專利名稱：用于輻射探測的橢圓形充氣式探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充氣式輻射探測器，更具體地涉及填充有HE-3的中子輻射探測器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
充氣式探測器通常包括填充有氣體(如空氣或氦氣)的腔室和兩個電壓板或電極。正電極即陽極通常是沿著腔室的縱向中心軸線來定位的導(dǎo)線，其對外殼來說是電絕緣的。外殼自身通常包括負電極即陰極。
所進入的輻射會與探測器的壁或腔室中的氣體微粒產(chǎn)生相互作用，并且產(chǎn)生離子對。當在電極之間施加電壓時，正離子被吸引到帶負電荷的陰極上，而電子被吸引到帶正電荷的陽極上。電荷聚集在陽極上，導(dǎo)致電路中的電壓發(fā)生變化。電壓變化或脈動導(dǎo)致電流在外電路中流動，從而允許探測到電離輻射的存在。
現(xiàn)有充氣式輻射探測器通常采用長圓柱管的形式。在許多應(yīng)用中，這些探測器以需要服從沿著探測器縱向軸線的輻射相互作用的位置的方式來使用。在其它情況下，可以使用多個探測器的陣列。在這種情況下，非常希望能實現(xiàn)垂直于縱向軸線的輻射探測器的水平定向。這種水平分辨率受到若干因素的限制。其中之一是這些探測器相互之間設(shè)置成有多緊密。另一因素是探測器內(nèi)的氣體壓力，其將有助于確定探測器內(nèi)發(fā)生輻射互作用的可能性。另外，輻射必須穿越的路徑長度也將有助于確定該相互作用的可能性。對于圓柱形管的設(shè)計而言，探測器外半徑上的相互作用的效率顯著降低。
需要有一種獨特的充氣式輻射探測器，其能夠優(yōu)化路徑長度、充氣壓力和探測器間距，從而得到提高的水平分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種充氣式探測器，例如填充有HE-3的探測器，其具有沿著至少其整個感測長度的橢圓形狀(帶有長軸和短軸)。另外，沿著探測器的整個長度尺寸沒有任何突出到沿其短軸的橢圓尺寸之外的突起。因此，該橢圓形狀允許相鄰的探測器陽極具有更緊密的間距(當結(jié)合到多探測器陣列中時)，同時最大限度地提高了通過橢圓長軸的效率。這將允許多探測器的使用者實現(xiàn)輻射探測的最大效率，以及最大的可能水平探測分辨率。探測器尺寸可以有很大的變化，只要保持可區(qū)分的長軸和短軸即可。根據(jù)特定的最終用途的需求，可以采用多種探測器長度。氣體壓力還可根據(jù)所需的探測器效率和探測器中的長軸長度而變化。
根據(jù)最終用途的應(yīng)用，探測器還可具有傳統(tǒng)的從探測器的一端或兩端伸出的陶瓷-金屬密封件。這些陶瓷-金屬密封件允許來自內(nèi)部陽極導(dǎo)線的信號傳導(dǎo)至某些外部的電荷測量/處理器件中。
因此，就其更廣泛的方面來說，本發(fā)明涉及一種輻射探測器，其包括填充有高壓氣體的外殼、陽極和陰極；外殼具有等于或小于外殼整個長度尺寸的感測長度，外殼至少沿其整個感測長度具有均勻的橢圓形截面。
在另一方面，本發(fā)明涉及由相鄰的充氣式輻射探測器組成的陣列，各探測器均包括填充有高壓氣體的外殼、陽極和陰極；各外殼具有等于或小于外殼的整個長度尺寸的感測長度，外殼至少沿其整個感測長度具有均勻的橢圓形截面。
下面將結(jié)合以下附圖來詳細地描述本發(fā)明。


圖1是典型的充氣式輻射探測器的示意圖；
圖2是已知的圓柱形充氣式輻射探測器的水平定向陣列的示意性截面圖；和圖3是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的橢圓形充氣式輻射探測器的水平陣列的示意性截面圖。
圖中各標號的含義如下10輻射探測器；12外殼(和陰極)；14陽極；16電壓源；18電流測量器件或電荷靈敏放大器；20輻射探測器；22外罩或外殼(和陰極)；24陽極。
具體實施例方式
現(xiàn)在來看圖1，典型的充氣式輻射探測器10包括填充有氣體的大致圓柱形外殼12，并包括沿著探測器的縱向軸線居中設(shè)置的內(nèi)部陽極14。陽極14可以是普遍用于充氣式輻射探測器中的導(dǎo)線。探測器的外殼12還用作負電極即陰極。
進入探測器10中的帶電粒子如中子、X射線或伽馬射線從氣體原子中剝離出電子，從而產(chǎn)生帶正電荷的離子和帶負電荷的電子。由電極上的幾百伏或更高電壓所產(chǎn)生的電場將離子吸引至負電極即陰極12上，并將電子吸引至正電極即陽極14上。電子流產(chǎn)生了電流脈沖，其為探測信號。為此，在電路中的電壓源16和陰極12之間設(shè)有電流測量器件或電荷靈敏放大器18。電場的大小確定了探測器的工作模式。因此，隨著電場的增強，探測器可分別作為電離室、比例計數(shù)器或蓋革計數(shù)器而工作。
如上所述，存在著需要多探測器的陣列的情況，并且在許多情況下非常希望能實現(xiàn)探測器的水平定向。在圖2中顯示了處于該水平定向中的探測器10的陣列。可以看到，對于這種定向而言，陽極間距即相鄰探測器的陽極之間的水平間距等于d1。該距離和探測器內(nèi)部的填充氣體的壓力一起部分地決定了探測器的性能和靈敏度。
現(xiàn)在來看圖3，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的多個輻射探測器20的陣列。值得注意的是，各探測器20都形成有外罩或外殼22，該外殼22沿其整個長度尺寸具有橢圓形的截面。雖然探測器的尺寸可以變化，但是重要的是必須存在有可區(qū)分的長軸和短軸。另外，雖然該示例性實施例中的探測器沿其整個長度尺寸具有橢圓形狀，但是重要的是探測器至少沿其整個感測長度具有橢圓形狀，其中該整個感測長度小于整個長度尺寸。同樣重要的是，在沿著探測器短軸方向的長度尺寸上沒有任何突起，以便保證在圖3所示陣列中定位多個探測器的能力。在電離輻射沿平行于長軸的方向進入時，可以保持相鄰陽極之間的更緊密間距和針對輻射的更大路徑長度(其提高了探測的可能性)的雙項優(yōu)勢。
探測器20的長度當然可以根據(jù)特定應(yīng)用的需要而變化。另外，He-3氣體(或取決于所探測的輻射類型的其它合適氣體)的填充壓力也可根據(jù)所需的探測器效率和探測器的長軸長度而變化。
在一個示例性實施例中，探測器的外殼22為3英寸長，并且橢圓形狀由0.4英寸的短軸和1.4英寸的長軸來限定?？梢钥吹?，探測器陽極24之間的水平距離d2小于圖2中的d1，從而導(dǎo)致了更高的效率。這種探測器的充氣壓力應(yīng)當使得在基于外殼材料和壁厚的一半屈服強度下，在四倍的充氣壓力范圍內(nèi)不會產(chǎn)生破裂或爆炸。
鋁和不銹鋼是探測器外殼的合適構(gòu)造材料，但是也可使用其它金屬，例如碳鋼、鎳鉻合金如Inconel、鎳銅合金如Monel，以及鈦。典型的壁厚可根據(jù)充氣壓力和外殼尺寸而變化，而一個所希望的示例性厚度為0.02英寸。
根據(jù)最終用途的應(yīng)用，各探測器20具有從探測器的一端或兩端中伸出來的陶瓷-金屬密封件。這種密封件允許信號從內(nèi)部陽極導(dǎo)線傳導(dǎo)至某些外部的電荷測量/處理器件中。
雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認為是最實際且最優(yōu)選的實施例來介紹了本發(fā)明，然而應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在覆蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改型和等效裝置。
權(quán)利要求
1.一種輻射探測器(20)，包括填充有高壓氣體的外殼(22)、陽極(24)和陰極(22)；所述外殼(22)具有等于或小于所述外殼的整個長度尺寸的感測長度，所述外殼沿著至少其整個感測長度具有均勻的橢圓形截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)用作陰極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射探測器，其特征在于，所述陽極(24)包括基本上沿著所述外殼(12)的縱向軸線而延伸的導(dǎo)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)由鋁構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)由不銹鋼構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)由鎳鉻合金構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)由鎳銅合金構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述外殼(22)為約3英寸長，并具有約1.4英寸的長軸和約0.4英寸的短軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器，其特征在于，所述氣體是氦氣。
10.一種相鄰的充氣式輻射探測器(20)的陣列，各所述探測器具有填充了高壓氣體的外殼(22)、陽極(24)和陰極(22)；各所述外殼具有等于或小于所述外殼的整個長度尺寸的感測長度，所述外殼(22)至少沿其整個感測長度具有均勻的橢圓形截面；其中，相應(yīng)探測器外殼(22)的縱向軸線是平行的；各所述探測器外殼(22)具有縱向軸線，所述橢圓形截面由長軸和短軸來限定，并且所述探測器(20)的各自的長軸處于垂直且平行的方位。
全文摘要
一種輻射探測器(20)，包括填充有高壓氣體的外殼(22)、陽極(24)和陰極(22)。外殼(22)形成為至少沿其整個感測長度具有均勻的橢圓形截面。
文檔編號G01T3/00GK1776457SQ200510127169
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者L·L·克拉克, E·M·維斯曼, T·A·克尼斯, N·H·約翰遜, A·E·沙豪布, P·C·?？巳R恩, T·R·安德森, B·M·帕梅 申請人:通用電氣公司