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![一种塑料闪烁体探测器及其封装方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/6acb4fd10b4c2e3f562763b9.png)
专利名称：一种塑料闪烁体探测器及其封装方法专利类型：发明专利
发明人：潘子文,董靖宇,叶邦角
申请号：CN202010824098.8
申请日：20200817
公开号：CN111983666A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种塑料闪烁体探测器及其封装方法，塑料闪烁体(粒子探测区域)使用特氟龙胶带包裹而光导(荧光光子传输区域)使用高反射率铝箔包裹的特氟龙‑铝箔混合封装方法，以尽可能优化塑料闪烁体探测器的荧光收集效率，从而提高μSR谱学用塑料闪烁体探测器的能量分辨和时间分辨能力。
本发明优点为具有高的荧光收集效率，高的信噪比，更好的能量分辨和时间分辨能力，封装方式简单，材料成本低廉。
申请人：中国科学技术大学
地址：230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
国籍：CN
代理机构：北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：杨学明
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塑料闪烁体探测器工作原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣的科技玩意儿——塑料闪烁体探测器。
这听起来可能像个高科技词汇，其实，它的原理并不复杂。
就像你和朋友一起玩捉迷藏，找到他的时候心里那个小激动，塑料闪烁体探测器也是在“找东西”，而且它找的是微小的粒子，像宇宙中的那些小秘密。
接下来，就让我们揭开这个神秘的面纱吧！2. 什么是塑料闪烁体探测器？2.1 塑料闪烁体的基本概念说到塑料闪烁体，简单来说，它就是一种能发光的塑料材料。
当高能粒子通过它时，就像你在黑暗中一不小心摔了一跤，瞬间产生了“闪光”效果。
这里的“高能粒子”可以是宇宙射线，也可以是其他放射性物质。
它们在塑料中快速移动，就像你在游乐场的过山车上，嗖的一下，刺激又兴奋。
2.2 工作原理那么，这个探测器到底是怎么工作的呢？其实很简单。
首先，当高能粒子撞击塑料闪烁体的时候，塑料中的分子就会激发起来，开始发光。
接着，这些光信号会被探测器内部的光电二极管捕捉到。
可以想象成，咱们的塑料就像是一个舞台，粒子就是台上的演员，而光电二极管就是在台下聚精会神观看表演的观众。
哇，真是个热闹的场面！3. 应用领域3.1 科学研究那么，塑料闪烁体探测器在哪些地方可以派上用场呢？首先，它在科学研究中可是大显身手。
科学家们利用它来探测宇宙中的粒子，寻找暗物质和其他神秘的现象。
就像侦探在解谜一样，他们通过这些微小的光信号，逐步拼凑出宇宙的故事。
这种探测器不仅轻便，还能适应各种环境，真是科研工作者的好帮手。
3.2 医疗领域再说说医疗领域，塑料闪烁体探测器同样有它的一席之地。
它们被用在某些医学成像设备中，比如正电子发射计算机断层扫描（PET）。
听起来复杂，其实就像是在给身体做一次“大扫除”，帮助医生更好地了解身体内部的状况。
这可真是救命稻草，能够提前发现许多问题，让医生和患者都能松一口气。
4. 总结好啦，朋友们，今天咱们简单聊了聊塑料闪烁体探测器的工作原理。
它从科学研究到医疗领域，真是无所不能，简直就像个全能选手。
塑料闪烁体探测器性能比较
王相星;吴代银;卢凌鹏
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2022(42)1
【摘要】采用MC模拟了对溶剂BC408、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、乙烯基甲苯、LiME(甲基丙烯酸锂)共5种材质的塑料闪烁体在不同射线能量下的性能参数测试,并将实验数据进行对比,进而选出光产额与探测效率较高的产品.实验结果表明:BC408塑料闪烁体在能量区间为0~0.662 MeV的射线照射下的光产额与探测效率皆比其他4种材质更为稳定,适用性更强.此次试验结果可为使用选取探测器提供参考.
【总页数】5页(P141-145)
【作者】王相星;吴代银;卢凌鹏
【作者单位】成都理工大学工程技术学院;核工业西南物理研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TL812
【相关文献】
1.溴化镧、碘化钠和塑料闪烁探测器性能比较
2.塑料闪烁体探测器成形堆积判别与校正方法
3.塑料闪烁体探测器中子/伽马甄别能力研究
4.深空探测用塑料闪烁体阵列式缪子探测器电子学采集系统设计
5.MC法计算塑料闪烁体探测器阵列反中微子探测效率
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sipm耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计好啦，今天我们来聊聊关于“sipm耦合塑料闪烁体探测器放大电路设计”的那些事儿。
这听起来可能有点儿复杂，但是别着急，我会尽量用简单的语言给大家讲清楚。
啥是“SIPM耦合塑料闪烁体探测器”呢？这就是一种高科技的设备，它能用来检测辐射、粒子或者其他不容易被直接看见的东西。
怎么能让这个探测器发挥作用呢？你肯定想，光有个探测器可不行，还得把它探测到的信号“放大”才能看到更多细节。
就像你手机的信号不强，得用信号放大器一样。
所以，今天的重点就是怎么设计一个让这个探测器的信号变得更强、更清晰的电路。
大家可能会觉得，电路设计就像拆开一个大蛋糕，里面全是复杂的元件、线路，怎么看都觉得一头雾水。
哎呀，其实并没有那么难！设计这种放大电路，关键就在于理解两个字——“放大”。
就像你在超市买了一个音响，怎么让它发出的声音更大、更清晰？答案就是增加音响的功率。
同理，探测器收到微弱信号后，放大电路要让这些微小的信号变得更容易“听见”，才能进一步分析。
这不就像你聚精会神地在听别人讲话，旁边的人说话特别小声，你得把耳朵竖得更高些才能听到对方的心里话。
好了，具体到设计的时候，我们首先得理解一个问题——“增益”。
你不可能把一个原本一滴水的信号直接变成一桶水，那样信号就完全失真了。
所以呢，要保证增益既不小到听不见，又不能大到失去细节，做到“刚刚好”。
这就像你在做菜的时候放盐，少了不够味，多了反而咸死。
增益的选择需要精确，需要调节得恰到好处。
然后呢，还得考虑噪声。
要知道，任何电路都会有一些杂音，可能是电源不稳，可能是器件本身的缺陷，甚至是外界环境的干扰。
这些噪声像是你在安静的夜晚突然听到外面汽车的喇叭声，突然打破了平静，搞得你心烦意乱。
所以，设计放大电路时，得特别注意噪声的抑制。
怎么做呢？选用合适的材料，巧妙设计电路布局，尽量避免不必要的干扰，像是给自己做一道“防噪音的保护膜”，让探测器得到最干净、最纯粹的信号。
长塑料闪烁体核子料位计的研制干小宇;宓逸舟;冯婷婷;梁城【摘要】介绍了一种基于长塑料闪烁体的核子料位测量系统.根据射线穿过物料后强度衰减的原理,通过测定射线强度的变化确定料位的高度,分析了闪烁探测器的硬件结构,对塑料闪烁体两端以指数规律衰减的计数求加.闪烁探测器采用两端带有光电倍增管的长塑料闪烁体,并通过射随器和滞回比较电路增加探测信号带负载能力、滤除噪声和信号甄别.根据HND-S2塑料闪烁体的性能测试结果,建立探测器两端信号与点状放射源相对位置的关系,通过对其积分运算确定现场线状放射源理想模型来测定料位高度,其测量精度高误差低于1％,可广泛应用于石油、化工、医药等行业中.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)011【总页数】4页(P51-54)【关键词】料位测量;塑料闪烁体;闪烁探测器;放射源【作者】干小宇;宓逸舟;冯婷婷;梁城【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TL82核子料位计是利用放射源射线与物料的相互作用，探测衰减后的γ 射线强度，依据衰减遵循指数规律来测量料位的一种仪器。
其采用非接触的测量方式，具有反应速度快，稳定性高等优点，特别在高温、高压、强腐蚀等恶劣环境下，具有广阔的应用前景。
本文研制的核子料位计在闪烁探测器上进行了改进，采用长塑料闪烁体。
塑料闪烁体制作简便可加工成各种模型，发光衰减时间短，光传输性好，同时具有耐辐照，性能稳定，耐潮湿、震动、冲击，在8 ～10 年内发光效率无明显变化的优点［1］，这些特性相比常用的NaI(TI)闪烁体在核子料位计［2］上应用具有明显优势。
方案中设计的核子料位计具有测量精度高、稳定性好等特点，可应用于对测量精度要求高的工业环境。
大面积塑料闪烁探测器剂量线性测量及修正作者：黄秋方方丁卫撑杨勇张从华来源：《中国测试》2015年第06期摘要：针对γ射线剂量增大时，大面积塑料闪烁探测器剂量线性会变差这一问题，采用能谱测量方式对塑料闪烁探测器的剂量线性进行修正。
首先在单能辐射场中，探测器通过能谱测量电路在上位机形成辐射场能谱，然后按照能量线性规律算出每道址的权重因子，以标准剂量仪所测剂量率为参考值得到修正公式，接下来对待测辐射场进行能谱采样，根据每道计数和修正公式，得到修正后的总计数率和剂量率，从而对塑料闪烁探测器的剂量线性进行修正。
结果表明：经过修正以后，在137Cs辐射场中剂量测量最大相对误差由-24.32%变为-6.90%，在60Co辐射场中最大相对误差由-72.22%变为-27.78%。
可以看出，经过修正的探测器剂量线性得到很大改善，可为辐射场中γ射线剂量的准确测量提供技术参考。
关键词：塑料闪烁探测器；剂量线性；能谱测量；修正文献标志码：A文章编号：1674-5124（2015）06-0030-040 引言塑料闪烁体是一种用途较为广泛的有机闪烁体，具有发光时间短、光传输性好、稳定、形状及尺寸不受限制、容易制造、成本低、耐辐射性好等特点。
通常采用塑料闪烁体、光电倍增管、分压器配合使用测量γ射线，大面积塑料闪烁探测器可用于大面积γ射线检测装置，核电站、核设施等场所车辆、人员及衣物的γ射线侦检装置，大型工具污染测量、反恐放射性测量及放射性材料探测装置等。
标准IAEA-1312和GB/T 24246——2009《放射性物质与特殊核材料监测系统》都用到了大面积塑料闪烁探测器。
在对大面积塑料闪烁探测器进行测量时，随着所受辐射剂量的变大，其剂量线性会变差。
这不仅会限制探测器的应用范围，也会影响测量结果，因此有必要对其剂量线性进行修正。
然而，国内外对大面积塑料闪烁探测器剂量线性的研究较少，如文献[3]研究了塑料闪烁探测器对中子和γ射线信号脉冲形状的辨别力，文献[4]对光电倍增管坪曲线、探测器效率、电源模块直流输出等进行了测试，但都没提到大面积塑料闪烁探测器的剂量线性问题。
第27卷 第4期核电子学与探测技术V ol .27 N o .4 2007年 7月Nuclear Electronics &Detection Technolo gyJuly 2007 大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试孟 丹,邓长明,程 昶,任 熠,宋称心,刘 芸(中国辐射防护研究院,太原030006) 摘要:介绍了大面积塑料闪烁体探测模块的设计、研制及其组成,重点介绍大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试。
关键词:塑料闪烁体;光电倍增管;探测器;辐射探测模块中图分类号: T L812.1 文献标识码: A 文章编号: 0258-0934(2007)04-0752-04收稿日期:2006-11-05作者简介:孟丹(1982—),女,辽宁辽阳人,研究实习员,主要从事核军工、核电站辐射监测系统仪器仪表的开发研制工作 大面积塑料闪烁体探测模块(以下简称:辐射探测模块)采用大面积塑料闪烁体+光电倍增管+电子学电路的设计。
研制出的辐射探测模块经过了严格的光电倍增管坪曲线测试、效率测试、电源模块直流输出测试和辐射探测模块稳定性测试。
同时,对模块工艺装配及性能等方面也做了检查和调试。
该辐射探测模块可用于大面积γ射线检测装置,核电站、核设施等场所车辆、人员及衣物的γ射线侦检装置,大型工具污染测量、反恐放射性测量及放射性材料侦检装置等。
1 辐射探测模块组成研制的辐射探测模块由探测器模块、电子学模块和电源模块三部分组成,采用大面积塑料闪烁体为探测器,接收到的γ信号进入光电倍增管、前置放大器后,转变成电信号,再经放大、成形、符合,输出标准TT L 电平。
1.1 探测器模块设计采用大面积塑料闪烁体+C R -120型/C R -105型光电倍增管+分压器+前放板的设计,如图1所示,提供一路信号输出和一路高压输入。
探测器模块整体示意图见图2。
图1 光电倍增管组件图2 探测器模块示意图1.2 电子学模块设计采用信号输入、主放、脉冲甄别、脉冲展宽、符合电路及0.1%高压等几部分电路组合设计,主要功能是给光电倍增管提供高压,并对两个探测器的4路电脉冲信号进行放大、甄别,将每个探测器的两路信号符合后输出5V T TL 电平。
电子学模块原理框图见图3。
752图3 电子学模块原理框图1.3 电源模块设计采用一体化不间断稳压电源,它是一种带有备电输入和充电电压的UPS ,它具有开关电源的诸多优点,交直流可实现零秒切换,输入电压AC 220V ,输出三组12V 直流电压,总功率60W 。
UPS 电源模块带有开关,可关断交流输入时的直流输出,蓄电池上的开关可供备电输入时的直流输出。
电源模块示意图如图4所示。
图4 电源模块示意图2 主要技术指标1)探测器模块塑料闪烁体型号:S T -401型,尺寸1000mm ×250mm ×50mm ;探头外壳最大长度:250mm ;光电倍增管型号CR -120型/CR -105型;电压±12V ;高压0～1500V 可调;输出噪声有效值小于100m V ;工作环境:0～50℃。
2)电子学模块电路模块尺寸300mm ×200mm ×40mm ;安装孔长290m m ×宽160mm ;输出电平5V T TL ,脉宽1μs ;符合时间1～3μs ;甄别阈0～11V 可调;输入电压12V ;最大功率6W ;工作环境:0～50℃。
3)UPS 电源外形尺寸:A 型220mm ×120mm ×50m m ;型号4NIC -UPS36+CD13.8;输入AC 50H z 220×(1±0.1)V ,DC 12×(1±0.2)V ;输出12V 5A ,13.8V 1A (充电电压);纹波系数:小于1.0%;功率:60W ;工作环境:0～50℃。
4)蓄电池外形尺寸145mm ×165m m ×175mm ;型号A412/20G5;输出12V ;容量:20A 。
3 辐射探测模块性能测试3.1 光电倍增管坪曲线测试坪曲线是衡量光电倍增管性能的重要标志,在使用光电倍增管之前必须测量它,以鉴定其质量,并确定工作电压[1]。
在本次测试中,分别测得了16个光电倍增管(前9号为C R -120型/其余为CR -105型)的坪曲线,如图5所示,并提供了相应的光电倍增管工作电压,见表1。
在选取工作高压时,根据所得的坪曲线数据,从工作高压坪区和计数效率两方面考虑,工作高压选取坪区2/3的高压点。
测试条件:测量时间10s ;甄别阈-1V。
图5 光电倍增管坪曲线图由表1可看出,CR -120型光电倍增管工作高压在675～870V 之间,CR -105型光电倍增管工作高压在825—1010V 之间,且不同光电倍增753管之间性能差异较大。
表1 光电倍增管推荐工作高压编号0102030405060708推荐高压/V675675675685725675680775编号0910111213141516推荐高压/V8709001010850975920900825 另外,由于塑料闪烁体与光阴极接触的界面中存在着空气,为了尽量减少光线在闪烁体与光阴极窗界面的全反射,在测试过程中,选取15号和16号两个光电倍增管做实验,在光电倍增管光阴极上涂有耦合剂“硅油”,使从塑料闪烁体中发射出的光子有效地传给光电倍增管的光阴极[1]。
测得的坪曲线如图6所示。
测试条件:时间10s;甄别阈-1V。
根据测得的坪曲线,15、16号光电倍增管推荐工作高压分别为875和750V。
与图5对比,涂有硅油的光电倍增管工作高压都有所降低,且在相同电压下,计数值有所增大。
3.2 效率测试将16个光电倍增管组件按对应编号逐一连接到塑料闪烁体的两端,分别测量每组探测器的本底符合计数和带源符合计数,由此得出符合净计数,从而计算出每组探测器的探测效率,见表2。
图6 光电倍增管涂硅油坪曲线图测试条件:测量时间10s;符合时间1μs;甄别阈-1V;放射源137Cs,45kBq表2 辐射探测模块效率测试数据电倍增管编号01、0203、0405、0607、0809、1011、1213、1415、16净计数平均值1619614587.514978.715062.711085.713016.711971.510483.5效率/%7.1986.4836.6576.6954.9275.7855.3214.659 由表2可看出,选用137C s源,45kBq,测试时间选取10s情况下,其辐射探测模块效率在4.659%～7.198%之间。
3.3 电源模块直流输出测试所选两块电源的直流输出为12V,分别对其进行3组的纹波测试,见表3。
表3 电源模块纹波测试数据电源模块编号A200507162116472A200507162116473分组编号第1组第2组第3组第1组第2组第3组输出电压平均值/V12.07312.06912.07212.07112.07112.070纹波电压平均值/mV23.2819.8424.8628.0228.4329.34纹波系数平均值/%0.1950.1650.2080.2340.2370.244 由表3可看出,所选的两块电源模块中,每块三组测试的纹波系数均在0.5%以内。
3.4 辐射探测模块稳定性测试变异系数是对不同组数据进行离散程度的比较,是模块稳定性的基本体现,需多次测量求得,本次计算采用如下公式:V=S/X=1k-1∑ki=1(N-N)2/N 式中:S是k次测量值的标准偏差;N i是第i次测量的净计数;N是k次测量的平均值。
通过测量每组对应编号探测器的符合净计数值,计算出相应的变异系数值,见表4。
测试条件:测量时间:10s;放射源选用137Cs,源强为45kBq。
754表4 辐射探测模块稳定性测试数据光电倍增管编号01、0203、0405、0607、0809、1011、1213、1415、16符合净计数平均值1619614587.514978.715062.711085.713016.711971.510483.5变异系数/%4.83.12.83.74.63.55.22.3 由表4可看出,各组测试的变异系数均小于10%。
此外,对辐射探测模块的长期稳定性也进行了测试。
选取一组模块进行168h符合本底计数的稳定性测试,每24h记录一组数据,变异系数要求小于10%,见表5。
测试条件:实验日期:2005-10-12/18;测量时间:10s。
表5 辐射探测模块长期稳定性测试数据(光电倍增管编号:15号-16号)测量日期10-1210-1310-1410-1510-1610-1710-18总平均值变异系数符合本底计数平均值5074.350495062.55130.45214.250985254.85126.171.55% 表5中显示,计算出的变异系数值为1.55 %,小于10%,符合要求。
4 结论研制的辐射探测模块可达到如下技术指标,探测器模块的工作电压±12V、高压0～1500V可调、输出噪声有效值小于100mV;电子学模块的输出电平5V T TL、脉宽1μs、符合时间1～3μs、甄别阈0～11V可调、输入电压12V、最大功率6W;UPS电源纹波系数小于1.0%、功率60W;该辐射探测模块适于-10～+50℃工作环境。
在塑料闪烁体与光电倍增管的坪曲线测试中,C R-120型光电倍增管工作高压在675～870V之间,C R-105型光电倍增管工作高压在825～1010V之间,且不同光电倍增管之间性能差异较大;在效率测试中,选用137C s作放射源,源强为45kBq,测试时间选取10s,其效率在4.659%～7.198%之间;在电源模块直流输出测试中,测得的纹波系数均在0.5%以内;在辐射探测模块稳定性测试中,计算出的每组变异系数值均小于10%,辐射探测模块性能良好。
参考文献:[1]吴治华,等.原子核物理实验方法[M].北京:原子能出版社,1996.[2]孟丹,等.大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试[C].全国第十三届核电子学与探测技术学术年会论文集,2006:277.Capability testing of large area plastic scintillation detector module MENG Dan,DENG Chang-ming,CH ENG Chang,REN Yi,SONG Chen-xin,LIU Yun (China Institute for Radia tion P ro tectio n,T aiy uan030006,China)Abstract T he design,development and construction,especially the capability testing of t he large area plastic scintillation detector module was described here.Key words:plastic scintillation;photomultiplier tube;detect or;radiate detector module755。
