专利名称：用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备，如其在物料抓取装置中、尤其是在多爪抓斗中所使用的那样。
背景技术：
金属废料是用于生产钢和非铁金属的重要原料，并且大部分源自所谓的废钢，即收集的不能再使用的金属产品，如其例如在拆除工业设备时所产生的那些金属产品。这个废钢可能强烈地放射性加载，因为设备部件本身可能受到放射性污染或者是放射性的(例如民用和军用的核工业设备的设备部件)，或者可能包含在拆除的设备(例如医疗装置) 中使用并且忘记了其存在的被封装的放射源。因此，在金属废料熔化及进一步使用之前，必须对其进行监视以确定是否存在放射性的部件。该放射性部件通常涉及Y辐射体，尤其是 Co-60、Cs-137、Ir-192和Am-Ml。对这样的放射性部件的监视由装载有金属废料的运输车辆所经过的固定测量装置(例如所谓的门架监视器)以及通过手持测量工具或通过设置在用于装载金属废料的物料抓取装置(例如多爪抓斗)上的探测器设备来进行。在图1中示出了配备有这样的用于对金属废料进行监视以确定放射性部件的物料抓取装置(例如多爪抓斗)，如其在现有技术中所使用的那样。这样的多爪抓斗具有多个壳状(schalenfiirmig)构造的抓臂4，它们以能翻转的方式设置在基体6(所谓的斗颚支架)上。在物料抓取装置2上，在面向用于抓拾金属废料的抓拾空间8的侧上、例如在多爪抓斗的基体6上设置用于探测γ辐射的探测器装置10。探测器装置 ο包括在图中用虚线表示的设置在保护外壳12中的具有闪烁物作为Y感测元件的Y探测器14。此外，在物料抓取装置2上，在抓拾空间8之外设置电源单元16，电源单元16为γ探测器14提供电压并且将由Y探测器14采集的测量信号经由无线电传输到图中未示出的操作显示单元。通常由钢构成的保护外壳12坚固地实现，以便保护探测器免于受到物料抓取装置2所抓拾的废料部件的损伤。为了实现高的探测灵敏度，在现有技术中使用其闪烁物具有尽可能大容积的Y探测器。但是，这样的大容积Y探测器相应地要求大的保护外壳12， 该保护外壳相应地为了实现所要求的稳固性而至少在面向抓拾空间8并且与金属废料接触的区域中必须具有通常在20mm数量级的大的壁厚度。现有技术中已知的这样的探测器装置10在图2中被示意性地示出。具有大的感测容积V的γ探测器14位于坚固的保护外壳12中。为了穿透到Y探测器14的感测容积V中，从不同方向α入射到保护外壳12上的、射线首先必须穿透保护外壳12的壁，其中，在该壁内所经过的路径s随着入射角α的增加而增加。要探测的Y射线Y经常是能量通常小于200keV的低能γ量子。原因在于即使在包含在金属废料中的辐射体例如是主要发射能量为66^eV的γ量子的Cs-137时，该γ量子也通过多重康普顿散射或者已经在包围封装的Y辐射体的屏蔽外壳内或者在包围其的金属废料内被迁移到低能区中。但是，这样的低能Y射线绝大部分已经在保护外壳的壁中被吸收了。由Am-241发射的能量约为60keV的γ量子实际上不再能被 探测器设置在由钢构成的壁厚度为20mm的保护外壳中的探测器装置探测到，因为钢在该光子能量下的半衰减层仅仅约为1mm。因此，在钢中经过20mm的路径导致强度减弱到大约初始值的百万分之一。但是为了能够探测这样的低能Y辐射，在现有技术中经常为面向物料抓取装置的抓拾空间的盖板18配备多个孔20。一方面，这些孔20的直径及其数量受到限制，以便仍然确保保护外壳12充分的稳固性。另一方面，可能导致损坏Y探测器14的废料部件能通过过大的孔20到达保护外壳12的内部。因此从图2中可以看出，只有垂直地到达保护外壳12的盖板18上的低能、辐射、能到达保护外壳12的内部中。直径从内向外变大的锥形孔20基本上使得能够实现具有其他入射角α的γ辐射γ也能通过这些孔，但是由于其漏斗形效应而带来了很大的风险使得废料碎片可能卡到孔20中。在图3的诺谟图中针对入射角α描绘了能量为IOOkeV的以入射角α穿过钢板的Y辐射的强度1(a)与以入射角α =0°穿过钢板的Y辐射的强度I (α =0° )之比 Ι(α)/Ι(α =0° )。曲线a、b、c和d为2mm、5mm、10mm或20mm厚的钢板表现了该比例。 从诺谟图中可以看出，对于厚度为20mm的钢板在入射角α =45°的情况下，穿过钢板的 Y量子的份额大约仅仅是在入射角α =0°的情况下穿过钢板的Y量子的份额的15%， 其大约为入射到保护外壳上的Y量子的0.4%。γ射线的能量越低，该效应越显著。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种适于用在物料抓取装置中的用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备，其相对于已知的探测器设备具有提高的探测灵敏度。该任务根据本发明通过具有权利要求1特征的探测器设备来完成。根据该特征， 探测器设备包括用于探测Y辐射的Y探测器，其设置在能伸入安装到抓拾金属废料的物料抓取装置的抓拾空间中的保护外壳中并且包括感测容积小于20cm3的闪烁物作为γ感测元件。通过使用具有这样小的感测容积的Y探测器，该Y探测器可以封装在相对小的保护外壳中，该保护外壳由于其小的尺寸而在与现有技术中所使用的保护外壳相比明显更小的壁厚度的情况下相对于在抓拾金属废料时在物料抓取装置内出现的力具有充足的机械稳固性。由于以该方式可能的减小的壁厚度，虽然感测容积减小了，但是探测灵敏度相对于现有技术中已知的探测器设备明显改善了。因此，本发明基于以下思想现有技术中对具有大的Y感测容积的Y探测器的经常使用由于两个原因而是不利的。第一，随着该容积的大小的提高，在没有人造放射性辐射的情况下所测得的天然本底辐射(背景辐射)也必然一起与该容积成比例地提高，因为其基本上是基于也穿过坚实保护外壳的环境中天然的放射性(例如土壤中或建筑材料中)的高能辐射。而对人造 (在可能的情况下是被封装的)辐射体的低能Y辐射的探测主要在通常用作为Y感测元件的无机闪烁物(例如NaI (Tl)晶体)的最开始的几个毫米中进行，并且因此与表面积成比例而不与容积成比例。另外，通过在大容积的情况下所要求的大壁厚度，穿入到保护外壳中的人造Y辐射的强度被显著减小。两个效应叠加，并且在Y探测器扩大的情况下导致信噪比显著恶化，并且因此导致探测灵敏度的明显恶化。
在根据本发明的探测器设备中改善的探测灵敏度在借助于放射性检验辐射器进行的常规功能检验的情况下也是有利的，因为由于改善的探测灵敏度，其放射性与在现有技术中所使用的空间更大的闪烁物相比可以选择为明显更小。这是特别有意义的，因为操作人员通常是没有受到任何按照辐射保护的监视并且因此必须注意对于检验辐射器严格的允许极限。因为由于小的壁厚度，低能Y量子也以明显更大的概率到达保护外壳的内部中， 所以在本发明的一种有利实施方式中，保护外壳至少在其自由插入抓拾空间内的部分中是完全封闭的，即没有孔，而孔在现有技术已知的保护外壳中为了探测低能Y量子是必需的。以该方式，探测器被完全封装，并且阻止了外加部分穿透到保护外壳的内部中。如果保护外壳在插入抓拾空间内的部分具有凸起的形状，则保护外壳的机械稳固性即使在该部分的壁厚度很小(优选地，对于由钢构成的保护外壳而言小于8mm)的情况下也被提高。此外，针对侧面入射的Y量子的灵敏度被提高，其中凸起的外壳内闪烁物的中央定位导致入射的到达闪烁物上的辐射在保护外壳的壁内路径长度很小。
为了进一步解释本发明请参考附图的实施例。在附图中图1示出了其中安装有根据现有技术的用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备的多爪抓斗，图2在示意性的截面中示出了在现有技术中使用的用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备，图3示出了一幅诺模图，其中根据钢板厚度和入射角度示出了能量为IOOkeV的、 射线穿过钢板的传输，图4和5分别以原理示意图在相互垂直的截面上示出了根据本发明的探测器设备。
具体实施例方式根据图4和5，根据本发明的探测器设备10包括保护外壳102，保护外壳102在其安装侧104上具有适配于物料抓取装置的基底106，保护外壳102可以以其安装侧104与物料抓取装置的抓拾空间紧邻地或插入物料抓取装置的抓拾空间地设置并固定在物料抓取装置上。保护外壳102由处于机械坚固性的原因通常被硬化的钢构成。在该例子中，用于安装在多爪抓斗基体的平坦底侧的同样是平坦的板作为基底106。保护外壳102在背离安装侧104的侧上具有弯拱(例如半球形)形式的凸起的、即向外弯曲的形状。利用这个完全封闭(即没有孔)的凸起区域，保护外壳102在安装好的状态下自由地插入到物料抓取装置的抓拾空间中。在保护外壳102内设置有Y探测器104，γ探测器104包括闪烁物142 (优选是无机NaJ(Tl)单晶或CsJ(Tl)单晶)作为、感测单元。闪烁物142为圆柱形的，并且在其端面上耦接到光电倍增管144。闪烁物142的容积(即γ探测器140的实际的感测容积) 小于20cm3，其中尤其是对于NaJ(Tl)探测器，5到IOcm3之间的容积表现为是特别有利的。 在这样的小的闪烁物容积的情况下，保护外壳102的作为辐射入射面的自由地插入抓拾空间中的部分的壁厚度可以限制到小于8mm的值。 闪烁物142设置在凸起的保护外壳102内部中尽可能中心的位置处。通过保护外壳102在背离安装侧104的侧上凸起的形状以及闪烁物142的尽可能中心的位置，到达凸起表面的Y射线Y在保护外壳102的壁中所经过的路径基本上与Y量子入射到保护外壳102上的方向无关。因为对于这样的中心定位(在理想情况下，闪烁物142的重心与构造为半球形的保护外壳102的中心点重叠)的情况，Y辐射Y几乎径向地穿过壁，所以在壁内经过的路径最小。带来了侧面入射到保护外壳102上并且指向γ探测器140的γ辐射 Y也可以以高的探测灵敏度被检测这一优点的这样的凸起形状是可能的，因为探测设备的总容积相应是很小的，使得凸起的保护外壳102与具有大容积的γ探测器的已知的平坦保护外壳相比也不是更深地、而是深度明显更小地插入到抓拾空间中。
权利要求
1.一种用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备(100)，具有用于探测Y辐射(Y)的Y探测器(140)，所述γ探测器(140)设置在保护外壳(102)中，所述保护外壳(10 能以插入抓拾所述金属废料的物料抓取装置O)的抓拾空间(8)中的方式安装， 所述Y探测器(140)具有闪烁物(142)作为γ感测元件，所述闪烁物(142)的感测容积小于20cm3。
2.如权利要求1所述的探测器设备，其特征在于，所述保护外壳(102)至少在自由地插入所述抓拾空间(8)中的区域中是完全封闭的。
3.如权利要求1或2所述的探测器设备，其特征在于，所述保护外壳(102)的自由地插入到所述抓拾空间(8)中的区域具有凸起的形状。
4.如权利要求3所述的探测器设备，其特征在于，所述闪烁物(142)在所述保护外壳 (102)中设置在中心位置上。
5.如前述权利要求之一所述的探测器设备，其特征在于，所述保护外壳(102)由钢构成，所述保护外壳(102)的壁厚度至少在敞开地插入所述抓拾空间(8)中的部分中小于 8mm 。
6.如前述权利要求之一所述的探测器设备，其特征在于，所述闪烁物(142)是NaJ(Tl) 单晶或CsJ(Tl)单晶。
全文摘要
一种用于监视金属废料以确定放射性部件的探测器设备(100)，具有用于探测γ辐射(γ)的γ探测器(140)，所述γ探测器(140)设置在保护外壳(102)中，所述保护外壳(102)能以插入抓拾所述金属废料的物料抓取装置(2)的抓拾空间(8)中的方式安装，所述γ探测器(140)具有闪烁物(142)作为γ感测元件，所述闪烁物(142)的感测容积小于20cm3。
文档编号G01T1/167GK102265180SQ200980151997
公开日2011年11月30日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年11月26日
发明者M·伊瓦茨切恩科伯霍, N·特罗斯特 申请人:赛默飞世尔科学测量技术有限公司