γ射線成像裝置的製作方法

2023-07-21 02:23:06

專利名稱：γ射線成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於Y射線輻射測量領域，具體涉及一種Y射線成像裝置。
背景技術：
大量核設施或其部分建築、設備在運行服役時期是具有強放射活性的。如反應堆 主迴路系統、乏燃料儲存池、後處理工藝管線、手套箱熱室等核設施、設備或個別組件，在運 行服務時期會受到放射性活化作用或表面沾汙，而具有極強的放射活性。致使核設施退役 現場輻射場較強，人員難以靠近，給源項調查現場定量測量和汙染"熱點"定位測量工作造 成極大困難。為了確定退役核設施的放射性狀態，包括確定重要放射源位置，核素種類、汙 染對象和汙染範圍，並估算放射性盤存量，為制定和實施退役方案以及估算退役經費提供 依據，為汙染物件的去汙提供指導。研製某些裝置代替工作人員進入強輻射場進行現場測 量，對於保證核設施退役中放射性源項調查以及汙染"熱點"調查工作的順利開展，減少工 作人員所受劑量，保護工作人員的健康和安全，具有重大意義。 作為用於強輻射場的核設施放射性汙染核素測量的成像裝置，一般有下列基本要 求體積重量不宜太大，要適合機器人等工具進行載帶，以便對操作人員無法進入的場所進 行遙控監測；對裝置本身可能受到的表面汙染要易於清除；數據易於保存讀取，除提供放 射性核素及"熱點"的分布信息，還需要二次開發應用提供原始數據；實時提供"熱點"分布信息。 現有技術中，已有的Y射線成像裝置有兩類，一類是通過掃描的方式，獲取感興 趣區逐點數據，列表存儲，再通過特定數據處理算法，可以獲取等值圖像。以顏色代表數據 值所示物理量的分布狀況，可以清晰的獲取"熱點"信息。另一類是用微通道板增強影像，通 過纖維光錐將微通道板輸出影像與小尺寸CCD耦合，可以實現圖像讀出。第一類成像裝置 局限在小的掃描範圍內，對於較大空間的"熱點"分布區域圖採集困難，第二類成像裝置一 般要依賴於高性能元器件(微通道板、纖維光錐、半導體CCD等)，才能實現，造價昂貴。另 外，上述成像裝置的準直器以及閃爍晶體的具體尺寸尚未公開。

發明內容
( — )發明目的 本發明提供的Y射線成像裝置能夠對大面積的核設施退役現場進行測量，並給
出"熱點"區域分布圖，該裝置不依賴於高性能元器件。
( 二 )技術方案 —種Y射線成像裝置，它包括Y相機和數據採集處理系統，其中，Y相機包括 針孔準直器、閃爍晶體、位置靈敏光電倍增管、電阻網格，整個Y相機由三段螺紋連接的圓 柱體構成，第一段圓柱體位於Y相機前端，由針孔準直器與Y相機的外殼通過螺釘連接； 第二段圓柱體位於Y相機中間部位，依次安裝了閃爍晶體、位置靈敏光電倍增管和電阻網 格；第三段圓柱體位於Y相機末端，作為Y相機後蓋，並引出電阻網格的輸出信號；由電阻網格輸出的電信號輸入到位於Y相機外部的數據採集處理系統，所述的閃爍晶體是像 素化閃爍晶體，由閃爍晶體陣列組成，單個閃爍晶體呈長方體形，它的端面呈正方形，邊長L 是2mm 3mm，單個閃爍晶體的厚度S是6mm 16mrn，所述的閃爍晶體是Csl (Na)或Nal (Tl) 或CsI(Tl);所述的針孔準直器的錐張角a是15° 50° ，針孔直徑d是2mm 5mm，針 孔孔道深度h是4mm 8mm，所述針孔準直器的孔道中心與閃爍晶體之間的距離是70mm lOOmm。(三)技術效果 根據本發明的技術方案製作出的Y射線成像裝置能夠對大面積的核設施退役現 場進行實時測量，得到"熱點"的區域分布圖，包括核素定位、核素識別以及核素劑量。分辨 率達到4m處測量^Cs源，距離中心偏差不超過5cm。本發明提供的Y射線成像裝置結構 簡單，不依賴於高性能元器件。利用像素化閃爍晶體組成晶體陣列，來提高螢光重心位置與 入射點之間的線性對應。該裝置還能應用於核設施放射性核素洩漏點的定位、遺失散落放 射源的尋找、核電的換料大修、乏燃料儲存池監測、後處理的就地測量以及核燃料循環中其 它許多場所的放射性沾汙監測等。


圖1 Y射線成像裝置示意圖 l準直器，2閃爍晶體，3位置靈敏光電倍增管，4電阻網格。
圖2針孔準直器示意圖 a錐張角，d針孔直徑，h針孔孔道深度，z屏蔽材料厚度。
圖3單個閃爍晶體示意圖
S厚度，L邊長。 圖4光電倍增管多陽極絲簡化電路
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明
實施例1 如圖1所示，本發明所提供的Y射線成像裝置，包括Y相機和數據採集處理系 統，其中，Y相機包括針孔準直器1、閃爍晶體2、位置靈敏光電倍增管3、電阻網格4，整個 Y相機由三段螺紋連接的圓柱體構成，第一段圓柱體位於Y相機前端，由針孔準直器1與 Y相機的外殼通過螺釘連接，以便於測量不同的放射源時更換不同的針孔準直器1 ;第二 段圓柱體位於Y相機中間部位，依次安裝了閃爍晶體2、位置靈敏光電倍增管3和電阻網格 4;第三段圓柱體位於Y相機末端，作為Y相機後蓋，並引出電阻網格的輸出信號；由位置 靈敏光電倍增管輸出的16X+16Y，共32路電信號通過圖4中的光電倍增管多陽極絲簡化電 路，即電阻網格，簡化為四路信號，分別是XA、 XB、 YA、 YB，再利用重心法計算公式獲取重心，即 光子作用位置。X = (XA-XB)〃XA+XB) ， Y = (Ya-Yb)/(Ya+Yb)，位置信息由(X， Y)表示。也可 以對四路求和獲取光子能量信息，以便於分辨核素。E = XA+XB+YA+YB。由電阻網格輸出的電 信號輸入到位於Y相機外部的數據採集處理系統，通過軟體實現人機對話。可以達到圖像 重建的目的。
所述的閃爍晶體是像素化閃爍晶體，由閃爍晶體陣列組成，如圖3所示，單個閃爍 晶體呈長方體形，它的端面呈正方形。 當閃爍晶體採用的是CsI(Na)時，針孔準直器尺寸是a =25° ， h = 6mm， d = 3mm， z = 8cm，針孔準直器材料是鎢鎳合金，閃爍晶體尺寸是L = 2. 5mm， S = 8mm。針孔準 直器的孔道中心與閃爍晶體之間的距離是90mm。 當閃爍晶體採用的是CsI(Tl)時，針孔準直器尺寸是a =50° ， h = 8mm， d = 5mm，z = 8cm，針孔準直器材料是鎢鎳合金，閃爍晶體尺寸是L = 3mm， S = 16mm。針孔準直 器的孔道中心與閃爍晶體之間的距離是100mm。 當閃爍晶體採用的是NaI(Tl)時，針孔準直器尺寸是a =15° ， h = 4mm， d = 2mm， z = 8cm，針孔準直器材料是鴇鎳合金，閃爍晶體尺寸是L = 2mm， S = 6mm。針孔準直 器的孔道中心與閃爍晶體之間的距離是70mm。 本發明提供的Y射線成像裝置工作原理是，由源項發射出的Y射線發出的Y光 子經過針孔準直器準直後投射到閃爍晶體上並發射出螢光，該螢光經過位置靈敏光電倍增 管放大後輸出的電信號，經過電阻網格簡化電路後，再經過數據採集系統採集並還原圖像。 對核設施相對高能的Y射線，如137"、6°&)放射性核素的Y射線進行熱點定位測量。利用 光學相機獲取核設施現場物理圖像，並將本發明提供的Y相機所獲取的輻射圖像疊加同 一區域的物理圖像上，提供直觀的放射源分布區域及"熱點"信息。直觀給出放射性核素汙 染區域的分布、核設施放射性核素洩露點的定位、遺失散落放射源尋找等功能。
權利要求
一種γ射線成像裝置，它包括γ相機和數據採集處理系統，其中，γ相機包括針孔準直器、閃爍晶體、位置靈敏光電倍增管、電阻網格，整個γ相機由三段螺紋連接的圓柱體構成，第一段圓柱體位於γ相機前端，由針孔準直器與γ相機的外殼通過螺釘連接；第二段圓柱體位於γ相機中間部位，依次安裝了閃爍晶體、位置靈敏光電倍增管和電阻網格；第三段圓柱體位於γ相機末端，作為γ相機後蓋，並引出電阻網格的輸出信號；由電阻網格輸出的電信號輸入到位於γ相機外部的數據採集處理系統，其特徵在於，所述的閃爍晶體是像素化閃爍晶體，由閃爍晶體陣列組成，單個閃爍晶體呈長方體形，它的端面呈正方形，邊長L是2mm～3mm，單個閃爍晶體的厚度S是6mm～16mm；所述的針孔準直器的錐張角α是15°～50°，針孔直徑d是2mm～5mm，針孔孔道深度h是4mm～8mm，所述針孔準直器的孔道中心與閃爍晶體之間的距離是70mm～100mm。
2. 根據權利要求l所述的Y射線成像裝置，其特徵在於，所述的閃爍晶體是CsI(Na) 或NaI(Tl)或CsI(Tl)。
3. 根據權利要求l所述的Y射線成像裝置，其特徵在於，所述的閃爍晶體的單個閃爍 晶體的厚度S與邊長L的比是3 : 1 4 : 1。
全文摘要
本發明屬於γ射線輻射測量領域，具體涉及一種γ射線成像裝置。它包括γ相機和數據採集處理系統，其中，γ相機包括針孔準直器、閃爍晶體、位置靈敏光電倍增管、電阻網格，由電阻網格輸出的電信號輸入到位於γ相機外部的數據採集處理系統。根據本發明的技術方案製作出的γ射線成像裝置能夠對大面積的核設施退役現場進行實時測量，得到「熱點」的區域分布圖，包括核素定位、核素識別以及核素劑量。
文檔編號G01T1/00GK101718875SQ20091025063
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者劉瑞瑞, 肖文慧, 肖雪夫, 袁觀俊, 陳凌, 韓永超, 馬吉增 申請人:中國原子能科學研究院