一种梯形闪烁光纤探头及基于该探头的准分布式辐射探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种梯形闪烁光纤探头及基于该探头的准分布式辐射探测器，属于辐射传感探测领域，包括依次熔接的n个结构基元，每个结构基元包括一无机闪烁光纤，其上路端和下路端分别与一无机传输光纤A合束，合束区域分别熔接有一无机传输光纤B，按照合束的方向，每个结构基元的上路端和下路端的无机传输光纤B均与下一个结构基元的无机传输光纤A熔接。本发明专利技术的无机闪烁光纤与无机传输光纤呈梯形排布，分别负责放射性探测和光传输，有效解决了当前闪烁光纤损耗大、光产额小、不能实现远距离实时监测的问题，并且两个光电倍增管都分布在近端，有效解决了由于闪烁光纤近端和远端都需设置光电倍增管，造成的不能实现大范围内粒子的位置分辨问题。置分辨问题。置分辨问题。

【技术实现步骤摘要】
一种梯形闪烁光纤探头及基于该探头的准分布式辐射探测器


[0001]本专利技术涉及一种梯形闪烁光纤探头及基于该探头的准分布式辐射探测器，属于辐射传感探测


技术介绍

[0002]闪烁体探测器主要由闪烁体、光电倍增管(PMT)和电信号处理电路构成。闪烁体是一种具有闪烁发光特点的能量转换发光材料，在各种电离辐射如X射线、γ射线以及高能粒子如热中子、α射线、β射线等的辐照下能够发出紫外或者可见区域的光。闪烁体探测器具有辐射探测效率高、抗辐照硬度高、响应时间短、能量分辨率高等优点，可以有效地测量电离辐射剂量，已经应用于扫描安检、影像医学、环境监测、高能物理等领域。然而闪烁体探测器中闪烁体的体积较大，造成探测器的空间分辨率较低；光电处理单元通常与闪烁体组合在一起，只能进行“点”式探测；电子元件长期暴露在强电离辐射环境中易受到损伤，无法进行实时监测。
[0003]闪烁光纤探测器主要由闪烁光纤、光电倍增管和电信号处理电路构成。闪烁光纤是闪烁体和光纤的结合，既具有闪烁体的闪烁特性，又具备光纤的优点，也即同时具有放射性探测和光传输波导两种功能。闪烁光纤探测器将作为辐射敏感材料的闪烁体制成光纤纤芯，在辐射发光的同时为闪烁光子提供定向光波导，将光子传输至后端再进行光电检测，无需在辐射区内设置电子元件，实现了辐射传感元件与电子元件的分离。闪烁光纤探测器与传统的块状闪烁体探测器相比，闪烁光纤探测器具备块状闪烁体探测器的高探测效率、高辐照硬度等优势，还具有光纤传感器的抗电磁干扰、响应速度快、传感一体等优点。然而目前闪烁光纤探测器采用单根光纤或光纤束作为探头，其传输损耗较高、光产额较小，很难实现大范围内粒子的位置分辨和远距离实时监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决对放射性探测和分析的现有探测系统中存在的传输损耗较高、光产额较小、很难实现大范围内粒子的位置分辨和远距离实时监测的问题，本专利技术提出了一种梯形闪烁光纤探头及基于该探头的准分布式辐射探测器，辐射探测器采用特制的梯形闪烁光纤探头，该探头是由无机闪烁光纤和无机传输光纤构成的，无机闪烁光纤与无机传输光纤呈梯形排布，分别负责放射性探测和光传输，有效解决了当前闪烁光纤损耗大、光产额小、不能实现远距离实时监测的问题。该梯形闪烁光纤探头使测量位置分辨率所需的两个光电倍增管都分布在近端，有效解决了当前闪烁光纤辐射探测器测量位置信息时，由于闪烁光纤近端和远端都需设置光电倍增管，造成的不能实现大范围内粒子的位置分辨问题。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种梯形闪烁光纤探头，包括依次熔接在一起的n个结构基元，n为大于等于2的自然数；
[0007]每个结构基元包括一无机闪烁光纤，所述无机闪烁光纤的上路端和下路端分别与
一无机传输光纤A合束，该无机传输光纤A分别作为上路输入端和下路输入端，合束区域分别熔接有一无机传输光纤B，分别作为上路输出端和下路输出端；
[0008]按照合束的方向，每个结构基元的上路端和下路端的无机传输光纤B均与下一个结构基元的无机传输光纤A熔接，最后一个结构基元的无机传输光纤B作为探头的输出端口。
[0009]优选的，第一个结构基元的无机传输光纤A端部镀有银材质的高反膜，高反膜的厚度优选为20～60纳米。该梯形闪烁光纤探头在远端镀高反膜，有效抑制环境中的无关光传输到光电倍增管，有效降低了探测器的暗噪声水平。
[0010]优选的，所述无机闪烁光纤的外径为125～500微米，内径为10～105微米；
[0011]无机传输光纤A和无机传输光纤B的外径均为125～500微米，内径均为10～105微米，采用在无机闪烁光纤发光波段损耗低的无机传输光纤。
[0012]优选的，无机闪烁光纤的长度可以根据探测环境需要进行改变，在无机闪烁光纤间距一定的条件下，无机闪烁光纤越长，沿无机闪烁光纤方向分布的纵向探测区域面积越大，即探测器的可定位范围越大，但探测器灵敏度也越差。
[0013]优选的，梯形闪烁光纤探头可以根据探测环境需要，改变梯形闪烁光纤结构基元的个数，即n的值，梯形闪烁光纤结构基元数量越多探测范围越远，但因为存在熔接损耗所以远端光到达光电倍增管的强度也会下降。梯形闪烁光纤探头可以根据探测环境需要，改变梯形闪烁光纤结构基元间的距离，距离越远熔接损耗越小，但位置分辨率也越差。
[0014]一种上述的梯形闪烁光纤探头的制作方法，包括以下步骤：
[0015]1)采用拉锥技术将无机闪烁光纤的上路端与无机传输光纤A进行合束，采用光纤熔接机在合束区域后熔接无机传输光纤B作为上路输出端。
[0016]2)采用拉锥技术将无机闪烁光纤的下路端与无机传输光纤A进行合束，采用光纤熔接机在合束区域后熔接无机传输光纤B作为下路输出端，梯形闪烁光纤探头的结构基元制作完成；
[0017]3)重复步骤1)、2)，制备n个结构基元；
[0018]4)将步骤3)的n个结构基元，按照合束的方向依次将n个结构基元的上路输出端与下一个结构基元的上路输入端，以及下路输出端与下一个结构基元的上路输入端进行熔接，最后一个结构基元的无机传输光纤B作为探头的输出端口，梯形闪烁光纤探头制作完成。
[0019]优选的，步骤1)、2)中，合束区域的长度优选为30～60mm。
[0020]优选的，无机闪烁光纤的上路端与无机传输光纤A之间，以及无机闪烁光纤的下路端与无机传输光纤A之间均采用扭转法进行拉锥。
[0021]一种准分布式辐射探测器，包括上述的梯形闪烁光纤探头，所述梯形闪烁光纤探头的上路端输出端口依次连接有第一光电倍增管(PMT1)、第一鉴相器(CFD1)、时间幅度转换器(TAC)和多通道分析仪(MCA)，所述梯形闪烁光纤探头的下路端输出端口依次连接第二光电倍增管(PMT2)、第二鉴相器(CFD2)、延时器(DLA)、所述时间幅度转换器和多通道分析仪。
[0022]梯形闪烁光纤探头的远端上下路输入口镀有高反射膜，近端上下路输出口未镀高反射膜，输出光直接耦合进光电倍增管。信号处理部分为上下两路，上路中信号经第一光电
倍增管(PMT1)，第一鉴相器(CFD1)到达时间幅度转换器(TAC)。下路中信号经第二光电倍增管(PMT2)，第二鉴相器(CFD2)，延时器(DLA)到达时间幅度转换器(TAC)。时间幅度转换器(TAC)测量两路信号到达的时间间隔Δt，并产生与时间间隔Δt成正比的模拟输出脉冲，模拟输出脉冲传输到多通道分析仪(MCA)进行分析，可以根据飞行时间法计算出放射源的位置，根据脉冲频率判断放射源剂量的大小。
[0023]优选的，第一光电倍增管(PMT1)与第二光电倍增管(PMT2)的灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流等各种参数指标相同，且其最优探测范围为无机闪烁光纤的发光波段。
[0024]本专利技术中，光电倍增管后的数据处理单元不局限于鉴相器、时间幅度转换器、多通道分析仪，也可以为其他数据处理单元。
[0025]一种上述的准分布式辐射探测器的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯形闪烁光纤探头，其特征在于，包括依次熔接在一起的n个结构基元，n为大于等于2的自然数；每个结构基元包括一无机闪烁光纤，所述无机闪烁光纤的上路端和下路端分别与一无机传输光纤A合束，该无机传输光纤A分别作为上路输入端和下路输入端，合束区域分别熔接有一无机传输光纤B，分别作为上路输出端和下路输出端；按照合束的方向，每个结构基元的上路端和下路端的无机传输光纤B均与下一个结构基元的无机传输光纤A熔接，最后一个结构基元的无机传输光纤B作为探头的输出端口。2.根据权利要求1所述的梯形闪烁光纤探头，其特征在于，第一个结构基元的无机传输光纤A端部镀有银材质的高反膜，高反膜的厚度优选为20～60纳米。3.根据权利要求1所述的梯形闪烁光纤探头，其特征在于，所述无机闪烁光纤的外径为125～500微米，内径为10～105微米；无机传输光纤A和无机传输光纤B的外径均为125～500微米，内径均为10～105微米。4.一种权利要求1所述的梯形闪烁光纤探头的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用拉锥技术将无机闪烁光纤的上路端与无机传输光纤A进行合束，采用光纤熔接机在合束区域后熔接无机传输光纤B作为上路输出端；2)采用拉锥技术将无机闪烁光纤的下路端与无机传输光纤A进行合束，采用光纤熔接机在合束区域后熔接无机传输光纤B作为下路输出端，梯形闪烁光纤探头的结构基元制作完成；3)重复步骤1)、2)，制备n个结构基元；4)将步骤3)的n个结构基元，按照合束的方向依次将n个结构基元的上路输出端与下一个结构基元的上路输入端，以及下路输出端与下一个结构基元的上路输入端进行熔接，最后一个结构基元的无机传输光纤B作为探头的输出端口，梯形闪烁光纤探头制作完成。5.根据权利要求4所述的梯形闪烁光纤探头的制作方法，其特征在于，步骤1)、2)中，合束区域的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛振华，黄璐，刘兆军，赵智刚，魏振帅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：