[發明專利]一種大規格NaI(TI)伽瑪射線探測器

有效

• 申請號: 202010550459.4
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111708073B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 宋兆龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202;G01T1/36;G01T7/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張天哲

本發明公開了一種大規格NaI(TI)伽瑪射線探測器，包括NaI(TI)晶體、光電倍增管(PMT)、前置處理組件及封裝組件，所述NaI(Tl)晶體是4×4×16”大規格立方體，在捕獲伽瑪射線后發出熒光，經PMT探測后形成電流信號；所述前置處理組件包括PMT分壓電路、控制模塊和信號處理電路；所述PMT分壓電路給PMT各電極配置電壓；所述信號處理電路將PMT輸出電流信號轉換為電壓并進行放大和濾波處理；所述控制模塊包括溫度自動調節電路和PMT高壓調節電路，自動穩定伽瑪能譜；所述封裝組件包括內保溫層、中間加熱層、外保溫層、溫度傳感器和不銹鋼殼體。本發明具有高伽瑪計數率、高能譜分辨率和高穩定性特點。

技術領域

本發明涉及一種大規格NaI(TI)伽瑪射線探測器,屬于核輻射探測技術領域。具體地講，涉及的是一種應用于煤炭與礦石元素成分瞬發伽瑪射線中子活化分析裝置中的伽瑪射線探測器，主要用于鑒別伽瑪輻射，并可實現生成伽瑪能譜、元素鑒別和元素含量的定量分析。

背景技術

瞬發伽瑪射線中子活化分析(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis,PGNAA)已廣泛應用于礦石和煤炭元素成分在線檢測。NaI閃爍晶體有很高的發光效率，并且在發光波段沒有明顯的自吸收，對γ光子有良好的分辨能力，是目前在γ光子探測中應用最廣泛的閃爍體。原先的NaI(Tl)探測器是小尺寸的圓柱體，通常的規格為Ф5×5”，有效探測面積為126.61cm²。新的大尺寸NaI(Tl)探測器是4×4×16”立方體，有效探測面積可達412.9cm2。增加NaI(Tl)探測器晶體面積后，光子計數率可提高到10⁶/s～10⁹/s，有利于提高在線分析儀的信噪比，可提升元素分析的精度。

但是，由于探測器輸出脈沖信號上升時間很短，后沿拖尾很長，大規格晶體下高計數率及計數率波動更容易產生信號基線漂移和信號脈沖疊加等問題，使得伽瑪能譜產生疇變和漂移，造成能譜分辨率和穩定性變差，制約了元素分析精度的提升。

發明內容

技術問題：

采用大規格立方體NaI(Tl)探測器替代小尺寸的圓柱體探測器，以大幅度提高光子計數率，同時對大規格NaI(Tl)探測器帶來的能譜漂移等突出問題進行針對性地處置。造成大規格NaI(TI)伽瑪射線探測器能譜漂移的影響因素主要有兩方面，一是光電倍增管倍增系數隨高壓電源電壓、計數率、溫度和時間而變化，二是NaI(Tl)晶體的發光效率隨溫度和時間而變化，為此，本發明在設計探測器前置處理組件和封裝組件時，針對上述影響因素進行了有效處置，以達到提升信號質量和穩定伽瑪譜的目的。

技術方案：

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種大規格NaI(TI)伽瑪射線探測器，包括：NaI(TI)晶體、光電倍增管(PMT)、前置處理組件及封裝組件。所述NaI(Tl)晶體用于接受伽瑪光子并產生對應的熒光信號，與NaI(TI)晶體連接的是接受熒光并轉換為脈沖電流信號的光電倍增管，與光電倍增管連接的是前置處理組件，包括分壓電路、信號處理電路和控制模塊；上述各部件均置于封裝殼體中。

進一步地，所述NaI(Tl)晶體是4×4×16”大規格的立方體，有效探測面積可達412.9cm²，光子計數率可達10⁶/s～10⁹/s，高光子計數率可提高在線分析儀的信噪比，有利于提升元素分析的精度。

進一步地，所述光電倍增管，光窗直徑90mm(3.5”)，具有10個高增益、高穩定性的倍增極，光譜波長范圍295～630nm。