殼體，可進(jìn)一步減少低能伽瑪射線的衰減。
更具體地，示例性實(shí)施例中的晶體可具有矩形或正方形的結(jié)構(gòu)。晶體可以是鈉碘化物晶體，摻雜有鉈(NaI(Tl))。這樣的晶體從1920年就用于輻射探測(cè)器，并具有公知的伽瑪敏感性，光譜分辨率，和光輸出等性質(zhì)。
示例性實(shí)施例中的探測(cè)器結(jié)合了一般用于醫(yī)學(xué)成像的正方形PMT。這種PMT也容易得到，并已知具有優(yōu)良的光譜分辨率等性質(zhì)。探測(cè)器使用石英作為光導(dǎo)管的材料；但是也可以使用具有類(lèi)似折射指數(shù)的材料，如果其具有額外的好處，如降低成本和容易制造等。
探測(cè)器的徑向懸吊系統(tǒng)包括塑料角部支架或?qū)к墸湮挥诰匦尉w的所有4個(gè)縱向角部，沿其長(zhǎng)度的大約90％延伸。這些塑料角部支架可用任何可靠并容易得到的低摩擦系數(shù)的塑料來(lái)制造。塑料角部支架在其內(nèi)表面襯有吸收沖擊泡沫。這種泡沫是黏彈性泡沫，具有高度的沖擊隔離性能，在承受壓縮時(shí)還可以用作振動(dòng)阻尼材料。其他類(lèi)型的泡沫也可采用，只要其適合這些相同的要求。由于角部支架沿晶體的4個(gè)縱向角部安裝，當(dāng)插入殼體時(shí)，將承受一定程度的壓縮，因此使其可阻尼振動(dòng)，以及保護(hù)晶體免受沖擊。此外，類(lèi)似的襯有泡沫的導(dǎo)軌也可以沿晶體的4個(gè)表面設(shè)置，設(shè)置成適當(dāng)?shù)拈g隔以懸吊晶體到所述殼體的內(nèi)部并離開(kāi)側(cè)壁。
探測(cè)器的軸向懸吊系統(tǒng)包括位于晶體遠(yuǎn)離PMT一端的兩個(gè)環(huán)形波彈簧。均勻分配彈簧和晶體載荷的壓縮板位于彈簧的兩側(cè)。軸向懸吊系統(tǒng)還包括圍繞PMT基體的環(huán)形波彈簧。這種軸向懸吊彈簧用于保持晶體、光導(dǎo)管和PMT之間的光耦合?？刹捎门菽瓑|或其他類(lèi)似材料來(lái)連接其他設(shè)計(jì)部件，以實(shí)現(xiàn)圍繞PMT或位于晶體端部的波彈簧的相同作用。
探測(cè)器殼體包括圍繞晶體元件的主體或晶體殼體，和圍繞PMT以及相關(guān)的電子儀器組件的圓柱形罩。主殼體部分可包括薄壁鋁材，這樣將減少發(fā)生伽瑪射線衰減的程度，從而使探測(cè)器可檢測(cè)到低能量水平的伽瑪輻射。此外，通過(guò)結(jié)合如上所述的懸吊系統(tǒng)，晶體偏移開(kāi)殼體壁，因此提供了在受到某種方式?jīng)_擊情況下對(duì)探測(cè)器側(cè)面的額外保護(hù)。最后，由于晶體不密切接觸金屬，空氣隙或絕緣空氣層在晶體和殼體之間形成。因此，晶體不容易受到熱沖擊。
因此，一方面，本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)器，其包括殼體，都支撐于殼體的有4個(gè)縱向延伸角部的細(xì)長(zhǎng)矩形晶體和光電倍增管，沿軸向位于所述光電倍增管平面端和晶體之間的光導(dǎo)管，和多個(gè)沿矩形晶體的各細(xì)長(zhǎng)角部延伸的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)軌，形成了晶體和殼體之間的空氣隙。
另一方面，本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)器，其包括矩形殼體，都支撐于所述殼體的具有4個(gè)縱向延伸角部的細(xì)長(zhǎng)矩形晶體和光電倍增管，沿軸向位于所述光電倍增管和晶體之間的光導(dǎo)管，和多個(gè)沿所述矩形晶體的各細(xì)長(zhǎng)角部延伸的細(xì)長(zhǎng)角部支架；其中光電倍增管的截面形狀基本是正方形，所述光導(dǎo)管具有與所述光電倍增管相接的基本為正方形的表面，和與所述晶體相接的基本為矩形的表面。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)器，其包括殼體，都支撐于所述殼體的具有4個(gè)縱向延伸角部的細(xì)長(zhǎng)矩形晶體和光電倍增管，沿軸向位于所述光電倍增管表面端和晶體之間的光導(dǎo)管，和多個(gè)包括沿晶體延伸的吸收沖擊材料的導(dǎo)軌，形成了晶體和殼體之間的間隙，以保護(hù)晶體免于徑向沖擊和振動(dòng)；多個(gè)彈性件相對(duì)晶體的端部以保護(hù)晶體免于軸向沖擊和振動(dòng)。
在還有的一方面，本發(fā)明涉及一種連接閃爍晶體到光電倍增管的光導(dǎo)管，其包括矩形表面，可與所述閃爍晶體的類(lèi)似形狀的表面接合；和正方形表面，可與所述光電倍增管的類(lèi)似形狀的表面接合。
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。


圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器的前透視圖；圖2是圖1所示的探測(cè)器的側(cè)視圖；圖3是圖1和圖2所示的探測(cè)器的前視圖；圖4是圖1到3所示探測(cè)器的分解透視圖；圖5是圖4中的光導(dǎo)管的透視圖；圖6是圖5所示的光導(dǎo)管的前視圖；圖7是圖6所示探測(cè)器的底視圖。
標(biāo)記10 門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器12 主體或晶體殼體14 PMT罩16 殼體內(nèi)表面18，20 頂壁和底壁22，24 側(cè)壁26 端壁28，30 頂壁和底壁32，34 側(cè)壁
36帶孔的端壁37相對(duì)的端壁38法蘭40螺栓固定件42閃爍晶體44PMT46光導(dǎo)管48矩形表面50表面52正方形表面54表面56，58帶角度的表面60，62成形法蘭64電子儀器組件66電纜套管68塑料角部支架或?qū)к?9吸收沖擊泡沫70，72細(xì)長(zhǎng)的邊表面74，76環(huán)形波彈簧78，80矩形壓縮板88前表面82環(huán)形波彈簧84環(huán)形法蘭86端壁104 探測(cè)器具體實(shí)施方式
首先參考圖1到圖3，門(mén)式檢測(cè)輻射探測(cè)器10包括殼體，殼體包括主體或晶體殼體12和在殼體界面16連接到一起的PMT罩14。殼體的主要部分12一般是細(xì)長(zhǎng)的矩形，具有頂壁18，底壁20，側(cè)壁22，24和端壁26。晶體殼體的相對(duì)端部是擴(kuò)大的，尤其是殼體的高度尺寸；其包括頂壁28，底壁30，側(cè)壁32，34和帶孔的端壁36，其連接到主殼體12的其余部分。相對(duì)的端壁37(也有孔)的尺寸可配合類(lèi)似形狀的法蘭38，法蘭位于圓柱形PMT罩14的一端，便于用螺栓連接件40或其他適當(dāng)方式連接晶體殼體12和PMT罩14。晶體殼體12可用薄壁鋁材來(lái)制造，這樣可降低伽瑪輻射探測(cè)度，使得能夠測(cè)量低能量的伽瑪輻射。
現(xiàn)在參考圖4，探測(cè)器104的內(nèi)部元件以分解的形式顯示。主要部件是閃爍晶體42和設(shè)置其上的PMT44，其黏結(jié)到光導(dǎo)管46的相對(duì)側(cè)。
晶體42顯示出包圍在反射帶中(即聚四氟乙烯(商標(biāo)名稱(chēng)))，其尺寸和形狀適合安裝到主體或晶體殼體12中，帶有適當(dāng)間隙以容納懸吊系統(tǒng)，這在后面介紹。晶體本身是鈉碘化物晶體，摻雜有鉈(NaI(Tl))。晶體的典型測(cè)量尺寸是2英寸寬，4英寸深和16英寸長(zhǎng)?；蚴?，4英寸寬，4英寸深，16英寸長(zhǎng)。這些特定尺寸不是排他性的，而是表示所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)采用來(lái)制造輻射探測(cè)器的常用邊界尺寸。
示例性實(shí)施例中的PMT44的形狀是正方形，可用于2×4×16英寸的晶體型探測(cè)器，可采用3×3英寸的正方形PMT。
光導(dǎo)管46(見(jiàn)圖5到7)設(shè)置在晶體42和PMT44之間，具有矩形表面48，用來(lái)接合晶體的類(lèi)似形狀表面50，和正方形表面52，用于接合PMT的類(lèi)似形狀表面54。這意味著，根據(jù)上面提到的尺寸，從晶體8平方英寸表面積的發(fā)光將光耦合到光導(dǎo)管的9平方英寸的表面積，使光傳輸最大化。形成一定角度的表面56，58在矩形表面48的后側(cè)和矩形表面52之間延伸，形成沿光導(dǎo)管的垂直側(cè)邊的凸緣60，62。進(jìn)行裝配時(shí)，光導(dǎo)管46位于如圖4所示的位置，通過(guò)位于相對(duì)表面48和52上的普通光凝膠耦合晶體42到PMT44。如現(xiàn)有技術(shù)已知道的，光導(dǎo)管傳輸晶體42產(chǎn)生的光線到PMT44。PMT44的相對(duì)端連接到傳統(tǒng)的電子儀器組件64，其安裝時(shí)從PMT罩14的遠(yuǎn)端凸出，如圖2清楚地顯示，組件帶有從電纜套管66延伸的電纜(未顯示)。
塑料角部支架或?qū)к?8(4個(gè)中顯示出3個(gè))沿晶體42的4個(gè)角邊設(shè)置，并在晶體長(zhǎng)度的大約90％上延伸。各角部支架包括一對(duì)細(xì)長(zhǎng)的邊表面70，72，設(shè)置成互相正交，以便接合晶體的各正交的角邊。角部支架68的內(nèi)表面襯有吸收沖擊泡沫，如黏彈性的泡沫69，其具有高度的沖擊隔離性能。當(dāng)承受壓縮時(shí)還可用于阻尼振動(dòng)。在這點(diǎn)上，完全安裝好的探測(cè)器中的角部支架承受沿基本正交于晶體42的縱軸線的方向的壓縮。支架68本身可用任何適當(dāng)?shù)牡湍Σ料禂?shù)的塑料材料制造，以便于滑動(dòng)插入晶體42到主殼體12。這樣的設(shè)置還提供了晶體和殼體之間在晶體的全部4個(gè)側(cè)面的空氣隙。該絕緣空氣層提供了晶體的熱和沖擊的額外保護(hù)。在可選實(shí)施例中，沿晶體的4個(gè)表面設(shè)置通常是類(lèi)似的襯有泡沫的導(dǎo)軌，可以設(shè)置或不設(shè)置角部支架或?qū)к墶?br> 探測(cè)器懸吊系統(tǒng)還包括一對(duì)環(huán)形波彈簧74，76，沿徑向位于一對(duì)矩形壓縮板78，80(即厚度為0.030英寸的不銹鋼板)之間。彈簧為適當(dāng)?shù)慕饘?，但也可以是陶瓷。這些板和彈簧組件沿徑向位于晶體14的前表面88和殼體12的前端壁26之間。類(lèi)似的但較大直徑的環(huán)形波彈簧82也圍繞電子儀器組件64的一端設(shè)置，夾在環(huán)形法蘭84和PMT罩14的端壁86之間。因此，通過(guò)徑向懸吊系統(tǒng)不僅使晶體42免于沖擊和振動(dòng)，而且通過(guò)軸向懸吊系統(tǒng)，使晶體42和PMT44與光導(dǎo)管46的耦合最大化。應(yīng)當(dāng)理解，波彈簧74，76和82可用適當(dāng)?shù)呐菽瓑|或其他適當(dāng)?shù)膹椥约?lái)代替。
對(duì)上述探測(cè)器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)確定了使用上面介紹的晶體、PMT和光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)實(shí)際上未產(chǎn)生光譜分辨率或光輸出的損失。
所介紹的探測(cè)器可用于伽瑪輻射探測(cè)器，置于殼體中并設(shè)置到人員、車(chē)輛、貨物或其他類(lèi)似物體通過(guò)的門(mén)式結(jié)構(gòu)附近。該探測(cè)器還適合設(shè)置到可產(chǎn)生大量振動(dòng)的門(mén)式結(jié)構(gòu)，如火車(chē)或類(lèi)似物體的附近。
盡管已經(jīng)通過(guò)被認(rèn)為是最實(shí)際和最優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，相反地，應(yīng)覆蓋各種改進(jìn)和等效設(shè)置，這些都未脫離附屬權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種輻射探測(cè)器(10)，其包括矩形殼體(12)，都支撐于所述殼體的具有4個(gè)縱向延伸角部的細(xì)長(zhǎng)矩形晶體(42)和光電倍增管(44)，沿軸向位于所述光電倍增管(44)和晶體(42)之間的光導(dǎo)管(46)，和多個(gè)沿所述矩形晶體的各所述細(xì)長(zhǎng)角部延伸的細(xì)長(zhǎng)角部支架(68)；其中所述光電倍增管(44)的截面形狀基本是正方形，所述光導(dǎo)管(46)具有與所述光電倍增管相接的基本為正方形的表面(52)，和與所述晶體相接的基本為矩形的表面(48)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器，其特征在于，所述各角部支架(68)在其內(nèi)部表面襯有吸收沖擊的泡沫材料(69)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器，其特征在于，所述角部支架(68)由低摩擦系數(shù)的塑料材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器，其特征在于，所述光電倍增管(44)是正方形的，其中所述殼體包圍所述光電倍增管(44)的部分(14)的截面進(jìn)行了圓整。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輻射探測(cè)器，其特征在于，所述探測(cè)器還包括電子儀器組件(64)，其固定到所述光電倍增管(44)的相對(duì)端部，所述電子儀器組件包括環(huán)形法蘭(84)，和軸向接合到所述環(huán)形法蘭(84)和所述光電倍增管罩(14)的相對(duì)端部之間的環(huán)形波彈簧(82)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器，其特征在于，所述探測(cè)器還包括位于所述晶體一端的一對(duì)環(huán)形波彈簧(74，76)，沿軸向位于所述殼體和所述晶體之間。
7.一種連接閃爍晶體到光電倍增管的光導(dǎo)管(46)，其包括矩形表面(48)，可與所述閃爍晶體的類(lèi)似形狀的表面接合；和正方形表面(52)，可與所述光電倍增管的類(lèi)似形狀的表面接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光導(dǎo)管，其特征在于，所述正方形表面(52)的表面積比所述矩形表面(48)的大。
全文摘要
一種輻射探測(cè)器(10)，其包括殼體(12)，都支撐于殼體的具有4個(gè)縱向延伸角部的細(xì)長(zhǎng)矩形晶體和光電倍增管(44)，沿軸向位于光電倍增管的平面端部和晶體之間的光導(dǎo)管(46)，和多個(gè)沿矩形晶體的各縱向延伸角部延伸的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)軌(68)，形成了晶體和殼體之間的空氣隙。
文檔編號(hào)G01T1/202GK1657973SQ20051000956
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者L·L·克拉克, B·M·帕爾默, J·L·約翰寧, K·D·瓊斯, J·R·威廉斯, A·E·沙爾霍布 申請(qǐng)人:通用電氣公司