自由空气电离室及空气比释动能测量方法与流程

本发明涉及辐射监测技术领域，特别是涉及一种自由空气电离室及空气比释动能测量方法。

背景技术：

电离室是一种用于探测电离辐射的气体探测器，其工作原理是当射线辐照探测器时，射线与探测器中气体分子发生作用，产生电子-正离子对。在电离室收集极和高压极上加直流极化电压形成电场，气体分子电离形成的电子和正离子会向两极移动，形成电离电流。

电离室能够测量空气比释动能，空气比释动能是不带电的电离粒子在单位质量的空气中释放出来的全部带电电离粒子的初始动能的总和，是电离辐射剂量学最重要的物理量之一。空气比释动能也是吸收剂量和剂量当量的研究基础，经量值转换，应用领域的吸收剂量和剂量当量量值可溯源至比释动能基准。但是，传统的电离室在电离空气的过程中，产生的电场畸变会对空气比释动能的测量产生影响，导致空气比释动能的测量不准确。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的电离室，测量的空气比释动能不准确的问题，提供一种自由空气电离室及空气比释动能测量方法。

一种自由空气电离室，包括：

底座；

电离室，包括高压基座和活塞，所述高压基座设置于所述底座上，所述活塞滑动设置于所述高压基座内，所述活塞和所述高压基座形成高压极，所述电离室设有供射线通过的射线通道；

收集极，穿设于所述电离室内，所述收集极偏移所述电离室的轴线且与所述电离室的轴线平行；及

驱动机构，设置于所述底座上，所述驱动机构与活塞连接，所述驱动机构驱动所述活塞相对所述高压基座滑动，以改变所述电离室的体积。

上述自由空气电离室，驱动机构驱动活塞相对电离室运动，可以改变电离室体积，测量电离室不同体积下的电离电流，然后利用差值法消除电场畸变对空气比释动能的影响，不会影响空气比释动能的测量，空气比释动能的测量准确。

在其中一个实施例中，还包括屏蔽箱体，所述屏蔽箱体设置于所述底座上且罩设于所述电离室外。

在其中一个实施例中，所述屏蔽箱体一端的端面为前面板，所述屏蔽箱体另一端的端面为后面板，所述前面板上安装有光阑，所述后面板上开设有出光孔。

在其中一个实施例中，所述前面板靠近所述电离室的一侧设有安装座，所述后面板上设有绝缘套，所述收集极的前端安装在所述安装座上，所述收集极的后端套设有接线柱，所述接线柱安装于所述绝缘套内。

在其中一个实施例中，所述活塞设有两个，两个所述活塞分别设于所述高压基座的两端，所述驱动机构设有两个，两个所述驱动机构分别设于所述基座的两端，两个所述驱动机构分别与两个所述活塞连接。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括驱动电机、滑座、丝杆及滑块，所述滑座设置于所述底座上，所述电机安装于所述滑座上，所述丝杆可转动地安装于所述滑座上，所述驱动电机与所述丝杆连接，所述滑块螺合于所述丝杆上，所述滑块与所述活塞连接。

在其中一个实施例中，所述活塞包括活塞筒、活塞盖及活塞连杆，所述活塞筒滑动穿设于所述高压基座内，所述活塞盖与所述活塞筒连接，所述活塞连杆连接所述滑块和所述活塞盖。

在其中一个实施例中，所述高压基座的端部安装有导向套，所述活塞筒滑动穿设于所述导向套内。

在其中一个实施例中，所述活塞还包括屏蔽板，所述屏蔽板位于所述活塞连杆远离所述活塞盖的一侧，所述屏蔽板安装于所述活塞连杆上，所述屏蔽板密封所述导向套的开口。

一种空气比释动能测量方法，利用上述任意一项所述的自由空气电离室，包括以下步骤：

给电离室加高压，待电离室漏电稳定后，打开光机进行工作；

驱动机构驱动活塞相对高压基座向外运动第一距离，在第一体积下测量辐射质下的第一电离电流；

将活塞复位后，驱动机构驱动活塞再次相对高压基座向外运动第二距离，在第二体积下测量辐射质下的第二电离电流；及

通过差值法计算得到空气比释动能。

附图说明

图1为本发明自由空气电离室一实施例的结构示意图；

图2图1所示自由空气电离室的局部结构示意图；

图3为图1所示自由电离室的半剖视图；

图4为图2中活塞与高压基座相连接的示意图；

图5为图2中驱动机构安装于底座上的结构示意图；

图6为图3中a处的局部放大图；

图7为本发明空气比释动能测量方法一实施例的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、底座；20、电离室；21、高压基座；22、活塞；221、活塞筒；222、活塞盖；223、活塞连杆；224、屏蔽板；23、垫块；24、导向套；、25、挡块；30、收集极；40、驱动机构；41、滑座、42、驱动电机；43、丝杆；44、滑块；45、连接块；46、防护罩；50、屏蔽箱体；51、前面板；511、光阑；512、光阑压套；52、后面板；522、出光孔；53、定位块；54、安装座；55、绝缘套；56、接线柱；57、端盖；61、高压极接线端；62、输出信号端；63、接地端。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请一并参阅图1至图3，在一实施例中，一种自由空气电离室，包括底座10、电离室20、收集极30及驱动机构40。

底座10用于承载自由空气电离室的其他零部件，底座10可以安装于x射线系统或者其他系统中。电离室20包括高压基座21和活塞22。高压基座21设置于底座10上。在一具体实施方式中，底座10上间隔设有两个垫块23，高压基座21安装于两个垫块23上。活塞22滑动设置于高压基座21内，活塞22和高压基座21形成高压极。活塞22相对高压基座21的滑动，能够改变电离室20的体积。

在一具体实施方式中，活塞22的数量为两个，两个活塞22分别设于高压基座21的两端，两个活塞22分别滑动插设于高压基座21的两端。可以理解的是，在其他实施方式中，活塞22的数量也可以设置一个，此时高压基座21的一端需要封闭。

电离室20设有供射线通过的射线通道。具体在本实施方式中，两个活塞22均延其轴向设有通孔，活塞22的两个通孔和高压基座21的内腔形成射线通道，光机发出的射线通过活塞22的通孔射入到高压基座21内，然后从活塞22的另一个通孔射出。可以理解的是，在其他实施方式中，活塞22为一个时，此时高压基座21封闭的一端开设供射线通过的通孔。

在一具体实施方式中，活塞22包括活塞筒221、活塞盖222及活塞连杆223。活塞筒221滑动穿设于高压基座21内。进一步地，高压基座21的端部设有导向套24，活塞筒221也穿设于导向套24内，导向套24对活塞22的运动进行导向。活塞盖222与活塞筒221连接，活塞连杆223的一端连接活塞盖222，活塞连杆223的另一端用于连接驱动机构40，以使驱动机构40驱动活塞22运动。

请一并参阅图4，在上述实施例的基础上，进一步地，活塞22还包括屏蔽板224，屏蔽板224位于活塞连杆223远离活塞盖222的一侧，屏蔽板224安装于活塞连杆223上，屏蔽板224密封导向套24的开口，屏蔽板224能够减少环境对于电离室20的干扰，保证空气比释动能测量准确。导向套24的端面安装有挡块25，挡块25伸出到导向套24的开口内，挡块25能够挡住活塞22，限定活塞22向外运动的行程。

请再次参阅图3，收集极30穿设于电离室20内，收集极30与电离室20的轴线平行，且收集极30偏移电离室20的轴线。在一具体实施方式中，收集极30位于电离室20中心稍稍靠下，收集极30的两端分别穿过两个活塞22伸出到电离室20外。一实施方式中，收集极30可以为不锈钢细棒。

请参阅图1和图2，驱动机构40设置于底座10上，驱动机构40与活塞22连接。驱动机构40用于驱动活塞22相对高压基座21滑动，以改变电离室20的体积。在一具体实施方式中，驱动机构40的数量为两个，两个驱动机构40分别设置于底座10的两端，两个驱动机构40分别与两个活塞22连接，两个驱动机构40分别驱动两个活塞22运动。

请参阅图3和图5，在一具体实施方式中，驱动机构40包括滑座41、驱动电机42、丝杆43及滑块44。滑座41设置于底座10上，驱动电机42安装于滑座41上。丝杆43的两端可转动地安装于滑座41上，驱动电机42的输出轴与丝杆43相连接。滑块44螺合于丝杆43上，滑块44与活塞22相连接。具体地，滑块44与活塞连杆223相连接。一实施方式中，活塞连杆223上设有连接块45，连接块45与滑块44相连接，从而实现滑块44与活塞连杆223的连接。

其中，驱动电机42能够驱动丝杆43旋转，丝杆43的旋转能够驱动滑块44平移，滑块44的平移能够带动活塞22运动，进而改变电离室20的体积。在上述实施例的基础上，进一步地，驱动机构40包括防护罩46，防护罩46安装于底座10上，且防护罩46罩设驱动电机42与丝杆43的连接处，避免外部的杂物影响两者的连接，同时可以方便驱动电机42与丝杆43的拆装。

请再次参阅1至图3，在一具体实施方式中，自由空气电离室还包括屏蔽箱体50，屏蔽箱体50设置于底座10上，且屏蔽箱体50罩设于电离室20外，屏蔽箱体50用于屏蔽杂散辐射，避免外部的辐射影响电离室20内的电离。具体地，屏蔽箱体50一端的端面为前面板51，屏蔽箱体50另一端的端面为后面板52。前面板51上安装有光阑511，光阑511能够对光机产生的射线进行限束。

一实施方式中，前面板51上安装有光阑压套512，光阑511安装于光阑压套512上。后面板52上开设有出光孔522，光机产生的射线通过光阑511限束后，经射线通道通过电离室20，最后通过出光孔522射出。一实施方式中，光机产生的线束、光阑511的孔及电离室20的轴线同轴。底座10上设有定位块53，定位块53位于前面板51和垫块23之间，定位块53能够配合前面板51定位垫块23的位置，进而保证高压基座21安装位置准确。

请一并参阅图6，在上述实施例的基础上，进一步地，前面板51靠近电离室20的一侧设有安装座54，收集极30的前端固定在安装座54上，收集极30的后端固定在后面板52上。具体地，后面板52上安装有绝缘套55，绝缘套55内设有接线柱56，收集极30的后端穿设于接线柱56内，从而将收集极30的后端固定在后面板52上。

请参阅图2，进一步地，后面板52远离电离室20的一侧设有端盖57，端盖57能够罩住绝缘套55及收集极30，端盖57能够避免高压极与收集区域外的收集极30形成电场，收集不必要的电子。后面板52上设有高压极接线端61、输出信号端62及接地端63，其中高压极接线端61子用于与高压极连接，输出信号端62与收集极30的后端连接，接地端63用于接地。

请参阅图7，本发明还提供一种空气比释动能测量方法。为实现该空气比释动能测量方法，其采用上述自由空气电离室。该空气比释动能测量方法具体包括如下步骤：

步骤s110：给电离室20加高压，待电离室20漏电稳定后，打开光机进行工作。

具体地，将自由空气电离室置于聚光斑60cm处，对自由空气电离室进行激光定位，保证射束与光阑511孔的同轴性。然后给电离室20加高电压，待电离室20漏电稳定后，打开光机进行工作。光机产生的射线经过光阑511限束后，经过活塞22的通孔入射到高压基座21内，然后经另一活塞22的通孔射出，最后通过后面板52上的出光孔522射出。一实施方式中，光机产生的射线为x射线。

步骤s120：驱动机构40驱动活塞22相对高压基座21向外运动第一距离，在第一体积下测量辐射质下的第一电离电流。

具体地，驱动电机42驱动丝杆43旋转，丝杆43的旋转能够驱动滑块44滑动，滑块44的滑动能够驱动活塞22相对高压基座21向外运动，两个活塞22均向外运动第一距离l1，此时电离室20的体积为第一体积v1，在第一体积v1测量每个辐射质下的第一电离电流i1。

步骤s130：将活塞22复位后，驱动机构40驱动活塞22再次相对高压基座21向外运动第二距离，在第二体积下测量辐射质下的第二电离电离。

具体地，测量结束后，驱动电机42反转驱动两个活塞22复位，然后驱动电机42再次驱动活塞22相对高压基座21向外运动第二距离l2，此时电离室20的体积为第二体积v2，在第二体积v2测量每个辐射质下的第二电离电流i2。

步骤s140：通过差值法计算得到空气比释动能。

具体地，根据第一距离l1、第一体积v1、第一电离电流i1、第二距离l2、第二体积v2及第二电离电流i2，然后通过差值法即可计算得到空气比释动能。其中，利用差值法计算可以消除电场畸变对空气比释动能的影响。一实施方式中，计算得到空气比释动能计算公式具体为：

式中，ρ为参考条件下的空气密度，s是有效测量面积，g为带电粒子的能量转化为轫致辐射的份额，w/e为在空气中产生一对离子所需要的能量，∏ki为各项修正因子的乘积。

上述自由空气电离室及空气比释动能测量方法，利用差值法消除电场畸变对空气比释动能的影响，不会影响空气比释动能的测量，空气比释动能的测量准确。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。