專利名稱：用于輻射探測(cè)的橢圓形充氣式探測(cè)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(cè)器，更具體地涉及填充有HE-3的中子輻射探測(cè)器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
充氣式探測(cè)器通常包括填充有氣體(如空氣或氦氣)的腔室和兩個(gè)電壓板或電極。正電極即陽(yáng)極通常是沿著腔室的縱向中心軸線來(lái)定位的導(dǎo)線，其對(duì)外殼來(lái)說(shuō)是電絕緣的。外殼自身通常包括負(fù)電極即陰極。
所進(jìn)入的輻射會(huì)與探測(cè)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(duì)。當(dāng)在電極之間施加電壓時(shí)，正離子被吸引到帶負(fù)電荷的陰極上，而電子被吸引到帶正電荷的陽(yáng)極上。電荷聚集在陽(yáng)極上，導(dǎo)致電路中的電壓發(fā)生變化。電壓變化或脈動(dòng)導(dǎo)致電流在外電路中流動(dòng)，從而允許探測(cè)到電離輻射的存在。
現(xiàn)有充氣式輻射探測(cè)器通常采用長(zhǎng)圓柱管的形式。在許多應(yīng)用中，這些探測(cè)器以需要服從沿著探測(cè)器縱向軸線的輻射相互作用的位置的方式來(lái)使用。在其它情況下，可以使用多個(gè)探測(cè)器的陣列。在這種情況下，非常希望能實(shí)現(xiàn)垂直于縱向軸線的輻射探測(cè)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(cè)器相互之間設(shè)置成有多緊密。另一因素是探測(cè)器內(nèi)的氣體壓力，其將有助于確定探測(cè)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(zhǎng)度也將有助于確定該相互作用的可能性。對(duì)于圓柱形管的設(shè)計(jì)而言，探測(cè)器外半徑上的相互作用的效率顯著降低。
需要有一種獨(dú)特的充氣式輻射探測(cè)器，其能夠優(yōu)化路徑長(zhǎng)度、充氣壓力和探測(cè)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(cè)器，例如填充有HE-3的探測(cè)器，其具有沿著至少其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度的橢圓形狀(帶有長(zhǎng)軸和短軸)。另外，沿著探測(cè)器的整個(gè)長(zhǎng)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(cè)器陽(yáng)極具有更緊密的間距(當(dāng)結(jié)合到多探測(cè)器陣列中時(shí))，同時(shí)最大限度地提高了通過(guò)橢圓長(zhǎng)軸的效率。這將允許多探測(cè)器的使用者實(shí)現(xiàn)輻射探測(cè)的最大效率，以及最大的可能水平探測(cè)分辨率。探測(cè)器尺寸可以有很大的變化，只要保持可區(qū)分的長(zhǎng)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(cè)器長(zhǎng)度。氣體壓力還可根據(jù)所需的探測(cè)器效率和探測(cè)器中的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度而變化。
根據(jù)最終用途的應(yīng)用，探測(cè)器還可具有傳統(tǒng)的從探測(cè)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(lái)自內(nèi)部陽(yáng)極導(dǎo)線的信號(hào)傳導(dǎo)至某些外部的電荷測(cè)量/處理器件中。
因此，就其更廣泛的方面來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)器，其包括填充有高壓氣體的外殼、陽(yáng)極和陰極；外殼具有等于或小于外殼整個(gè)長(zhǎng)度尺寸的感測(cè)長(zhǎng)度，外殼至少沿其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)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(cè)器組成的陣列，各探測(cè)器均包括填充有高壓氣體的外殼、陽(yáng)極和陰極；各外殼具有等于或小于外殼的整個(gè)長(zhǎng)度尺寸的感測(cè)長(zhǎng)度，外殼至少沿其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度具有均勻的橢圓形截面。
下面將結(jié)合以下附圖來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明。


圖1是典型的充氣式輻射探測(cè)器的示意圖；
圖2是已知的圓柱形充氣式輻射探測(cè)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(gè)示例性實(shí)施例的橢圓形充氣式輻射探測(cè)器的水平陣列的示意性截面圖。
圖中各標(biāo)號(hào)的含義如下10輻射探測(cè)器；12外殼(和陰極)；14陽(yáng)極；16電壓源；18電流測(cè)量器件或電荷靈敏放大器；20輻射探測(cè)器；22外罩或外殼(和陰極)；24陽(yáng)極。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在來(lái)看圖1，典型的充氣式輻射探測(cè)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(cè)器的縱向軸線居中設(shè)置的內(nèi)部陽(yáng)極14。陽(yáng)極14可以是普遍用于充氣式輻射探測(cè)器中的導(dǎo)線。探測(cè)器的外殼12還用作負(fù)電極即陰極。
進(jìn)入探測(cè)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(fù)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(chǎng)將離子吸引至負(fù)電極即陰極12上，并將電子吸引至正電極即陽(yáng)極14上。電子流產(chǎn)生了電流脈沖，其為探測(cè)信號(hào)。為此，在電路中的電壓源16和陰極12之間設(shè)有電流測(cè)量器件或電荷靈敏放大器18。電場(chǎng)的大小確定了探測(cè)器的工作模式。因此，隨著電場(chǎng)的增強(qiáng)，探測(cè)器可分別作為電離室、比例計(jì)數(shù)器或蓋革計(jì)數(shù)器而工作。
如上所述，存在著需要多探測(cè)器的陣列的情況，并且在許多情況下非常希望能實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的水平定向。在圖2中顯示了處于該水平定向中的探測(cè)器10的陣列?？梢钥吹剑瑢?duì)于這種定向而言，陽(yáng)極間距即相鄰探測(cè)器的陽(yáng)極之間的水平間距等于d1。該距離和探測(cè)器內(nèi)部的填充氣體的壓力一起部分地決定了探測(cè)器的性能和靈敏度。
現(xiàn)在來(lái)看圖3，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的多個(gè)輻射探測(cè)器20的陣列。值得注意的是，各探測(cè)器20都形成有外罩或外殼22，該外殼22沿其整個(gè)長(zhǎng)度尺寸具有橢圓形的截面。雖然探測(cè)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(zhǎng)軸和短軸。另外，雖然該示例性實(shí)施例中的探測(cè)器沿其整個(gè)長(zhǎng)度尺寸具有橢圓形狀，但是重要的是探測(cè)器至少沿其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度具有橢圓形狀，其中該整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度小于整個(gè)長(zhǎng)度尺寸。同樣重要的是，在沿著探測(cè)器短軸方向的長(zhǎng)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(gè)探測(cè)器的能力。在電離輻射沿平行于長(zhǎng)軸的方向進(jìn)入時(shí)，可以保持相鄰陽(yáng)極之間的更緊密間距和針對(duì)輻射的更大路徑長(zhǎng)度(其提高了探測(cè)的可能性)的雙項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。
探測(cè)器20的長(zhǎng)度當(dāng)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(cè)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(cè)器效率和探測(cè)器的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度而變化。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，探測(cè)器的外殼22為3英寸長(zhǎng)，并且橢圓形狀由0.4英寸的短軸和1.4英寸的長(zhǎng)軸來(lái)限定?？梢钥吹?，探測(cè)器陽(yáng)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(cè)器的充氣壓力應(yīng)當(dāng)使得在基于外殼材料和壁厚的一半屈服強(qiáng)度下，在四倍的充氣壓力范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生破裂或爆炸。
鋁和不銹鋼是探測(cè)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(gè)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(cè)器20具有從探測(cè)器的一端或兩端中伸出來(lái)的陶瓷-金屬密封件。這種密封件允許信號(hào)從內(nèi)部陽(yáng)極導(dǎo)線傳導(dǎo)至某些外部的電荷測(cè)量/處理器件中。
雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)際且最優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)介紹了本發(fā)明，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)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(cè)器(20)，包括填充有高壓氣體的外殼(22)、陽(yáng)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(gè)長(zhǎng)度尺寸的感測(cè)長(zhǎng)度，所述外殼沿著至少其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)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(cè)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(cè)器，其特征在于，所述陽(yáng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器，其特征在于，所述外殼(22)為約3英寸長(zhǎng)，并具有約1.4英寸的長(zhǎng)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(cè)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(cè)器(20)的陣列，各所述探測(cè)器具有填充了高壓氣體的外殼(22)、陽(yáng)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(gè)長(zhǎng)度尺寸的感測(cè)長(zhǎng)度，所述外殼(22)至少沿其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度具有均勻的橢圓形截面；其中，相應(yīng)探測(cè)器外殼(22)的縱向軸線是平行的；各所述探測(cè)器外殼(22)具有縱向軸線，所述橢圓形截面由長(zhǎng)軸和短軸來(lái)限定，并且所述探測(cè)器(20)的各自的長(zhǎng)軸處于垂直且平行的方位。
全文摘要
一種輻射探測(cè)器(20)，包括填充有高壓氣體的外殼(22)、陽(yáng)極(24)和陰極(22)。外殼(22)形成為至少沿其整個(gè)感測(cè)長(zhǎng)度具有均勻的橢圓形截面。
文檔編號(hào)G01T3/00GK1776457SQ200510127169
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:通用電氣公司