一种防潮抗沾污流气式电离室探测器

摘要

本发明属于核辐射监测领域，提供一种防潮抗沾污流气式电离室探测器，包括气嘴、弹簧、绝缘支撑件、收集电极组件、收集电极接线柱、高压电极接线柱、出气口、薄壁管道支撑件、薄壁管道阵列、收集电极密封组件、导流板、探测器壳体、进气口、平衡气囊等，被测气体流经中间的薄壁管道，被测气体中的电离射线穿透薄壁管道电离工作气体产生自由电荷，自由电荷在电场作用下，向两极漂移，形成电流，电流信号与被测气体的放射性体活度浓度成正比。本发明采取将电极与被测气体隔离的方案全面提升探测器环境适应能力，收集极的漏电流极低，增强了探测器测量弱放射性的能力。本发明探测器具备了在高放射性、高温、高湿、高压极端环境下的使用能力。

权利要求

1.一种防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：包括探测器壳体，设于探测器壳体内的收集电极组件、收集电极密封组件、薄壁管道阵列、薄壁管道支撑件，所述薄壁管道阵列通过两端的薄壁管道支撑件固定，进气端的薄壁管道支撑件与进气侧缓冲腔室相接，进气侧缓冲腔室经转接软管与进气口连通，出气端的薄壁管道支撑件与出气侧缓冲腔室相接，出气侧缓冲腔室经转接软管与出气口连通，进气端的薄壁管道支撑件由接地隔离环、位于接地隔离环内部的绝缘支撑盘、位于接地隔离环外围的绝缘环密封拼装而成，绝缘支撑盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，出气端的薄壁管道支撑件由接地隔离环、位于接地隔离环外围的绝缘环、位于接地隔离环内部的重叠的高压导电盘和绝缘支撑盘密封拼装而成，重叠的高压导电盘和绝缘支撑盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，所述接地隔离环的直径与缓冲腔室接口内径一致，所述收集电极组件由一整块金属加工而成，该金属选用低原子序数的轻质金属材料，收集电极组件上设有与薄壁管道阵列相配的孔道，薄壁管道穿过收集电极组件，收集电极组件上设有收集电极接线柱，出气端的薄壁管道支撑件上设有高压电极接线柱，高压电极接线柱与高压导电盘相连，所述收集电极组件两端面设有收集电极密封组件，收集电极密封组件由绝缘盘、接地支撑盘、绝缘环组成，重叠的接地支撑盘和绝缘盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，通孔内设绝缘环，所述探测器壳体的进气端上设有第一气嘴，通过第一气嘴向探测器壳体内充入保护气体，所述接地隔离环、接地支撑盘均与电源地导通。

2.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：所述收集电极组件上设有第二气嘴，收集电极组件端面与收集电极密封组件间留有间隙，通过第二气嘴向收集电极组件的孔道内充入工作气体，充气后收集电极组件通过第二气嘴与设于进气侧缓冲腔室内的平衡气囊连通。

3.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：所述进气侧缓冲腔室、出气侧缓冲腔室、收集电极组件均通过绝缘支撑件固定，所述进气侧缓冲腔室、出气侧缓冲腔室与探测器壳体之间设有减震弹簧。

4.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：所述进气侧缓冲腔室和出气侧缓冲腔室中均设有导流板。

5.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：所述薄壁管道的薄壁部位仅存在于收集电极组件内部。

6.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：当环境本底辐射影响测量时，在所述探测器壳体外增设屏蔽体或采用差分补偿。

7.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：薄壁管道为金属管。

8.根据权利要求1所述的防潮抗沾污流气式电离室探测器，其特征是：薄壁管道为绝缘材料管，薄壁管道与孔道相对面上涂有导电涂层。

说明书

一种防潮抗沾污流气式电离室探测器

技术领域

[0001] 本发明属于核辐射监测领域，具体涉及一种防潮抗沾污流气式电离室探测器。

背景技术

[0002] 电离室是工作在饱和区的气体探测器，原则上它既不存在电荷复合，也没有气体放大，入射粒子电离产生的全部电子和正离子都被收集到正负电极上，按工作方式电离室
分为两种，一种是记录单个核辐射粒子的脉冲电离室，另一种是记录大量粒子平均电离效
应的电流电离室。

[0003] 在目前国内外核电领域，主要使用流气式电离室测量高体活度浓度的β放射性气体，尚未见到有关独立抵御潮湿气流干扰的流气式电离室的报告。也有文献报告用β射线计
数管测量β放射性，但其测量效率、测量范围都非常有限，不能满足工程应用需求。

[0004] 现有流气式电离室探测器大致结构如附图1所示，被测气体从进气口进入到探测器内部，高压极的上下导流孔使被测气流能均匀地流过探测区间，被测量后的气体经出气
口流出探测器，高压极与电荷收集极之间形成均匀电场，电离射线产生的电荷在电场的作
用下漂移至电荷收集极而形成信号，信号电荷由信号线输出，高压输入导线将高压传递至
高压极上。探测器外壳与高压极保持绝缘。

[0005] 上述现有的流气式电离室探测器存在以下缺点：当被测气体温度、湿度偏高时，空气中的湿气可能会在收集极绝缘子表面冷凝，导致收集极与相邻部件之间的绝缘电阻下
降，导致测量信号失真；随着通气时间增加，被测气体中尘埃也会在收集极表面沉积，收集
极绝缘子绝缘电阻也会受到影响；如果探测器内部沉积尘埃中含有放射性，会使探测器的
本底计数上升，特别是α放射性尘埃沾污可能会导致探测器在较长时间内有较大的输出信
号，甚至超过报警阈值，导致其测量气体放射性不准确，降低了设备的运行可靠性；当测量
高温高湿气体时，被测气体本身也会具备电荷转移能力，会产生较大的漏电流，漏电流会使
探测器的性能变差，如：探测下限抬升、探测准确度变差、危及使用者人生财产安全等。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种防潮、抗沾污流气式电离室探测器，该探测器将待测气体与电极完全隔离，全面提升探测器环境适应能力。

[0007] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种防潮抗沾污流气式电离室探测器，包括探测器壳体，设于探测器壳体内的收集电极组件、收集电极密封组件、薄壁管道阵
列、薄壁管道支撑件，所述薄壁管道阵列通过两端的薄壁管道支撑件固定，进气端的薄壁管
道支撑件与进气侧缓冲腔室相接，进气侧缓冲腔室经转接软管与进气口连通，出气端的薄
壁管道支撑件与出气侧缓冲腔室相接，出气侧缓冲腔室经转接软管与出气口连通，进气端
的薄壁管道支撑件由接地隔离环、位于接地隔离环内部的绝缘支撑盘、位于接地隔离环外
围的绝缘环密封拼装而成，绝缘支撑盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，出气端的薄壁
管道支撑件由接地隔离环、位于接地隔离环外围的绝缘环、位于接地隔离环内部的重叠的
高压导电盘和绝缘支撑盘密封拼装而成，重叠的高压导电盘和绝缘支撑盘上设有与薄壁管
道阵列相配的通孔，所述接地隔离环的直径与缓冲腔室接口内径一致，所述收集电极组件
由一整块金属加工而成，该金属选用低原子序数的轻质金属材料，收集电极组件上设有与
薄壁管道阵列相配的孔道，薄壁管道穿过收集电极组件，收集电极组件上设有收集电极接
线柱，出气端的薄壁管道支撑件上设有高压电极接线柱，高压电极接线柱与高压导电盘相
连，所述收集电极组件两端面设有收集电极密封组件，收集电极密封组件由绝缘盘、接地支
撑盘、绝缘环组成，重叠的接地支撑盘和绝缘盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，通孔内
设绝缘环，收集电极组件端面与绝缘盘相接，所述探测器壳体的进气端上设有第一气嘴，通
过第一气嘴向探测器壳体内充入保护气体，如：干燥氮气。

[0008] 在上述技术方案中，当冷凝现象显著时，薄壁管道可由绝缘材料制成，薄壁管道与孔道相对面上涂有导电涂层，该涂层用于加载高压；当冷凝现象不显著时，薄壁管道可由金
属制成。

[0009] 在上述技术方案中，所述收集电极组件上设有第二气嘴，收集电极组件端面与收集电极密封组件间留有间隙，通过第二气嘴向收集电极组件的孔道内充入工作气体，如：
Xe、C4H10、Ar+C2H2等；充气后，收集电极组件通过第二气嘴与设于进气侧缓冲腔室内的平衡
气囊连通。

[0010] 在上述技术方案中，所述进气侧缓冲腔室、出气侧缓冲腔室、收集电极组件均通过绝缘支撑件固定。另外，所述进气侧缓冲腔室、出气侧缓冲腔室与探测器壳体之间设有减震
弹簧，用以提高探测器抗震能力。

[0011] 在上述技术方案中，所述接地隔离环、接地支撑盘均与电源地导通。在上述技术方案中，所述进气侧缓冲腔室和出气侧缓冲腔室中均设有导流板。

[0012] 本发明的工作原理是，被测气体流经中间的薄壁管道，被测气体中的电离射线穿透薄壁管道电离工作气体产生自由电荷，自由电荷在电场作用下，向两极漂移，形成电流，
形成的信号电流与被测气体的放射性体活度浓度成正比。由于工作气体与被测气体完全隔
离，与工作气体接触的电极不会受到被测气体中湿气影响。当测量高气压气体时，为防止薄
壁管道因气体压差过大而遭受破坏，可将充有工作气体的缓冲气囊连接至第二气嘴，以降
低薄壁管道内外压差，在正式投入使用前，应校准探测器在不同工作气压、不同被测气体成
分下探测器的探测效率。

[0013] 本发明采取将电极与被测气体隔离的方案全面提升探测器环境适应能力，收集极的漏电流极低，增强了探测器测量弱放射性的能力。

[0014] 薄壁管道具备阻挡α粒子的能力，因此，即使在薄壁管道内表面沾染α放射性尘埃，α粒子也不会出现在工作气体一侧，避免了因α放射性产生高本底输出，提高了探测器的抗
干扰能力。

[0015] 该探测器通过设置平衡气囊避免薄壁管道被破坏，增加了探测器的压力适应范围。

[0016] 该探测器通过设置多层屏障避免因部分零件失效而向环境泄漏放射性物质，提高了探测器的使用安全性。

[0017] 该探测器通过增加被测气体与工作气体交界面面积的方案提高探测效率，拓展了探测器探测下限；通过缩小高压电极与收集电极之间的间距，在较低的极间电压下即可获
得足够的电场强度，降低自由电荷复合概率，提高了探测器单位灵敏体积工作气体的探测
上限。

[0018] 综上，本发明探测器具备了在高放射性、高温、高湿、高压极端环境下的使用能力，为拓展该类探测器适用范围奠定了技术基础。

[0019] 本发明使流气式电离室探测器的实用性更强，对电离辐射探测领域、核安全领域的发展具有积极重要的贡献。

附图说明

[0020] 图1为现有流气式电离室探测器的结构示意图。

[0021] 其中：1信号输出导线，2高压输入导线，3高压极，4电荷收集极，5探测器外壳，6绝缘垫，7出气口，8进气口。

[0022] 图2为本发明探测器的结构示意图。

[0023] 图3为本发明探测器的工作原理图。

[0024] 图4为本发明中收集电极组件示意图。

[0025] 图5为图4的左视图。

[0026] 图6为本发明中收集电极密封组件示意图。

[0027] 图7为图6的左视图。

[0028] 图8为本发明中出气端的薄壁管道支撑件示意图。

[0029] 图9为图8的左视图。

[0030] 图10为本发明中进气端的薄壁管道支撑件示意图。

[0031] 图11为图10的左视图。

[0032] 其中：1第一气嘴，2弹簧，3绝缘支撑件，4收集电极组件，5第二气嘴，6收集电极接线柱，7高压电极接线柱，8出气口，9薄壁管道支撑件，10薄壁管道阵列，11收集电极密封组
件，12导流板，13探测器壳体，14转接软管，15进气口，16平衡气囊，17高压极导电涂层，18工
作气体，19被测气体，20收集极，21高压极薄壁管道，22绝缘盘，23绝缘环，24接地支撑盘，25
绝缘环，26接地隔离环，27高压导电盘，28绝缘支撑盘，29接地隔离环，30绝缘支撑盘，31绝
缘环。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步描述。

[0034] 如图2所示，为本发明探测器的一种实施例。被测气体首先经进气口15进入到探测器，通过转接软管14后进入缓冲腔室，在缓冲腔室内设置有与第二气嘴连通的平衡气囊16，
该气囊用于平衡薄壁管道内外气压，防止薄壁管道因管壁两侧压差过大而损坏；然后经导
流板12梳理后均匀地进入薄壁管道阵列10，薄壁管道的数量、尺寸、形状、布局方式根据需
要而定，需要考虑的制约因素为：制造成本、加工难易、探测器体积及重量、探测器探测效
率、输出信号强度、被测气体活度浓度、被测气体的核素种类以及工作气体的种类与气压
等；当被测气体流经薄壁管道阵列10时，被测气体发出β射线会部分地穿过薄壁管道电离工
作气体，从而产生自由电荷，这些自由电荷在电场的作用下向两极移动直至被收集，形成信
号电流，如图3所示。由于薄壁管道管壁脆弱，可用加强筋增强其稳定性，当冷凝现象显著
时，薄壁管道可由绝缘材料制成，当冷凝现象不显著时，薄壁管道可由金属制成，由于被测
气体与工作气体完全隔离，被测气体中湿度造成的冷凝水不会影响测量；最后被测气体经
导流板、转接软管后从出气口8离开探测器。

[0035] 第一气嘴1用于向探测器内部充入干燥的保护气体，当探测器所处环境含有较高的干扰辐射本底时，需要在探测器周围设置屏蔽保护。

[0036] 如图4、5所示，收集电极组件4可由一整块金属加工而成，该金属可选用低原子序数的轻质金属材料制成，如铝、钛等，收集电极的功能为收集电离电荷。

[0037] 如图6、7所示，收集电极密封组件11由绝缘盘22、绝缘环23、接地支撑盘24组成，重叠的接地支撑盘24和绝缘盘22上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，通孔内设绝缘环23，该
组件的作用主要是：密封收集极、支撑薄壁管道阵列，相互之间的密封可用耐候高强度胶水
实现。

[0038] 如图8、9所示，出气端的薄壁管道支撑件由绝缘环25、位于绝缘环25内部的接地隔离环26、位于接地隔离环26内部的重叠的高压导电盘27和绝缘支撑盘28密封拼装而成，重
叠的高压导电盘和绝缘支撑盘上设有与薄壁管道阵列相配的通孔，相互间的密封可用耐候
高强度胶水实现，该部件的功能是为薄壁管道提供高压，同时具备固定薄壁管道阵列的功
能。

[0039] 如图10、11所示，该组件的功能与图8、9所示的组件功能类似，两者之间的区别是：进气端的的组件去掉了高压导电盘。

[0040] 在探测器中所有部件选用的材料均应耐辐照、耐老化、耐振动、耐高低温冲击，被测气体流经的部件应整体采用或镀有耐腐蚀材料。

[0041] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

[0042] 以上所述具体实施方式，仅仅是具体说明本发明的目的、技术方案和有益效果，而非限制本发明展现形式及保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同
替换、变形改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。