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专利名称：一种钨酸铅闪烁探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辐射探測装置，具体涉及ー种适于高強度脉冲伽马时间谱测量的电流型脉冲伽马辐射探測器。
背景技术：
钨酸铅(PbWO4)晶体是ー种性能优良的闪烁晶体，其密度(8. 28g/cm3)大、原子序数高、阻止本领大、对伽马射线和电子有较高的探测效率。钨酸铅晶体的辐射长度(0. 87cm)是现有无机闪烁体中最短的，发光衰减时间短(50ns)，抗辐照性能好，可用于大束流、高剂量率的辐射环境中。另外，钨酸铅晶体价格便宜、不潮解、成型方便，可大規模、大尺寸生长加工，比现有的其它ー些无机闪烁体具有更高的性价比。
钨酸铅晶体最大的缺点是其发光效率低(室温下相对于NaI (Tl)晶体的光输出约为0. 5%)，从而在很多场合限制了钨酸铅晶体的应用。钨酸铅晶体的发光效率随温度降低而增大，其在低温下工作可以获得更高的光输出以及信噪比。而现有的钨酸铅闪烁探測器都是在室温下工作，存在发光效率低的缺陷。

发明内容
为了解决现有钨酸铅脉冲伽马探测器晶体发光效率低的技术问题，本发明提供了一种钨酸铅闪烁探測器，适用于高強度快脉冲伽马测量，具有高发光效率。本发明所采用的技术方案是—种钨酸铅闪烁探測器，其特殊之处在于包括外壳、闪烁体9以及光电器件8，所述外壳为依次固连的前盖I、中筒5和后筒6形成的封闭空腔，其特征在于所述探测器还包括半导体制冷器件3、冷端吸热器4以及热端散热器2，所述中筒的侧壁上对称设置有两个安装窗，所述半导体制冷器件3设置在安装窗内且与中筒6固定连接，所述半导体制冷器件3的冷端朝向中筒6内，所述半导体制冷器件3的热端朝向中筒6タト，所述冷端吸热器4设置在中筒6内侧正对半导体制冷器件的冷端，所述热端散热器2设置在中筒6外侧正对半导体制冷器的热端，所述后筒内壁设置有支撑套筒7，所述闪烁体通过设置在中筒内的支座固定在中筒上，所述闪烁体固定在支撑套筒上，所述后筒上设置有高压输入端10和信号输出端11，所述高压输入端10和信号输出端11均与光电器件连接，所述闪烁体9为钨酸铅无机闪烁体。所述闪烁体9周围设置有温度測量探头12。 所述半导体制冷器件为至少一层半导体制冷片。所述的冷端吸热器与半导体制冷器件之间、热端散热器与半导体制冷器件之间通过螺钉连接、焊接或粘接的方式进行连接。所述冷端吸热器与中筒之间、半导体制冷器件与中筒之间以及热端散热器与中筒之间螺钉连接。
所述热端散热器采用自然对流散热、空气强迫对流散热或水冷散热方式进行散热。所述的冷端吸热器与半导体制冷器件、热端散热器与半导体制冷器件之间的接触面填充有导热硅脂、石墨导热片或铜片。与现有技术相比，本发明的有益效果I、本发明通过在探测器内增加半导体制冷器件3、冷端吸热器4以及热端散热器2，使得钨酸铅晶体的工作温度在-20°C至-60°C之间，提高了脉冲伽马探测器钨酸铅闪烁晶体的发光效率，从而提高了探测器的灵敏度。
2、由于低温下光电器件自身暗发射降低，暗噪声就降低，所以本发明在提高探测器响应的同时降低了暗噪声，从而大大提高了信噪比。(如图I中暗电流曲线)3、本发明的探测器晶体温度可以通过半导体制冷方便地调节，从而改变晶体的发光效率，再配合不同的光电器件可以使探测器的灵敏度在6-8个量级范围内实现调节，满足大动态范围脉冲伽马时间谱测量的需要。4、本发明与其他低温下工作的探测器(高纯鍺探测器)相比，结构小巧，制冷迅速。5、本发明配合多层半导体制冷片可以实现更低温度制冷，从而进一步提高钨酸铅晶体的发光效率以及探测器灵敏度及信噪比。


图I为钨酸铅闪烁探测器对伽马辐射源的响应随温度的变化曲线；图2为本发明的结构示意图；附图标记如下I-前盖，2-热端散热器，3-半导体制冷器件，4-冷端吸热器，5-中筒，6-后筒，7-支撑套筒，8-光电器件，9-闪烁体，10-高压输入端，11-信号输出端，12-温度探头。
具体实施例方式大多数闪烁体的发光效率随着温度的上升而增大，但是钨酸铅的发光效率却随温度降低而增大。图I是在温度可调的恒温箱内用一种由钨酸铅闪烁体、光电器件等组成的电流型脉冲伽马辐射探测器对某伽马辐射源在不同温度下的电流信号响应绘成的曲线，电流净信号的大小反映了钨酸铅闪烁体的发光效率大小。从图I钨酸铅探测器的暗电流随温度的降低成抛物线形变化，先降至最低点再回升。总信号随温度的降低呈现急剧上升趋势，净信号也随着温度的上升而快速上升。说明钨酸铅闪烁体的发光效率在低温时明显增大，从而可以通过降低温度提高钨酸铅闪烁体的发光效率。半导体制冷是一项非常成熟而且应用广泛的技术，其制冷原理主要基于帕尔贴效应。半导体制冷器件主要包含冷端和热端，当对其通电时，冷端从外界吸收热量，热端向外界释放热量，利用辅助热交换等各种传热手段，强化热端的散热，使得冷端能够源源不断地从外界吸收热量，从而构成一个半导体制冷系统。目前半导体制冷片其最大温差一般可以达到67°C或更高。从图I可以看出，若对钨酸铅晶体制冷使其温度降至-40°C时，其发光效率可以较室温下提高5倍以上，信噪比提高38倍以上。根据图I曲线闪烁体工作温度在-20°C至_60°C之间均可以获得较好的测量效果，温度越低探测器性能越好，同时考虑到制冷片的制冷能力以及采用的散热技术，探测器工作在_40°C较为合适。当环境温度下降时，其发光效率和信噪比改善效果更为明显。本发明非常适于用作冬季野外探测。下面结合图2对本发明进一步说明。一种高发光效率的脉冲伽马辐射探测器，包括由前盖、中筒和后筒依次固连而成的外壳、设置在中筒两侧的半导体制冷器件及其冷端吸热器、设置在中筒外壁的热端散热器、设置在后筒内腔支撑套筒，半导体制冷器件冷端、中筒上下内壁和支撑套筒所包围的空间内依次设置有钨酸铅闪烁体和光电器件。钨酸铅闪烁体通过中筒内的支座固定，其大小为q)50mmx IOnim.::闪烁体周围设置有两个温度测量探头，探头引线外接至温度显示仪器。冷端吸热器、半导体制冷片、热端散热器通过螺钉拉紧的机械式连接，并固定于探测器中筒两侧。制冷片最大温差67°C，最大制冷量56W，由直流电源供电。散热器采用空气强迫对流散热方式进行散射，冷端吸热器、半导体制冷片、热端散热器之间的接触面填充有导热硅脂、石墨导热片或铜片等导热物质。探测器的正前方25cm处，放置一个IOmCi的137Cs源。探测器和放射源之间放置有准直孔道。用铅塞子将源与探测器之间的准直孔道挡�。�测量得到的是探测器的本底；抽掉铅塞子，测量得到该温度 下的信号。探测器的输出信号通过电缆传输到Keithley6517A小电流计，小电流计的读数 由计算机数据采集系统自动存取。表I
权利要求
1.一种钨酸铅闪烁探測器，其特征在于包括外壳、闪烁体(9)以及光电器件(8)，所述外壳为依次固连的前盖(I)、中筒(5)和后筒(6)形成的封闭空腔，其特征在干所述探测器还包括半导体制冷器件(3)、冷端吸热器(4)以及热端散热器(2)，所述中筒的侧壁上对称设置有两个安装窗，所述半导体制冷器件(3)设置在安装窗内且与中筒(6)固定连接，所述半导体制冷器件(3)的冷端朝向中筒(6)内，所述半导体制冷器件(3)的热端朝向中筒(6)夕卜，所述冷端吸热器(4)设置在中筒(6)内侧正对半导体制冷器件的冷端，所述热端散热器(2)设置在中筒(6)外侧正对半导体制冷器的热端， 所述后筒内壁设置有支撑套筒(7)，所述光电器件(8)固定在支撑套筒上，所述后筒上设置有高压输入端(10)和信号输出端(11 )，所述高压输入端(10)和信号输出端(11)均与光电器件连接，所述闪烁体(9)位于光电器件(8)和前盖之间， 所述闪烁体(9)为钨酸铅无机闪烁体。
2.根据权利要求I所述的钨酸铅闪烁探測器，其特征在于所述闪烁体(9)周围设置有 温度測量探头(12)。
3.根据权利要求I或2所述的钨酸铅闪烁探測器，其特征在于所述半导体制冷器件为至少一层半导体制冷片。
4.根据权利要求3所述的钨酸铅闪烁探測器，其特征在于所述的冷端吸热器与半导体制冷器件之间、热端散热器与半导体制冷器件之间通过螺钉连接、焊接或粘接的方式进行连接。
5.根据权利要求4所述的钨酸铅闪烁探測器，其特征在于所述冷端吸热器与中筒之间、半导体制冷器件与中筒之间以及热端散热器与中筒之间螺钉连接。
6.根据权利要求5所述的探測器，其特征在于所述热端散热器采用自然对流散热、空气强迫对流散热或水冷散热方式进行散热。
7.根据权利要求5所述的探測器，其特征在于所述的冷端吸热器与半导体制冷器件、热端散热器与半导体制冷器件之间的接触面填充有导热硅脂、石墨导热片或铜片。
全文摘要
本发明涉及一种钨酸铅闪烁探测器，包括外壳、闪烁体以及光电器件，外壳为依次固连的前盖、中筒和后筒形成的封闭空腔，探测器还包括半导体制冷器件、冷端吸热器以及热端散热器，中筒的侧壁上对称设置有两个安装窗，半导体制冷器件设置在安装窗内且与中筒固定连接，半导体制冷器件的冷端朝向中筒内。本发明解决了现有钨酸铅脉冲伽马探测器晶体发光效率低的技术问题，适用于高强度快脉冲伽马测量，具有高发光效率。
文档编号G01T1/202GK102854524SQ20121031507
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者宋朝晖, 卢毅, 付录祥, 张侃, 刘君红, 张子川 申请人:西北核技术研究所