專利名稱:電子束和β射線兩用外推電離室的制作方法
本發(fā)明屬于輻射劑量學(xué)，它是測(cè)量電子束和β射線在物質(zhì)表面和深部劑量的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器。
外推電離室是一臺(tái)電離空腔大小可變的平行平板電離室，它根據(jù)布喇格-格雷公式，通過測(cè)量電子束或β射線在不同大小電離空腔內(nèi)所產(chǎn)生的電離電流，借助于兩個(gè)外推(體積外推，窗厚外推)能夠準(zhǔn)確、方便、可靠地測(cè)量出電子束或β射線在物質(zhì)表面和深部的吸收劑量。由于目前還沒有一個(gè)能表示電子束或β射線劑量率隨物質(zhì)深度而變化的統(tǒng)一的理論公式，所以靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定電子束或β射線在物質(zhì)里的劑量分布是重要的工作，而外推電離室是這方面劑量工作的標(biāo)準(zhǔn)儀器。世界上作為劑量標(biāo)準(zhǔn)儀器的外推電離室基本上是單一的電子束外推電離室或者是β射線外推電離室(精度在1%以內(nèi))，也有β射線、α射線、軟X射線兼容的外推電離室。我國(guó)目前僅有單一的β射線外推電離室(精度在2%～3%)，尚無(wú)測(cè)電子束的外推電離室。與本發(fā)明相近的技術(shù)資料主要有下列幾篇1.Loevinger，R.，and Trott，N.G.(1965).Design and Operation of an Extrapolation chamber With Removable Electrodes.(電極可拆裝的外推電離室的設(shè)計(jì)和操作)。Intermation Journal of Applied Radiation and Isotopes.17.103.
2.Markus，B.Eine polarisierungseffekt-freie Graphit-Doppelextrapolationskammer zur Absolutdosimetrie schneller Elektronen.(用作高能電子絕對(duì)劑量計(jì)的無(wú)極化石墨雙外推電離室)。Strahlentherapie 150(1975)307-320(NI 3)。
本發(fā)明的目的是為了解決國(guó)內(nèi)尚無(wú)法精確測(cè)定電子束在物質(zhì)表面及深部吸收劑量分布問題;對(duì)β射線的同位素進(jìn)行表面劑量率的測(cè)定工作。
電子束和β射線兩用外推電離室既能測(cè)電子束劑量又能測(cè)β射線劑量，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輻射劑量?jī)x器。電子束和β射線兩用外推電離室主要由等效電離空腔、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、載片轉(zhuǎn)盤、測(cè)溫系統(tǒng)和主體外殼五部分組成，第一部分為等效電離空腔部分，等效電離空腔〔23〕主要由活動(dòng)下電極〔1〕、等效環(huán)〔11〕、窄邊絕緣環(huán)〔2〕和前壁上電極〔3〕圍繞組成?；顒?dòng)下電極分為收集極〔4〕和保護(hù)極〔5〕兩部分，它們之間用琥珀或有機(jī)玻璃隔開，與人體組織等效的聚苯乙烯活動(dòng)下電極，則是用車床在其表面導(dǎo)電膜上開一個(gè)寬為0.6mm的槽溝把收集極和保護(hù)極分開。本發(fā)明將活動(dòng)下電極與其金屬托盤〔7〕的連接，由螺釘固定式改為緊配合插入式，并將活動(dòng)下電極的電纜〔8〕從金屬托盤側(cè)壁下方的豁口〔9〕引出，連到電離電流輸出插座上〔6〕。這樣就能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，方便地拆換上各種規(guī)格的活動(dòng)下電極，準(zhǔn)確地確定其安裝位置。關(guān)于活動(dòng)下電極的表面導(dǎo)電層，本發(fā)明對(duì)半導(dǎo)體硅采用真空濺射的方式形成一層碳膜，而對(duì)聚苯乙烯仍然采用真空蒸鍍的方法鍍碳膜。電子束和β射線兩用外推電離室的一個(gè)特點(diǎn)是等效環(huán)〔11〕可更換。為了適應(yīng)不同射線和不同被測(cè)材料對(duì)等效電離空腔的不同要求，等效環(huán)的厚度及材料也隨之更換。為了將微型溫度測(cè)量探頭〔10〕安放在等效電離空腔〔23〕內(nèi)部，在等效環(huán)內(nèi)壁中部開有能放置微型測(cè)溫探頭的槽孔。為了防止在測(cè)電子束劑量時(shí)，前壁上電極高壓〔3〕和等效環(huán)〔11〕間的空氣隙擊穿，對(duì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的等效環(huán)要把其上部邊緣的棱角磨成園弧狀，其磨園程度視加在前壁上電極的最高電壓而定，除磨園以外，還要在等效環(huán)上平面粘上與之形狀相同的高絕緣薄墊圈〔25〕，該墊圈由聚酯薄膜或云母片及其他絕緣材料制成。在等效環(huán)外園壁上套有高出等效環(huán)上平面各種不同厚度的窄邊絕緣環(huán)〔2〕，其作用是限制活動(dòng)下電極和窗口〔12〕間的最小平行間隙，而且支承著前壁上電極〔3〕。由于電子束和β射線對(duì)活動(dòng)下電極與窗口間的最小平行間隙有不同的要求，根據(jù)需要改換套在等效環(huán)〔11〕上的絕緣窄環(huán)〔2〕是一個(gè)重要的措施。本裝置絕緣窄環(huán)用有機(jī)玻璃精加工而成，其厚度的誤差小于1絲米。前壁上電極是用0.75mm的鋁箔或鍍鋁的聚苯乙烯薄膜，緊貼在內(nèi)徑大于絕緣窄環(huán)的銅環(huán)〔13〕上并懸放在絕緣窄環(huán)上，銅環(huán)通以高壓，對(duì)應(yīng)于等效環(huán)內(nèi)園上的前壁上電極又稱為電子束和β射線兩用外推電離室的窗口〔12〕。石墨材料前壁上電極是厚度為2.19mm的石墨片。目前電子束和β射線兩用外推電離室已制備好的等效電離空腔材料為硅、聚苯乙烯和石墨，每套都含有直徑為1mm、3mm、10mm和30mm四種不同收集極的活動(dòng)下電極，所有活動(dòng)下電極的總直徑均是50mm，石墨和人體組織等效電離空腔滿足15meV以下電子束輻照的需要，硅等效電離空腔滿足2meV以下電子束的輻照需要，所測(cè)劑量率在107拉德/小時(shí)以下。其次是電子束和β射線兩用外推電離室的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，是由步進(jìn)電機(jī)甲〔14〕驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿〔15〕，帶動(dòng)一套螺距為0.5mm的千分卡螺桿組件〔16〕，最后通過金屬托盤推動(dòng)活動(dòng)下電極沿等效環(huán)內(nèi)壁相對(duì)于窗口上下移動(dòng)，其移動(dòng)的總行程為20mm，在總行程中的誤差小于1絲米，重復(fù)精度小于3μm，活動(dòng)下電極和前壁上電極不平行度小于0.1度。金屬托盤也可以由步進(jìn)液壓裝置直接推動(dòng)。第三，電子束和β射線兩用外推電離室有一個(gè)載片轉(zhuǎn)盤〔17〕，該盤安裝在窗口〔12〕上方，其主要作用是利用載片轉(zhuǎn)盤所載的各種不同厚度的材料片，自動(dòng)改變窗口的厚度，使儀器能連續(xù)測(cè)量不同厚度下的吸收劑量率，以使外推出材料表面的劑量率。載片轉(zhuǎn)盤用金屬材料制成，也可以用有機(jī)材料制成，要求其平整度小于0.3mm，并且還要在載片轉(zhuǎn)盤的四周加工有4個(gè)或4個(gè)以上的二階臺(tái)載片孔〔24〕，每個(gè)孔的直徑和窗口的直徑相同，而且在盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各孔依次和窗口同心。載片轉(zhuǎn)盤的厚度根據(jù)電子束的能量而定，以剛能阻止全部電子通過為限。載片轉(zhuǎn)盤和窗口平行距離可調(diào)節(jié)，并用特制的螺帽〔18〕將調(diào)節(jié)好的距離鎖定。在計(jì)算劑量率時(shí)載片轉(zhuǎn)盤和窗口平行距離所造成的誤差可給予修正。載片轉(zhuǎn)盤由安裝在中筒〔19〕壁上的步進(jìn)電機(jī)乙〔20〕轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以用其他能控制轉(zhuǎn)角的動(dòng)力設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，在測(cè)β射線時(shí)可人工手動(dòng)。第四，電子束和β射線兩用外推電離室，采用微型溫度測(cè)量探頭〔10〕在等效電離空腔〔23〕內(nèi)部測(cè)量電離空氣的溫度，這一點(diǎn)特別值得注意，因?yàn)闇y(cè)電子束時(shí)劑量率較高，在等效電離空腔里引起的溫升較大，有時(shí)達(dá)5～6℃，一般外推電離室用實(shí)驗(yàn)室的溫度代替空腔里的溫度，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)造成一些誤差，采用腔內(nèi)測(cè)溫后這一誤差就可克服。當(dāng)然這種放在等效電離空腔內(nèi)的微型測(cè)溫探頭抗輻射能力要強(qiáng)，在累積劑量為108拉德時(shí)靈敏度仍能保持在0.1℃左右，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫誤差小于0.2℃。在本裝置中微型測(cè)溫探頭采用本研究所研制的抗輻射熱敏電阻，也可以采用微型的白金電阻測(cè)溫探頭。第五，電子束和β射線兩用外推電離室的主體外殼，是由多功能的底座〔21〕與一個(gè)拆卸方便的中筒兩部分緊配合而成，中筒除了起支承載片轉(zhuǎn)盤〔17〕、等效環(huán)〔11〕和傳動(dòng)螺桿組件〔16〕外，對(duì)活動(dòng)下電極的引出電纜〔8〕還起著屏蔽作用。底座除了起支承儀器中筒外，本身還帶有準(zhǔn)直套筒〔22〕，能使螺桿在移動(dòng)時(shí)保持好的平行度。安在底座上的步進(jìn)電機(jī)甲〔14〕是整個(gè)儀器的動(dòng)力裝置。
電子束和β射線兩用外推電離室外形美觀、結(jié)構(gòu)合理、加工精密，采用各種標(biāo)準(zhǔn)件組件裝配而成，精度也容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電子束和β射線兩用外推電離室可以和微型機(jī)及其他電測(cè)儀器連接，形成自動(dòng)劑量測(cè)試系統(tǒng)，能迅速收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在線或離線處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出電子束或β射線在各種物質(zhì)表面和深部的劑量分布曲線，精確打印出有關(guān)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.既可測(cè)電子束又可測(cè)β射線在物質(zhì)的表面和深部的劑量分布。
2.等效電離空腔可拆換，能測(cè)定電子束或β射線在多種物質(zhì)里劑量率隨深度的變化。
3.在等效電離空腔內(nèi)部測(cè)量電離空氣的溫度，消除因溫度不準(zhǔn)而產(chǎn)生的誤差。
4.結(jié)構(gòu)獨(dú)特，加工精度容易達(dá)到。
5.自動(dòng)化程度高，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確迅速。
6.適合于遙控操作，有利于輻射防護(hù)。
附圖為電子束和β射線兩用外推電離室的側(cè)視剖面圖。圖的上部為等效電離空腔〔23〕部分，由收集電極〔4〕和保護(hù)電極〔5〕結(jié)成一體的活動(dòng)下電極〔10〕、等效環(huán)〔11〕、高絕緣薄膜墊圈〔25〕、前壁上電極〔3〕的窗口〔12〕部分圍攏而成。圖的中心部分為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)甲〔14〕、蝸輪蝸桿〔15〕、千分卡螺桿組件〔16〕和支承活動(dòng)下電極的金屬托盤〔7〕組成，并從金屬托盤的豁口〔9〕引出活動(dòng)下電極的電纜〔8〕。由圖可見整個(gè)儀器的外殼由底座〔21〕和中筒〔19〕兩部分相嵌而成，底座上還裝有準(zhǔn)直套筒〔22〕。在中筒〔19〕的左上方壁上安有步進(jìn)電機(jī)乙〔20〕，在步進(jìn)電機(jī)乙〔20〕的軸上套有帶二階臺(tái)園孔〔24〕的載片轉(zhuǎn)盤〔17〕及鎖定載片轉(zhuǎn)盤〔17〕的特制螺帽〔18〕。在等效環(huán)〔11〕右上側(cè)壁里鑿開的孔安放著微型溫度測(cè)量探頭〔10〕。本圖僅將電子束和β射線兩用外推電離室的主要部件作了說明。
根據(jù)電子束和β射線兩用外推電離室設(shè)計(jì)加工的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)其最好方式是承擔(dān)機(jī)械加工的工廠技術(shù)水平要高，最好是儀表廠或量具廠，加工機(jī)床和加工人員要固定，以消除加工時(shí)的系統(tǒng)誤差。由于所測(cè)的電離電流極其微弱，要求保護(hù)極〔5〕和收集極〔4〕之間的漏電流要小于10-25A，故保護(hù)極和收集極之間最好用琥珀套管或有機(jī)玻璃套分隔開。在絕緣材料制成的活動(dòng)下電極鍍碳膜時(shí)一要注意鍍膜機(jī)的溫度，二要掌握好膜的厚度。所有絕緣零件的加工要拋光不留加工的刀痕。整個(gè)儀器的組裝調(diào)試要求有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員完成。儀器的外殼最好用黃銅制作。
權(quán)利要求
1.一種活動(dòng)下電極[1]可拆裝的，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的，測(cè)量誤差小于5%的可作為吸收劑量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于它是一臺(tái)在等效電離空腔[23]內(nèi)部測(cè)量電離空氣溫度的電子束和β射線兩者兼容的劑量?jī)x器。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于把微型溫度測(cè)量探頭〔10〕安放在等效電離空腔〔23〕內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的微型溫度測(cè)量探頭〔10〕，其特征是測(cè)溫誤差小于0.2℃并且其抗輻射能力大于108拉德的溫度測(cè)量探頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于裝有與窗口〔12〕平行距離可調(diào)的，并用特制螺帽〔18〕鎖住該平行距離的載片轉(zhuǎn)盤〔17〕。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的載片轉(zhuǎn)盤〔17〕裝置，其特征在于是由銅、鋁或鐵材料制成的平整度小于0.3mm，并且厚度大于4mm的園形載片轉(zhuǎn)盤〔17〕。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的電子束和β射線兩用外推電離室的載片轉(zhuǎn)盤〔17〕，其特征在于載片轉(zhuǎn)盤的四周要鏜4個(gè)或4個(gè)以上的二階臺(tái)的園孔〔24〕，該孔能承托起不同厚度的所測(cè)材料片，該孔的直徑與窗口〔12〕直徑相同并且使載片轉(zhuǎn)盤〔17〕在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所有孔依次與窗口園周同心。7、根據(jù)權(quán)利要求
6所述的電子束和β射線兩用外推電離室的載片轉(zhuǎn)盤〔17〕，其特征在于由步進(jìn)電機(jī)乙〔20〕自動(dòng)驅(qū)動(dòng)或人工手動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于能根據(jù)輻照射線種類及能量的不同，被輻照材料的不同，更換上各種符合實(shí)驗(yàn)要求的等效環(huán)〔11〕。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的等效環(huán)〔11〕，其特征在于等效環(huán)上套有高出等效環(huán)的上平面各種不同高度的，用以限制活動(dòng)下電極〔1〕和窗口〔12〕間的最小平行間隙的窄邊絕緣環(huán)〔2〕。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的電子束和β射線兩用外推電離室的等效環(huán)，其特征在于當(dāng)測(cè)量導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料的電子束劑量時(shí)，等效環(huán)的上平面加上與等效環(huán)形狀相同的高絕緣薄墊圈〔25〕。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的電子束和β射線兩用外推電離室的等效環(huán)〔11〕，其特征是在測(cè)量導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料的電子束劑量時(shí)，等效環(huán)的上部邊棱為園弧形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室的活動(dòng)下電極〔1〕，其特征在于整個(gè)活動(dòng)下電極是插在金屬托盤〔7〕里面，金屬托盤側(cè)面下方開有將電纜線引出的豁口〔9〕。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于有一個(gè)計(jì)算機(jī)或電子線路控制電壓極性和數(shù)值的前壁上電極〔3〕裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子束和β射線兩用外推電離室，其特征在于它的外殼是由一個(gè)底座〔21〕與一個(gè)中筒〔19〕兩部分緊配合而成為柱形的一體裝置?！哺綀D〕
專利摘要
本發(fā)明是精確測(cè)量電子束和β射線在物質(zhì)表面及深部吸收劑量的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器。該儀器采用更換等效電離空腔，在電離空腔內(nèi)部測(cè)量電離空氣的溫度，利用載片轉(zhuǎn)盤自動(dòng)改變窗口材料厚度等技術(shù)，配合成微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能迅速、準(zhǔn)確、連續(xù)地測(cè)定出電子束或β射線在多種材料表面和深部的吸收劑量率，并能刻度電子束或β射線劑量?jī)x器。是一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理、加工方便、一機(jī)兩用的實(shí)用輻射劑量?jī)x器。
文檔編號(hào)H01J47/00GK85102528SQ85102528
公開日1986年9月17日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者靳濤, 李好賢, 周光文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆物理研究所計(jì)劃條件處導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan