一體化熒光發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一體化熒光發(fā)生裝置，其包括裝置主體、初級(jí)光闌、初級(jí)過濾器、輻射體、輻射體支架、次級(jí)過濾器以及次級(jí)光闌，其中裝置主體為中空腔體，各部件都在安裝在裝置主體中，形成一體化熒光發(fā)生裝置。本發(fā)明的一體化熒光發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，還確保了輻射輸出的穩(wěn)定性，光子路徑短，實(shí)現(xiàn)熒光產(chǎn)額最大化，屏蔽最大化，充分降低了裝置外部散射輻射對(duì)Kα熒光純度的影響。
【專利說明】一體化熒光發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及Ka熒光X射線發(fā)生裝置，尤其涉及一體化高純度Ka熒光發(fā)生裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]X光機(jī)是一種較為常用的射線輻射源，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、工業(yè)探傷、安保安檢和科學(xué)研究等領(lǐng)域。其中在計(jì)量學(xué)的應(yīng)用主要是在X光機(jī)的能區(qū)段提供一些特定要求的輸出，以便為上述領(lǐng)域的輻射監(jiān)測(cè)儀器提供校準(zhǔn)檢定用的標(biāo)準(zhǔn)輻射源。
[0003]在國際標(biāo)準(zhǔn)IS04037-1所推薦的能量在8keV~IOOkeV范圍內(nèi)的光子參考輻射中，熒光X射線既具有過濾束X射線無法取代的單色性，又具有同位素Y放射源無法達(dá)到的高劑量率，因而廣泛應(yīng)用于輻射防護(hù)儀表能量響應(yīng)校準(zhǔn)、譜儀低能段能量刻度和防護(hù)材料屏蔽性能測(cè)試等工作中。熒光X射線參考輻射是以特定材料為輻射體，利用韌致輻射X射線與其相互作用，產(chǎn)生包括Kα、Kβ和L在內(nèi)的一系列特征X射線。以K吸收緣介于輻射體Kα和Kβ線之間的材料為次級(jí)過濾器，消除L線并減小Kβ相對(duì)于Kα線的強(qiáng)度，進(jìn)而獲得高純度的Ka熒光X射線。熒光X射線參考輻射場(chǎng)及熒光產(chǎn)生原理示意圖分別如圖1、2所示。在圖1中，X光機(jī)101發(fā)出射線譜A，經(jīng)過初級(jí)過濾器，得到射線譜B入射到輻射體102上，射線束捕集器103用于收集初級(jí)X射線以減少散射輻射?？扉T104用于控制射線的出射時(shí)間，附加過濾器105用于對(duì)出射的射線束進(jìn)行過濾，光闌106對(duì)出射的射線束大小進(jìn)行控制，監(jiān)視器107用于監(jiān)視射線，出射的射線譜D照射到標(biāo)準(zhǔn)電離室108，使用場(chǎng)所和個(gè)人劑量?jī)x109進(jìn)行測(cè)量，以獲得X射線參考輻射場(chǎng)。圖2為熒光產(chǎn)生原理示意圖。輻射體吸收能量后，電子躍刮遷到高能受激態(tài)，從高能受激態(tài)躍遷到低能態(tài)或基態(tài)是產(chǎn)生!(Kα、Kβ和L在內(nèi)的一系列特征X射線。
[0004]常規(guī)的熒光X射線發(fā)生裝置示意圖如圖3所示。該裝置由初級(jí)光闌2、初級(jí)過濾器
3、輻射體4、輻射體支架5、屏蔽支撐器6、次級(jí)過濾器7和次級(jí)光闌8組成，X光從入射口1入射到輻射體4上產(chǎn)生Kα、Kβ和L在內(nèi)的一系列特征X射線，經(jīng)過次級(jí)過濾器7后剩余較為純色的1熒光X射線，以方向9為軸心出射。該裝置主要存在以下幾個(gè)問題。1、從圖中可以看出，1-4-9這條光子路徑是完全裸露在外的，這使得經(jīng)過次級(jí)過濾器7的輻射束不僅含有輻射體4發(fā)出的系列特征X射線，還包含了整個(gè)裝置在4-9方向上的散射輻射。這些散射輻射幾乎不會(huì)被次級(jí)過濾器7過濾掉，進(jìn)而導(dǎo)致出射束中Ka熒光純度的降低。2、裝置穩(wěn)定性問題，對(duì)于參考輻射，一項(xiàng)很關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)就是輻射輸出的穩(wěn)定性，而輸出的穩(wěn)定性又很大程度的依賴于裝置結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于現(xiàn)有裝置，幾乎所有組件都采用了獨(dú)立固定的方式，大大的增加了裝置不穩(wěn)定因素，從而影響輻射輸出的穩(wěn)定性。3、該裝置的次級(jí)光闌8是一種簡(jiǎn)單的單孔光闌，這種光闌存在兩方面的問題。一方面、輻射體4相當(dāng)于一個(gè)面源，單孔光闌無法有效限制出射束形狀，會(huì)產(chǎn)生較大的半影區(qū)，進(jìn)而影響檢驗(yàn)點(diǎn)處(例如Im處)Ka熒光的純度；另一方面、單孔光闌的邊緣散射光子會(huì)進(jìn)入主束，同樣導(dǎo)致Kα熒光純度的降低。4、化合物次級(jí)過濾器的使用問題，目前尚無熒光X射線參考輻射化合物次級(jí)過濾器制備方法的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表，而IS04037-1中推薦的16中熒光輻射質(zhì)中，化合物次級(jí)過濾器有6種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是使得Ka熒光X射線發(fā)生裝置各部件能夠穩(wěn)定安裝在一起，形成一體化K-熒光發(fā)生裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有裝置框架和次級(jí)光闌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了兩種行之有效的次級(jí)過濾器制作方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種一體化熒光發(fā)生裝置，其包括裝置主體、初級(jí)光闌、初級(jí)過濾器、輻射體、輻射體支架、次級(jí)過濾器以及次級(jí)光闌，其中，所述裝置主體為中空柱體，其第一端的側(cè)壁上設(shè)置有用于安裝所述初級(jí)光闌和所述初級(jí)過濾器的射線入射窗口，第二端為射線出射窗口 ；所述輻射體支架為與所述裝置主體的主軸呈45度角并置于所述裝置主體的第一端的平板，使得從所述射線入射窗口垂直入射的射線以相對(duì)于該平板45度角向所述輻射體入射，出射的射線平行于所述裝置主體的主軸方向通過所述射線出射窗口射出；所述次級(jí)過濾器和次級(jí)光闌依次置于所述裝置主體內(nèi)、所述輻射體出射的射線路徑上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述初級(jí)過濾器與所述初級(jí)光闌分體緊固安裝于所述射線入射窗口中。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述次級(jí)光闌包括由里向外依次彼此分離放置的第一子光闌、第二子光闌和第三子光闌，所述第二子光闌為所述第一子光闌邊緣散射光子的捕集器，所述第三子光闌為所述第二子光闌邊緣散射光子的捕集器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述第三子光闌孔徑大于其所在位置處的主射束的截面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述次級(jí)過濾器為附有過濾層的有機(jī)玻璃板。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn 和 Cs2SO4 其中之一。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，提供了一體化熒光發(fā)生裝置，其中，所述輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn和Cs2SO4其中之一；所述次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Cu過濾器、SrCO3過濾器、Zr過濾器、Ag過濾器和TeO2過濾器。
[0013]本發(fā)明提供的一體化熒光發(fā)生裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):1、結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輻射體和次級(jí)過濾器固化于有機(jī)玻璃支架內(nèi)部，避免了因更換輻射質(zhì)導(dǎo)致的位置偏移。初級(jí)過濾器、初級(jí)光闌和次級(jí)光闌為分體設(shè)計(jì)，同時(shí)又可緊配安裝裝置框架之上，即方便試驗(yàn)，又確保了輻射輸出的穩(wěn)定性。2、光子路徑最短，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證了熒光產(chǎn)額最大化。3、屏蔽最大化，充分降低了裝置外部散射輻射對(duì)Ka熒光純度的影響。4、使用多個(gè)依次排列的光闌，限制了邊緣散射光子進(jìn)入主束，提高了 Ka熒光的純度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為K-熒光X射線參考輻射示意圖；
[0015]圖2 (a)和圖2 (b)為K-熒光X射線參考輻射原理圖；[0016]圖3為常規(guī)熒光發(fā)生裝置截面圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的一體化熒光發(fā)生裝置截面示意圖；
[0018]圖5(a)和圖5(b)分別為本發(fā)明的一體化熒光發(fā)生裝置使用輻射質(zhì)F-Cs及無輻射質(zhì)時(shí)脈沖高度譜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0020]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有熒光發(fā)生裝置缺點(diǎn)的分析，研制了新型一體化熒光發(fā)生裝置，其橫截面示意圖如圖4所示。圖4為本發(fā)明的一體化熒光發(fā)生裝置截面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，本發(fā)明的一體化熒光發(fā)生裝置包括裝置主體6、初級(jí)光闌2、初級(jí)過濾器3、輻射體4、輻射體支架5、次級(jí)過濾器7以及次級(jí)光闌8。X射線由入射束軸線I入射，經(jīng)初級(jí)光闌2、初級(jí)過濾器3照射到輻射體支架5上輻射體4，從輻射體4出射的射線束經(jīng)裝置主體6中安裝的次級(jí)過濾器7、次級(jí)光闌8沿出射束軸線9射出。裝置主體6為中空腔體，其第一端的側(cè)壁上(圖4中為左端上側(cè))設(shè)置有用于安裝初級(jí)光闌2和初級(jí)過濾器3的射線入射窗口，第二端為射線出射窗口(圖4中為右端);輻射體支架5為與裝置主體6的主軸呈45度角并置于裝置主體6的第一端的平板，使得從射線入射窗口垂直入射的射線以相對(duì)于該平板45度角向輻射體4入射，出射的射線平行于裝置主體6的主軸方向通過射線出射窗口射出；次級(jí)過濾器7和次級(jí)光闌8依次置于裝置主體6內(nèi)、從輻射體4出射的射線路徑上。裝置主體6內(nèi)中空部分基本為圓柱形腔，其旋轉(zhuǎn)軸即為裝置主體6的主軸，外部可以是柱形，優(yōu)選為六面柱形。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，初級(jí)過濾器3與初級(jí)光闌2分體緊固安裝于射線入射窗口中。這樣，可以靈活更換初級(jí)過濾器3或初級(jí)光闌2。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式，次級(jí)光闌8包括由里向外依次彼此分離放置的第一子光闌、第二子光闌和第三子光闌，第二子光闌為第一子光闌邊緣散射光子的捕集器，第三子光闌為第二子光闌邊緣散射光子的捕集器。即，該光闌由三個(gè)順序排列的光闌組成，光闌之間彼此由一定的空隙隔開，每個(gè)空隙作為前一光闌邊緣散射光子的捕集器。另外，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式，最后一個(gè)光闌孔徑略大于該點(diǎn)的主射束的截面。這樣的結(jié)果設(shè)計(jì)即可以有效控制出射束半影區(qū)的大小，又能夠降低光闌自身引起的散射輻射，從而提高出射束中Ka熒光純度。各部件都在安裝在裝置主體中，形成一體化熒光發(fā)生裝置。
[0023]該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):1、結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輻射體4和次級(jí)過濾器7固化于有機(jī)玻璃支架內(nèi)部，避免了因更換輻射質(zhì)導(dǎo)致的位置偏移。初級(jí)過濾器、初級(jí)光闌和次級(jí)光闌為分體設(shè)計(jì)，同時(shí)又可緊配安裝裝置框架之上，即方便試驗(yàn)，又確保了輻射輸出的穩(wěn)定性。2、光子路徑最短，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證了熒光產(chǎn)額最大化。3、屏蔽最大化，充分降低了裝置外部散射輻射對(duì)Ka熒光純度的影響。
[0024]本發(fā)明還公開化合物次級(jí)過濾器的兩種制作方法。由于化合物次級(jí)過濾器分為溶于水和不溶于水兩種，因此分別采用粘合法和PVA制膜法制作次級(jí)過濾器。[0025](I)粘合法制作次級(jí)過濾器
[0026]該方法適用于不溶于水的化合物次級(jí)過濾器。將次級(jí)過濾粉末分成若干份，每份用濾篩法黏附于帶膠PE薄膜之上，最后將薄膜置于次級(jí)過濾卡槽之內(nèi)，制作成次級(jí)過濾卡。
[0027]⑵PVA制膜法制作次級(jí)過濾器
[0028]a、稱量適量P V A材料、可溶于水的化合物材料、離子水，用去離子水將化合物和PVA溶解；
[0029]b、將裝有PVA水溶液的燒杯放入水浴中，置于恒溫加熱磁力攪拌器上不斷攪拌，最終形成透明的液體，停止加溫并繼續(xù)攪拌；
[0030]C、待冷卻一段時(shí)間后，使用玻璃棒將化合物溶液引流至PVA溶液中，攪拌均勻；
[0031]d、使用玻璃棒將此溶液引流到一塊玻璃板上，放入潔凈室中干燥；
[0032]e、待完全干燥后，如整體呈現(xiàn)透明狀，無氣泡和化合物析出，說明膜均勻性較好，便可將薄膜置于次級(jí)過濾卡槽之內(nèi)，制作成次級(jí)過濾卡。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式，次級(jí)過濾器為附有過濾層的有機(jī)玻璃板。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式，輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn和Cs2SO4其中之一。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方式，輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn和Cs2SO4其中之一；次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Cu過濾器、SrCO3過濾器、Zr過濾器、Ag過濾器和TeO2過濾器。即，當(dāng)輻射體為Zn時(shí)，次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Cu過濾器；當(dāng)輻射體為Zr時(shí)，次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為SrCO3過濾器；當(dāng)輻射體為Mo時(shí)，次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Zr過濾器；當(dāng)輻射體為Sn時(shí)，次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Ag過濾器；當(dāng)輻射體為Cs2SO4時(shí)，次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為TeO2過濾器。
[0036]如表1所示，下面列出了 5種輻射質(zhì)輻射束輸出劑量。
[0037]表1熒光束輸出
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種一體化熒光發(fā)生裝置，其包括裝置主體、初級(jí)光闌、初級(jí)過濾器、輻射體、輻射體支架、次級(jí)過濾器以及次級(jí)光闌，其特征在于: 所述裝置主體為中空腔體，其第一端的側(cè)壁上設(shè)置有用于安裝所述初級(jí)光闌和所述初級(jí)過濾器的射線入射窗口，第二端為射線出射窗口 ； 所述輻射體支架為與所述裝置主體的主軸呈45度角并置于所述裝置主體的第一端的平板，使得從所述射線入射窗口垂直入射的射線以相對(duì)于該平板45度角向所述輻射體入射，出射的射線平行于所述裝置主體的主軸方向通過所述射線出射窗口射出； 所述次級(jí)過濾器和次級(jí)光闌依次置于所述裝置主體內(nèi)、所述輻射體出射的射線路徑上。
2.如權(quán)利要求1所述的一體化熒光發(fā)生裝置，其特征在于: 所述初級(jí)過濾器與所述初級(jí)光闌分體緊固安裝于所述射線入射窗口中。
3.如權(quán)利要求1所述的一體化熒光發(fā)生裝置，其特征在于: 所述次級(jí)光闌包括由里向外依次彼此分離放置的第一子光闌、第二子光闌和第三子光闌，所述第二子光闌為所述第一子光闌邊緣散射光子的捕集器，所述第三子光闌為所述第二子光闌邊緣散射光子的捕集器。
4.如權(quán)利要求3所述的一體化熒光發(fā)生裝置，其特征在于: 所述第三子光闌孔徑大于其所在位置處的主射束的截面。
5.如權(quán)利要求4所述的一體化熒光發(fā)生裝置，其特征在于: 所述次級(jí)過濾器為附有過濾層的有機(jī)玻璃板。
6.如權(quán)利要求5所述的一體化突光發(fā)生裝置,其特征在于: 所述輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn和Cs2SO4其中之一。
7.如權(quán)利要求5所述的一體化熒光發(fā)生裝置，其特征在于: 所述輻射體為Zn、Zr、Mo、Sn和Cs2SO4其中之一；所述次級(jí)過濾器對(duì)應(yīng)地為Cu過濾器、SrCO3過濾器、Zr過濾器、Ag過濾器和TeO2過濾器。
【文檔編號(hào)】H05G1/02GK103731966SQ201410004424
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】魏可新, 宋明哲, 丁亞東, 侯金兵, 王紅玉, 高飛 申請(qǐng)人:中國原子能科學(xué)研究院