应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法

摘要

本发明公开了应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法，其方法步骤如下：S1：在液闪循环监测装置中准备好液体闪烁体；S2：通过液闪循环监测装置对液体闪烁体进行循环同时测量束流强度，并进行新鲜液体闪烁体的补充；S3：通过PLC控制器读取液闪性能测量系统的测量结果，根据液闪性能下降情况改变第二输送泵的新鲜液闪补充速度并对束流强度测量结果进行修正,液闪性能通过PC端实时显示。利用液体闪烁体与塑料闪烁体相近的探测性能以及液体可流动的特点，通过采用液体闪烁体作为探测器，通过第一输送泵带动液体闪烁体进行循环流动，且通过液闪性能测量系统实时测量液体闪烁体的发光性能。

说明书

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体是应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法。

背景技术

加速器是一种使带电粒子增加速度(动能)的装置，加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上，加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等，加速器产生的粒子束流强度监测是决定加速器拓展应用的安全性与可靠性的关键技术之一，传统束流监测方法一般采用束流变压器CT以及法拉第筒等脉冲或直流电流监测设备，适用的束流强度测量范围一般在10

然而，加速器技术的实际应用更多的是在加速器的应用束流上实现的，这些应用束流只需要从加速器主束上分出一小部分束流即可完成相应的任务，因而束流强度相对较低，一般在10

现有技术中，以塑料闪烁体为例，探测器所测量的束流强度越高，它们的辐照效应就越来越强，这将导致探测器的探测能力下降得越快，进而导致手动更换闪烁体的频率变高，然而如果使用塑料闪烁体，其更换涉及的步骤繁琐，在较高的束流强度下频繁地进行闪烁体的手动更换是不现实且不经济的，过高的闪烁体更换频率，会大大增加应用束流运行和维护的时间成本，同时也增加了维护人员的受辐照剂量，基于此，我们提出应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法来对现有技术进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法，包括液闪循环监测装置，所述液闪循环监测装置包括PMT、探测腔体、第一输送泵、液闪性能测量系统、PLC控制器、PC端、第二输送泵、补充管道、新鲜液闪源装置和循环管道，其方法步骤如下：

S1：在液闪循环监测装置中准备好液体闪烁体；

S2：通过液闪循环监测装置对液体闪烁体进行循环同时测量束流强度，并进行新鲜液体闪烁体的补充；

S3:通过PLC控制器读取液闪性能测量系统的测量结果，根据液闪性能下降情况改变第二输送泵的新鲜液闪补充速度并对束流强度测量结果进行修正,液闪性能通过PC端实时显示。

作为本发明进一步的方案：所述S1中，首先使液闪循环监测装置中的探测腔体中充满液体闪烁体，并放置在束流通道中。

作为本发明再进一步的方案：所述S2中，束流通过探测腔体，束流通过时会在其中产生闪烁光并在PMT中输出信号进而测量得到束流强度，且第一输送泵带动液体闪烁体在循环管道和探测腔体中循环流动，液体闪烁体在循环的过程中，当经过液闪性能测量系统时，通过标准放射源和PMT来实时标定液闪的发光性能，标准放射源和PMT装在探测腔体上与束流通道偏开设置,若发光性能下降时，通过第二输送泵工作将新鲜液闪源装置内新鲜的液体闪烁体通过补充管道补充到循环管道中，进行新鲜液体闪烁体的补充，从而来保证液体闪烁体性能的稳定。

作为本发明再进一步的方案：所述S3中，通过液闪性能测量系统将测量的数据反馈至PLC控制器，进而由PLC控制器反馈至PC端，PC端通过PLC控制器反馈测得液闪的性能，通过探测腔体(1)中的PMT测量得到束流强度，根据液闪性能下降情况改变第二输送泵的新鲜液闪补充速度，并及时修正测量得到的束流强度。

作为本发明再进一步的方案：所述液闪性能测量系统用于实时标定液体闪烁液的发光性能，所述循环管道的一端贯穿于探测腔体的一侧上部后与其内部连通，所述循环管道的另一端贯穿于探测腔体的另一侧下部后与其内部连通，所述第一输送泵和液闪性能测量系统均安装于循环管道上，所述补充管道的一端与新鲜液闪源装置内部连通，所述补充管道的另一端与循环管道内部连通，所述第二输送泵安装于补充管道上。

作为本发明再进一步的方案：所述第一输送泵、液闪性能测量系统和第二输送泵均通过导线与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器通过导线与PC端电性连接，所述PMT通过导线与PC端电性连接，整个液闪循环监测装置的控制逻辑由PLC控制器负责逻辑运算并发布控制指令。

作为本发明再进一步的方案：所述新鲜液闪源装置内有新鲜的液体闪烁体，用于提供新鲜的液体闪烁体，液体闪烁体(Liquid Scintillator，LS)是有机闪烁体，其测量原理与塑料闪烁体相似，当高能粒子进入LS中时，会与LS中的分子发生相互作用，激发LS分子发生跃迁与退激发，并产生大量可见光子，这些光子在LS中各向同性地传播，其中一部分会传播到配合LS使用的PMT(光电倍增管)的光阴极上，PMT的光阴极通常由激发能低的碱金属制成，光子与PMT的光阴极发生光电效应，并产生一个激发电子，这个电子又称光电子PE，光电子在PMT内部的强电场作用下，向着阳极漂移，并在阳极上通过打拿极或MCP实现信号倍增，同时输出信号，通过对输出信号进行数据分析和统计，从而可以间接地计算出LS中产生了多少光子或带电粒子共计沉积了多少能量，进而计算出通过LS的束流强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，利用液体闪烁体与塑料闪烁体相近的探测性能以及液体可流动的特点，通过采用液体闪烁体作为探测器，通过第一输送泵带动液体闪烁体进行循环流动，且通过液闪性能测量系统实时测量液体闪烁体的发光性能，并通过第二输送泵将新鲜液闪源装置中的新鲜液闪源通过补充管道向循环管道中进行补充，改变鲜液闪的补充量，达到保证液体闪烁体的性能始终稳定在一个较高的水平，保证液体闪烁体在高束流强度下的持久稳定应用，并且采用自动补充液体闪烁体的方式，避免了频繁手动补充闪烁体带来的诸多不便的问题，采用液体闪烁体代替塑料闪烁体使用更为便捷。

2、本发明中，通过PLC控制器负责逻辑运算并发布控制指令，使得液闪循环监测装置可以实现对液体闪烁体进行实时循环和更新，使得液体闪烁体在较高的束流强度下依然能维持比较好的探测性能，从而实现持久稳定地对应用束流的大动态范围束流强度进行监测，保证了测量的稳定性，且测量准确度高，同时降低了更换闪烁体带来的运行和维护的成本。

附图说明

图1为应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法中液闪循环监测装置的整体示意图。

图2为应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法的方法流程图。

图中所示：探测腔体1、第一输送泵2、液闪性能测量系统3、PLC控制器4、PC端5、第二输送泵6、补充管道7、新鲜液闪源装置8、循环管道9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法，包括液闪循环监测装置，液闪循环监测装置包括PMT、探测腔体1、第一输送泵2、液闪性能测量系统3、PLC控制器4、PC端5、第二输送泵6、补充管道7、新鲜液闪源装置8和循环管道9，其方法步骤如下：

S1：在液闪循环监测装置中准备好液体闪烁体；

S2：通过液闪循环监测装置对液体闪烁体进行循环同时测量束流强度，并进行新鲜液体闪烁体的补充；

S3:通过PLC控制器读取液闪性能测量系统的测量结果，根据液闪性能下降情况改变第二输送泵的新鲜液闪补充速度并对束流强度测量结果进行修正,液闪性能通过PC端实时显示。

S1中，首先使液闪循环监测装置中的探测腔体1中充满液体闪烁体，并放置在束流通道中。

S2中，束流通过探测腔体1，束流通过时会在其中产生闪烁光并在PMT中输出信号进而测量得到束流强度，且第一输送泵2带动液体闪烁体在循环管道9和探测腔体1中循环流动，液体闪烁体在循环的过程中，当经过液闪性能测量系统3时，通过标准放射源和PMT来实时标定液闪的发光性能，标准放射源和PMT装在探测腔体1上与束流通道偏开设置,若发光性能下降时，通过第二输送泵6工作将新鲜液闪源装置8内新鲜的液体闪烁体通过补充管道7补充到循环管道9中，进行新鲜液体闪烁体的补充，从而来保证液体闪烁体性能的稳定。

S3中，通过液闪性能测量系统3将测量的数据反馈至PLC控制器4，进而由PLC控制器4反馈至PC端5，PC端5通过PLC控制器4反馈测得液闪的性能，通过探测腔体(1)中的PMT测量得到束流强度，根据液闪性能下降情况改变第二输送泵6的新鲜液闪补充速度，并及时修正测量得到的束流强度。

液闪性能测量系统3用于实时标定液体闪烁液的发光性能，循环管道9的一端贯穿于探测腔体1的一侧上部后与其内部连通，循环管道9的另一端贯穿于探测腔体1的另一侧下部后与其内部连通，第一输送泵2和液闪性能测量系统3均安装于循环管道9上，补充管道7的一端与新鲜液闪源装置8内部连通，补充管道7的另一端与循环管道9内部连通，第二输送泵6安装于补充管道7上。

第一输送泵2、液闪性能测量系统3和第二输送泵6均通过导线与PLC控制器4电性连接，PLC控制器4通过导线与PC端5电性连接，PMT通过导线与PC端5电性连接，整个液闪循环监测装置的控制逻辑由PLC控制器4负责逻辑运算并发布控制指令。

新鲜液闪源装置8内有新鲜的液体闪烁体，用于提供新鲜的液体闪烁体，液体闪烁体(Liquid Scintillator，LS)是有机闪烁体，其测量原理与塑料闪烁体相似，当高能粒子进入LS中时，会与LS中的分子发生相互作用，激发LS分子发生跃迁与退激发，并产生大量可见光子，这些光子在LS中各向同性地传播，其中一部分会传播到配合LS使用的PMT(光电倍增管)的光阴极上，PMT的光阴极通常由激发能低的碱金属制成，光子与PMT的光阴极发生光电效应，并产生一个激发电子，这个电子又称光电子PE，光电子在PMT内部的强电场作用下，向着阳极漂移，并在阳极上通过打拿极或MCP实现信号倍增，同时输出信号，通过对输出信号进行数据分析和统计，从而可以间接地计算出LS中产生了多少光子或带电粒子共计沉积了多少能量，进而计算出通过LS的束流强度。

入射的高能粒子有一定几率改变与之发生相互作用的LS分子的性质，导致LS的光产额和光传播系数性能下降，这就是高能粒子在闪烁体中的辐照损伤效应，当束流强度很高时，闪烁体的辐照损伤在很短的时间就能造成闪烁体性能很明显地下降，此时必须更换闪烁体才能保证探测器的性能，然而如果使用塑料闪烁体，其更换涉及的步骤繁琐，在较高的束流强度下频繁地进行闪烁体的手动更换是不现实且不经济的，采用本发明应用束流的大动态范围束流强度的液闪测量方法，利用液体闪烁来替代塑料闪烁体则能避免上述麻烦。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。