電離室型雙能X射線探測器的製作方法
2023-05-04 05:47:56 2
本實用新型涉及核技術應用領域的X射線探測器，尤其涉及一種應用於物質在線識別分選系統中的電離室型雙能X射線探測器。
背景技術：
在物質在線識別分選系統中，通常使用管理程序簡單、安全性能高，且射線強度和分布具有可調節性的X光機作為輻射發生裝置，與γ放射源發出的具有特徵能量譜的γ射線不同，X光機發出的X射線的能量是連續的，其中既有低能譜線又有高能譜線。物質對不同能量的X射線的衰減率上存在差異，X射線穿透被檢測物體後，其能量譜線會發生變化，低能譜線的變化和被檢測物體的材料組成和質量厚度有關，高能譜線的變化主要與質量厚度有關。在物質在線識別系統中，僅僅依據原子序數劃分的方法統計X射線總的衰減會無法準確的判定物質的屬性，所以可能會出現當X射線穿透薄的鉛板和厚的木材總衰減程度是一樣的。因此，為了更準確的分辨物質的屬性，必須分別探測X射線透射物體後的高能射線衰減和低能射線衰減，即進行在線雙能X射線探測。
目前常用的雙能X射線探測器是由「閃爍體」和「光電二極體」組合而成的閃爍體陣列探測器。例如，中國專利授權公告號CN101937094B所公開的雙能X射線陣列探測器，沿X射線入射方向採用第一閃爍體陣列+光電二極體陣列+濾波片形成低能射線探測器，採用第二閃爍體陣列+光電二極體+濾波片形成高能探測器實現高能射線探測。該類型探測器的採用密集陣列結構，像素尺寸小，像素點密集，主要用於輻射成像系統，如安檢機、CT機等精密檢測輪廓外形的無損檢測設備。但是，這類探測器的主要缺點是：結構複雜，閃爍體輻照壽命短、暗電流大（~1*10-10A）、對溫度極敏感、使用時需要嚴格避光，對使用環境要求比較嚴苛。在工業應用場合為了保持探測器的識別能力，需要採用複雜的溫度補償技術以克服溫度效應。在應用於煤礦的煤與矸石識別分選系統中，要求雙能X射線探測器能定性識別出粒度在100~300mm的動態物料是煤還是矸石，陣列探測裝置能達到亞釐米量級的像素尺寸就已經與塊狀物料的尺寸相適應，而不需要特別精細的空間解析度，但是要求X射線探測器要能夠在粉塵大、噪聲強、溫度變化大、工作時間長的惡劣環境中保持良好工作穩定性和可靠性，因此，使用閃爍體與光電二極體的排列組合結構的探測器會造成許多的困難。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，而提供了一種便於製造和使用的雙能X射線探測器，利用這種雙能X射線探測器能夠測量穿透物體的X射線能譜中低能部分和高能部分的相對差別，進行在線探測進而提供物質識別分選的依據。
本實用新型的目的是通過如下措施來實現的：一種電離室型雙能X射線探測器，包括電離室，所述的電離室內設置有透氣金屬隔板，所述的透氣金屬隔板上設置有連通孔，所述的透氣金屬隔板將電離室分隔為第一腔體與第二腔體，所述的第一腔體與第二腔體內均設置有電極系統，所述的第一腔體上方密封有採用低原子序數的金屬薄窗Ⅰ，所述的第二腔體上方密封有採用高原子序數的金屬薄窗Ⅱ。
優選的，所述的電離室為長方體的密閉容器。
優選的，所述的金屬薄窗Ⅰ通過焊接的方式將電離室第一腔體密封，金屬薄窗Ⅱ通過焊接的方式將電離室第二腔體密封。
優選的，所述的金屬薄窗Ⅰ的材料為鈦、鈹、鋁或含鈦、鈹、鋁的合金，所述的金屬薄窗Ⅱ的材料為鐵、銅、銀、金或含鐵、銅、銀、金的合金。
優選的，所述的電極系統由相互交替排列的高壓極片和收集極片組成，形成陣列組合。
本實用新型的有益效果是：本實用新型利用透氣金屬隔板將電離室探測器分為兩個具有同等探測效率的探測單元，利用不同原子序數的入射窗口形成低能射線探測區和高能射線探測器，結構簡單，方便製造和使用，具有暗電流小、穩定、可靠、對溫度不敏感、環境適應好的特點。
附圖說明
圖1為電離室型雙能X射線探測器的結構示意圖。
圖2為電離室型雙能X射線探測器的內部電極系統結構示意圖。
圖3為透氣金屬隔板的結構示意圖。
圖4為電離室型雙能X射線探測器的使用狀態圖。
圖中：1-電離室，2-透氣金屬隔板，3-第一腔體，4-第二腔體，5-金屬薄窗Ⅰ，6-金屬薄窗Ⅱ，7-高壓極片，8-收集極片，9-分選皮帶，10物塊，11-X光機，12-X射線。
具體實施方式
為了加深對本實用新型的理解，下面將結合實施例和附圖對本實用新型作進一步詳述。
實施例1：如圖1所示，一種電離室型雙能X射線探測器，包括電離室1，電離室為長方體的密閉容器，電離室內設置有透氣金屬隔板2，透氣金屬隔板上設置有連通孔，透氣金屬隔板將電離室分隔為第一腔體3與第二腔體4，第一腔體與第二腔體內均設置有電極系統，第一腔體上方密封有採用低原子序數的金屬薄窗Ⅰ5，第二腔體上方密封有採用高原子序數的金屬薄窗Ⅱ6，金屬薄窗是X射線進入電離室腔體的窗口，金屬薄窗Ⅰ通過焊接的方式將電離室第一腔體密封，金屬薄窗Ⅰ只允許X射線連續譜線中的低能譜線進入腔體，金屬薄窗Ⅱ通過焊接的方式將電離室第二腔體密封，金屬薄窗Ⅱ將X射線連續譜線中的低能部分濾除，只允許高能譜線部分進入電離室腔體。金屬薄窗Ⅰ的材料為鈦、鈹、鋁或含鈦、鈹、鋁的合金，金屬薄窗Ⅱ的材料為鐵、銅、銀、金或含鐵、銅、銀、金的合金。
如圖2所示，電極系統由相互交替排列的高壓極片7和收集極片8組成，形成極片陣列。從左到右起，單數序號極片為高壓極片7，雙數序號極片為收集極片8，相互交錯的排列，每一個收集極片8與相對應的高壓極片7構成一個像素單元，像素尺寸的大小應當與被探測的物體相適應，太大則空間分辨力下降，太小則製造難度與成本上升，例如，在煤與矸石識別分選系統中，煤塊與矸石塊的粒度在100~300mm，因此像素尺寸為亞釐米量級時可以達到最佳的性價比。
如圖3所示，圖中透氣金屬隔板2的作用是將電離室探測器分割為兩個腔體，對透射物體後的X射線連續譜的低能部分和高能部分分別檢測，兩個探測單元相互獨立但又需要在同等條件下實現探測。兩個單元為了保持相同的探測效率下必須使腔體內的充氣壓力一致，因此該透氣金屬隔板上有多個連通孔可以保持氣體流通，為了防止射線在腔體內相互竄擾，特別是防止高能部分譜線進入低能探測單元，所以透氣金屬隔板採用了金屬板材的材料，以阻擋腔體內的雜散射線。
如圖4所示，應用於煤與矸石識別分選系統，電離室型雙能X射線探測器安裝在分選皮帶9的下方，煤塊或矸石塊等物塊10在分選皮帶上動態運行至識別區域。X光機11發出X射線12輻射穿透物塊，此時物塊10在探測器第一腔體3上方，透射後的X射線穿過低原子序數的金屬薄窗Ⅰ5進入第一腔體3內，經與充氣氣體的電離作用得到含有低能譜線的信號；該物塊10運行至探測器第二個腔室4上方，透射後的X射線穿過高原子序數金屬薄窗6進入第二腔體4內，其中低能部分已經被濾除，剩餘高能譜線與充氣氣體電離作用後得到高能譜線信號。分選識別系統利用雙能X射線探測器探測透射物塊10後射線的低能部分與高能部分的相對差別，補償了物塊厚度對射線衰減的影響，判斷出該移動的物塊是煤塊還是矸石塊，為後續分選動作提供依據。