伽马射线和中子剂量计

摘要

一种剂量计包含壳体和定位在所述壳体内的印刷电路板。硅光电倍增管可操作地连接到所述印刷电路板。由Ce活化的铝硅酸锂玻璃形成的闪烁体定位在所述硅光电倍增管上。光学耦合件定位于所述闪烁体与所述硅光电倍增管之间，且光学反射器环绕所述闪烁体。

说明书

本申请要求2018年10月23日提交的第62/749,232号美国专利申请的优先权权益，所述美国专利申请出于所有目的特此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开的各方面大体上涉及伽马射线和中子剂量计，且更特定来说，涉及使用Ce活化的铝硅酸锂玻璃的固态闪烁体的伽马射线和中子剂量计。

背景技术

伽马射线和中子检测器或剂量计已知用于确定环境中的辐射水平，这有助于保护用户免于暴露于此类辐射。伽马射线和中子剂量计利用由穿过闪烁材料的辐射产生的原子或分子激发。后续的去激发产生光子，可测量所述光子以得到通过辐射在剂量计中沉积的能量的指示。

剂量计包含联接到光电倍增管的闪烁材料。当剂量计暴露于辐射时，闪烁材料被激发，从而产生可见光的光子。此光接着撞击光电倍增管，这会产生可测量的信号。

用于测量伽马射线和中子两者的已知组合剂量计通常体积庞大、制造复杂且价格昂贵。一个示例性组合剂量计包含三个pin二极管和三个信号处理检测器路径。

需要提供减少或克服先前已知装置中固有的一些或全部困难的组合式伽马射线和中子剂量计。鉴于某些实施例的以下公开内容和详细描述，本领域技术人员，即在此技术领域知识渊博且经验丰富的人员将显而易见特定目标和优点。

发明内容

根据第一方面，一种剂量计可包含壳体和定位在壳体内的印刷电路板。硅光电倍增管可以可操作地连接到印刷电路板。由Ce活化的铝硅酸锂玻璃形成的闪烁体可定位在硅光电倍增管上。光学耦合件可定位在闪烁体与硅光电倍增管之间，且光学反射器可环绕闪烁体。

根据另一方面，一种剂量计可包含由金属形成的壳体。印刷电路板可定位在壳体内，其中缆线可操作地连接到印刷电路板，且配置成向印刷电路板供电且提供与印刷电路板的数字数据通信。硅光电倍增管可以可操作地连接到印刷电路板。由Ce活化的铝硅酸锂玻璃形成的闪烁体可定位在硅光电倍增管上。由胶形成的光学耦合件可定位在闪烁体与硅光电倍增管之间。光学反射器可环绕闪烁体。钆滤波器可环绕闪烁体和光电倍增管。

根据其它方面，一种剂量计系统可包含具有多个计算装置的计算机网络。多个剂量计中的每一个可包含壳体、定位于壳体内且配置成与计算机网络通信的印刷电路板，及可操作地连接到印刷电路板的硅光电倍增管。由Ce活化的铝硅酸锂玻璃形成的闪烁体可定位在硅光电倍增管上。光学耦合件可定位在闪烁体与硅光电倍增管之间。光学反射器可环绕闪烁体。多个中继器可配置成从剂量计接收数据且将所述数据传输到计算机网络。

根据某些实施例的以下详细公开内容和其图式并根据权利要求书，将进一步理解此处公开的这些和额外特征和优点。

附图说明

根据结合附图进行的说明性实施例的以下详细描述，将更全面地理解本发明的实施例的前述和其它特征和优点，在附图中：

图1为组合式伽马射线和中子剂量计的透视图。

图2为图1的剂量计的闪烁体和光电倍增管的透视图，其示出有滤波器。

图3为图1的剂量计的闪烁体和光电倍增管的透视图，其示出有滤波器的替代实施例。

图4为图1的剂量计的闪烁体的替代实施例的透视图。

图5为图4的剂量计的闪烁体的替代实施例的透视图。

图6为包含多个图1的剂量计和多个中继器的设施的示意图。

图7为图6的设施中使用的网络的示意图。

上文所提及的图不一定按比例绘制，应当理解为提供特定实施例的表示，且本质上仅是概念性的且是说明所涉及的原理。图式中描绘的伽马射线和中子剂量计的一些特征已相对于其它特征被放大或变形，以促进解释和理解。相同附图标记在图式中用于各种替代实施例中示出的类似或相同组件和特征。如本文所公开的伽马射线和中子剂量计将具有部分地由预期应用和其使用环境确定的配置和组件。

具体实施方式

在以下根据本公开的各种实例结构的描述中，参考形成所述描述的部分的附图，且其中以说明方式示出根据本公开的各种结构。另外，应理解，在不脱离本公开范围的情况下，可利用零件和结构的其它特定布置，且可进行结构和功能修改。而且，虽然例如“顶部”和“底部”等空间术语可用于本说明书以描述本公开的各种实例特征和元件，但这些术语是为了方便起见在本文使用，例如是基于图中示出的实例定向和/或在典型使用中的定向。在本说明书中无一者应当解释为需要结构的特定三维或空间定向以便落入本公开的范围内。

参考图1，组合式伽马射线和中子剂量计10包含壳体12。在某些实施例中，壳体12基本上是不透光的，以便防止环境光影响剂量计10的性能，且在一些实施例中，所述壳体可由金属形成。例如，壳体12可由铝形成。考虑到本公开的益处，用于壳体12的其它合适金属和材料对于本领域技术人员将变得显而易见。

如本文所使用，术语“基本上”意指在伽马射线和中子剂量计制造和使用领域中的合理商业工程目标、成本、制造公差及能力的限制范围内多半或几乎相同。类似地，如本文所使用，术语“大约”意指在伽马射线和中子剂量计制造和使用领域中的合理商业工程目标、成本、制造公差及能力的限制范围内接近或约为特定值。

壳体12可包含固定到壳体12的顶部的盖14，所述盖将剂量计10的组件密封在壳体12内。盖14可用环氧树脂、胶或其它密封材料固定到壳体12，以便保护剂量计10的组件免受灰尘、水、水分或其它污染物的影响。在某些实施例中，盖14用黑色环氧树脂固定到壳体12，但可通过便携式加固设备领域中已知的其它手段来固定。盖14还可用以减少静电放电(ESD)对剂量计10的损害，且可提供电磁干扰(EMI)屏蔽。

壳体12可包含环圈16，使得剂量计10可易于借助于夹子附接到例如用户的皮带。壳体12的大小被设定，以便为便携式的且便于由用户携带。壳体12可具有类似于寻呼机的大小。例如，壳体12可具有大约85mm的宽度、大约65mm的宽度及大约20mm的高度。

盖14可具备指示灯18，其用以向用户通知剂量计10的状态。绿色的指示灯18可用以指示剂量计10运行正常，而红色的指示灯18可用以指示剂量计10存在故障。盖14还可包含触摸传感器20，和提供支持指示灯18和触摸传感器20的电子组件的相关联的盖印刷电路板(未示出)。触摸传感器20提供用户与剂量计10交互，以便例如检查状态、激活固件更新且与其它装置通信的方式。

盖14还可具备充电端口21，所述充电端口允许对设置于壳体12内的电池22进行再充电。在某些实施例中，电池22为提供大约500mAh的单电池锂聚合物(LiPo)电池。具有可再充电电池为剂量计10提供便携性和可靠性。

印刷电路板24安放在壳体12中。光电倍增管26以已知方式可操作地连接到印刷电路板24。在某些实施例中，光电倍增管26可为硅(Si)光电倍增管。印刷电路板24可容纳各种电子组件，包含例如温度传感器、微控制器、放大器、偏置振荡器及比较器，其中的每一个用以处理由光电倍增管传输的光信号以提供对伽马射线和中子辐射的测量。印刷电路板24包含允许剂量计10在云端计算网络或其它合适网络内通信的通信能力，如下文更详细地描述。考虑到本公开的益处，用于印刷电路板24的其它合适组件对于本领域技术人员将变得显而易见。

闪烁体28定位成邻近于光电倍增管26。闪烁体28可由铈(Ce)活化的铝硅酸锂玻璃形成。示例性闪烁体是由英国剑桥的Scintacor提供的富含六锂的

如本文所使用的术语“邻近”意指两个元件彼此相邻或在附近。在一些实施例中，两个邻近元件可彼此接触或彼此略微间隔开。

在某些实施例中，闪烁体26为具有大约3.7mm的宽度、大约3.7mm的长度及大约3.7mm的高度的立方体。

光学耦合件30可定位在闪烁体28与光电倍增管26之间。光学耦合件30用以将闪烁体28和光电倍增管26固定到彼此，同时允许来自闪烁体28的光透射到光电倍增管26。在某些实施例中，可使用折射率匹配胶(例如来自Norland Products有限公司或NTT AdvancedTechnology公司)实现光学耦合件30。在某些实施例中，光学耦合件30具有大约等于闪烁体28的折射率的折射率。

在某些实施例中，可抛光面向光电倍增管26的闪烁体28的表面(此处不可见)，以便改进闪烁体28与光电倍增管26之间的光学接触且避免反射应透射到光电倍增管26的光。在某些实施例中，闪烁体28的剩余表面可被喷涂为白色，以便反射光。

在相同或其它实施例中，除了面向光电倍增管26的闪烁体28的表面以外，光学反射器34可定位在闪烁体28的表面周围且基本上环绕闪烁体的表面。光学反射器34用以防止光朝向除了光电倍增管26以外的任何地方透射。光学反射器34可例如由聚四氟乙烯形成。在某些实施例中，光学反射器34可为包裹在闪烁体28周围的层中的带。在某些实施例中，光学反射器34可为80μm厚。应了解，光学反射器34可呈除了带以外的形状，例如预成型罐、圆顶或闪烁体28的保形形状。考虑到本公开的益处，用于光学反射器34的其它合适形式对于本领域技术人员将变得显而易见。

印刷电路板24可包含缆线40，例如扁平缆线，其用以提供进出印刷电路板24的电力和数据传输。在一些实施例中，缆线40经由壳体12中的端口开口(未示出)可操作地联接到印刷电路板24，其中缆线40可从印刷电路板24拆卸。在一些实施例中，缆线40可在剂量计10的制造、测试或升级过程期间使用。替代地，缆线40可用于将数据从剂量计10直接传送到网络66。

在某些实施例中，如图2中所示，能量滤波器42可设置于剂量计10中，所述能量滤波器用以有助于区分所检测的能量源，即区分伽马射线与中子。能量滤波器42的实施例可被配置为基本上环绕闪烁体28的立方体、可操作性地联接到电路板24，且可由钆形成。例如，能量滤波器42可基本上环绕闪烁体28和光电倍增管26(例如，除了光电倍增管26的联接到电路板24的表面以外)。然而，应了解，滤波器42可以多种可能形状配置，例如可符合闪烁体28和/或光学反射器34的形状的形状。

在包含能量滤波器42的实施例中，剂量计10可有效地检测伽马射线和中子两者。由闪烁体28产生的光脉冲通过光电倍增管26转换成电信号，且接着以已知方式与参考信号进行比较以提供所检测辐射的准确水平。

在某些实施例中，剂量计10不包含能量滤波器42。在此类实施例中，剂量计10提供伽马射线辐射的准确水平，然而，在不具有能量滤波器42的情况下，剂量计10并不提供中子辐射的准确水平。中子往往会产生强过度响应，其指示存在中子，但不能提供其存在的准确水平。因此，在此类实施例中，剂量计10充当中子辐射暴露的警报，从而向用户和其他人指示存在高水平的中子暴露，而不指定存在的中子辐射水平的数值。在此类实施例中，剂量计10可产生可听信号和/或振动信号，以向用户指示存在高水平的中子辐射，借此为用户提供一定水平的安全性和保全性。

在某些实施例中，如图3中所示，能量滤波器42可包含延伸穿过能量滤波器42的多个孔隙43。孔隙43可允许一些低能量伽马射线辐射进入闪烁体28。可穿过能量滤波器42的表面中的一个或多个钻取孔隙43。在某些实施例中，孔隙43以孔隙43的成行且成列矩阵布置。

在某些其它实施例中，闪烁体28不是预成型材料块，且可直接在光电倍增管26的顶部上就地形成，如图4中所示。在某些实施例中，闪烁体28由粉末形成。在此实施例中，具有开放底部和顶部的容器44安放在光电倍增管26上。形成闪烁体28的铈(Ce)活化的铝硅酸锂玻璃粉末45在容器44内直接沉积在光电倍增管26的顶部上。在粉末45沉积于容器44中之后，光学胶(此处未示出)沉积于容器44中且用以填充粉末45的粒子之间的间隙、将粒子固定在一起，且将粒子固定到光电倍增管26。在粉末45和光学胶已凝结之后，可去除容器44，且光学反射器34可定位在闪烁体28上，如上文所论述。

在其它实施例中，如图5中所示，并不去除容器44，且将封盖46固定到容器44的开放顶部。在此类实施例中，容器44和封盖46由反射材料形成，例如铝、DF2000MA(可从3M购得)或Steinerfilm K(可从Steiner GmbH&Co KG购得)。在目前所描述实例中，由反射材料形成的容器44和封盖46的实施例以与上文关于光学反射器34所描述相同的方式充当光学反射器。

应了解，较小大小的剂量计10减少了光子在剂量计10内的行进时间，且减少了光损耗。较小大小减少了闪烁体28的壁上的反射。另外，使用Ce活化的铝硅酸锂玻璃减少了在以高伽马剂量激发之后产生余辉的可能性。

在通过电子或带电粒子激发时，Ce活化的铝硅酸锂玻璃闪烁体提供相同脉冲形状，且因此，基于脉冲高度而非脉冲形状进行伽马与中子之间的区分或区别。

借助于半光谱计数器硬件或通过使用单个信号路径的多信道分析器(MCA)来执行对来自剂量计10的信号的处理，所述单个信号路径使用脉冲高度分析。

应了解，在某些实施例中，将提供多个剂量计10。例如，在具有大量工人且可能暴露于伽马射线或中子辐射的设施中，当每个个体处于可能暴露于辐射的环境中时，每个个体可配备有其自身的剂量计10。剂量计10的较小大小和便携性使得此类实施方案成为可能。

另外，在此类设施中，多个中继器可安装在特定位置中。中继器可从任何附近剂量计10收集数据，且将所述数据转发到网络66以有助于确保来自剂量计10的关于辐射水平的数据被传送到适当位置。中继器和剂量计10可通过网络66连接，使得可在多个位置处提供和回顾关于所有个体的剂量水平的实时数据。

如图6中示意性地所示，示出了位于整个设施60中的多个剂量计10(由用户携带)。设施60可为其中具有房间的个别建筑物，如图6中所说明。在其它实施例中，设施60可包含多个建筑物，且那些建筑物中的每一个中可具有一个或多个房间。在再其它实施例中，设施60可在需要监测辐射剂量水平的船只或其它船上。

除了剂量计10之外，多个中继器62也可位于设施60内。如上所述，中继器用以收集由剂量计10传输的辐射数据且转发此数据。例如，中继器62可位于设施60中的每个入口和出口64处，以确保个体在进入和离开设施60时的剂量水平的读数被传输到计算机网络，如下文所描述。另外，中继器62可位于暴露风险大于设施60的其它区域的高辐射区域中。这些中继器62为设施60内的个体提供增强的保全性和安全性水平。

当用户在整个设施60中移动时，由用户携带的个别剂量计10可用于跟踪所述用户的辐射水平，所述数据可在实时基础上使用以在已超出特定辐射水平时向用户提供警告。如本文所使用的术语“实时”通常是指在事件发生时以相同的速率且有时在事件发生的同时(例如，在几秒钟或几分之一秒之内)报告、描绘事件或对事件作出反应，而非延迟很久才报告或动作。此数据还可通过下文更详细地描述的计算机网络由远程位置中的其他人检视。

剂量计10和中继器62可连接到云端计算环境68中的计算机网络66，如图7中所说明。云端计算环境68可包含一个或多个计算装置70，其中的每一个可包含计算资源。在一些实施例中，计算资源可包含用于处理数据的任何硬件和/或软件。例如，计算资源可包含能够执行算法、计算机程序和/或计算机应用程序的硬件和/或软件。在一些实施方案中，示例性计算资源可包含具有存储和检索能力的应用程序服务器和/或数据库。每个计算装置70可借助于计算机网络66连接到云端计算环境68中的任何其它计算装置、任何中继器62及任何剂量计10。

云端计算环境68可包含资源管理器72，其可经由计算机网络66连接到计算装置70。在一些实施方案中，资源管理器72可促进由一个或多个计算装置70将计算资源提供到一个或多个剂量计10或中继器62。资源管理器72可从特定剂量计10或中继器62接收对计算资源的请求。资源管理器72可识别能够提供由剂量计10或中继器62所请求的计算资源的一个或多个计算装置70。资源管理器72可促进计算装置70与特定剂量计10或中继器62之间的连接。

计算装置70可为各种形式的数字计算机中的任一种，例如笔记本电脑、台式机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型机及其它适当的计算机。计算装置70还可为任何种类的移动计算装置，例如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话及其它类似计算装置。此处示出的组件、其连接和关系及其功能仅是实例，且并不意味着限制。

以已知方式，计算装置70可包含处理器、存储器、存储装置、连接到存储器和存储装置的接口，及显示器，使得关于各种用户的辐射暴露水平的数据对于其他人是可见的。处理器可处理用于在计算装置70内执行的指令，包含存储于存储器中或存储装置上的指令，以在外部输入/输出装置(例如，显示器)上显示用于GUI的图形信息。在其它实施例中，按需要，可使用多个处理器及多个存储器和存储器类型。而且，可连接多个计算装置，其中每个装置提供必要操作的部分(例如，作为服务器组、刀片服务器群组或多处理器系统)。

计算装置70、资源管理器72、剂量计10及中继器62可在必要时使用各种模式或协议无线地通信，所述各种模式或协议例如GSM语音呼叫(全球移动通信系统)、SMS(短消息服务)、EMS(增强型消息传递服务)或MMS消息传递(多媒体消息传递服务)、CDMA(码分多址接入)、TDMA(时分多址接入)、PDC(个人数字蜂窝式)、WCDMA(宽带码分多址接入)、CDMA2000或GPRS(通用包无线电服务)及其它。另外，可例如使用

运用从本公开获得的知识，本领域技术人员将识别到，在不脱离本公开的范围的情况下，可在获得这些和其它优点的过程中对所公开设备和方法作出各种改变。因而，应理解，本文描述的特征易于被修改、变更、改变或替换。例如，明确地预期以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同结果的那些要素和/或步骤的所有组合都在本文描述的实施例的范围内。从一个所描述实施例到另一所描述实施例的要素的替换也是被充分预期和考虑的。本文中说明并描述的特定实施例仅出于说明性目的，且不限制如所附权利要求书中阐述的实施例。其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。应理解，前述描述仅是为了清晰起见而提供，且仅仅是示例性的。本公开的精神和范围不限于上文实例，而是由以下权利要求书涵盖。上文所引用的所有公开和专利申请出于所有目的而以相同程度以全文引用的方式并入本文中，其引用程度如同每一个别公开或专利申请被具体地且个别地指定以如此引用的方式并入一般。