金属氚化物薄膜靶表面氚分布的二维扫描成像检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于检测设备技术领域，涉及一种金属氚化物薄膜靶表面氚分布的二维成像检测系统；本发明还涉及一种用该检测系统对金属氚化物薄膜靶表面氚分布进行检测的方法。
【背景技术】
[0002]金属氚化物薄膜靶作为中子发生器的靶子和β辐射源在冶金、生物化学、中子治疗、中子照相、石油勘探、仪器分析等诸多领域有着特殊的用途。金属氚化物薄膜靶表面氚分布是评估金属氚化物薄膜靶性能的重要指标。
[0003]金属氚化物薄膜靶表面氚分布检测目前主要采用β射线自显影技术，该技术检测过程繁琐。而且由于底片选择、放射源活度、β射线散射、暗室的设计等因素对底片曝光和显像影响较大，导致底片最佳的曝光时间及显影、定影条件不好控制、成像效果不佳。
[0004]金属氚化物薄膜靶中的氚衰变产生β射线，β射线向4 Ji立体角各向同性地发射，β射线在金属氚化物薄膜靶中有一定的射程，靶表面和靠近表面区域射出的β射线的分布情况可以反应出表面氚分布的情况。采用电流探针与准直器扫描测量金属氚化物薄膜靶射出的β射线通量的二维分布，然后通过图像重建就可以获得金属氚化物薄膜靶表面氚分布的图像。
[0005]金属氚化物薄膜靶中氚衰变产生低能β射线的同时，低能β射线与靶物质原子的轫致辐射产生大量的低能X射线，能量在较大范围内与β射线能量是重合的，这就为β射线自显影方法和核探测器测量表面氚分布造成一定的困难，而本发明采用静电计和电流探针技术通过直接测量氚靶表面β射线通量分布来获得氚靶表面氚的分布，避免了氚靶中不同深度轫致辐射X射线对表面射线测量的影响，对表面氚分布的测量是非常有利的。另一方面，采用计算机自动控制和数据采集处理，使成像实现数字化，便于数据存储和处理；检测过程实现自动化。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种金属氚化物薄膜靶表面氚分布的二维扫描成像检测系统，对金属氚化物薄膜靶表面氚分布进行检测，过程简单，成像效果好。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种用上述检测系统检测金属氚化物薄膜靶表面氚分布的方法。
[0008]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种金属氚化物薄膜靶表面氚分布的一维扫描成像检测系统，包括底座，底座上安装有真空室和两台步进电机；真空室与步进电机之间设有真空波纹管和驱动机构，真空波纹管的一端与真空室相连接，真空波纹管的密封端与连接杆的一端相连接，连接杆的另一端穿过真空波纹管和真空室的侧壁伸入真空室内，该两根连接杆相互垂直，其中一根连接杆伸入真空室内的一端与位移样品台相连接，另一根连接杆与竖直设置于真空室内的准直器相连接，准直器内设有电流探针，电流探针的一端伸入准直器内，并朝向位移样品台的工作面，电流探针的另一端与同轴电缆相连接，同轴电缆与静电计相连接；驱动机构和真空波纹管驱动连接杆沿自身轴线方向往复移动；两台步进电机均与步进电机控制器相连，该步进电机控制器和静电计均与计算机信号连接；底座内设有无油涡旋真空泵和涡轮分子泵，无油涡旋真空泵和涡轮分子泵通过第一插板阀相连接；涡轮分子泵通过第二插板阀与真空室连接。
[0009]所述的驱动机构包括位移块和研磨丝杆，研磨丝杆由步进电机驱动，位移块位于研磨丝杆和真空波纹管之间，位移块的一端与研磨丝杆相连接，另一端与真空波纹管的密封端相连。
[0010]本发明所采用的另一个技术方案是:一种用上述检测系统对金属氚化物薄膜靶表面氚分布的检测方法，具体按以下步骤进行:
步骤1:打开真空室，将金属氚化物薄膜靶样品固定在位移样品台朝向准直器的台面上，关闭真空室；
步骤2:启动无油涡旋真空泵，当真空室内的真空度< 2Pa时，启动涡轮分子泵；
步骤3:当真空室内的真空度< 1.0XKT3Pa时，启动计算机，初始化串行通信接口，设定扫描步长，扫描初始位置，对静电计进行零点校正；然后给步进电机控制器发送X轴控制命令，一台步进电机启动，该步进电机通过驱动机构推动位移样品台沿X轴步进运动，电流探针完成对金属氚化物薄膜靶表面X轴方向一行扫描；计算机给步进电机控制器发送Y轴控制命令，另一台步进电机启动，该步进电机驱动机构通过另一套驱动机构带动准直器沿Y轴步进运动，电流探针完成对金属氚化物薄膜靶表面Y轴方向一行扫描；然后开始X轴方向下一行的扫描；扫描过程中，计算机通过静电计读取金属氚化物薄膜靶表面每一个扫描位置的电流信号，并将数据保存在以X轴和Y轴坐标为地址的二维数组中，当金属氚化物薄膜靶表面全部扫描完成后，计算机将保存的扫描数据进行作图得到金属氚化物薄膜靶表面氚分布的图像。
[0011]本发明检测系统具有如下优点:
I)真空条件下、通过直接扫描测量样品的β射线通量的二维分布可以避免现有技术方案中底片选择、放射源的活度、β射线散射、暗室的设计等因素对成像质量的影响，测量准确度高，成像效果好。
[0012]2)采用计算机自动控制和数据采集处理，使成像实现数字化，便于数据存储和处理；检测过程实现自动化。
【附图说明】
[0013]图1是本发明检测系统的结构示意图。
[0014]图2是图1的A-A剖视图。
[0015]图3是金属氚化物薄膜靶示意图。
[0016]图4是图3所示金属氚化物薄膜靶表面氚分布的二维重建图。
[0017]图5是图3所不金属氣化物薄膜革El表面氣分布的三维重建图。
[0018]图1和图2中:1.底座，2.真空室，3.同轴电缆，4.位移样品台，5.电流探针，6.准直器，7.支架，8.第一真空波纹管，9.第一步进电机，10.计算机，11.静电计，12.无油涡旋真空泵，13.第一插板阀，14.第二插板阀，15.涡轮分子泵，16.防护罩，17.第一研磨丝杆，18.第一位移块，19.第二步进电机，20.第二研磨丝杆，21.第二位移块，22.第二真空波纹管，23.第一连接杆，24.第二连接杆。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0020]如图1和图2所示，本发明检测系统，包括底座1，底座I上安装有真空室2、第一步进电机9和第二步进电机19 ;沿从真空室2到第一步进电机9的方向、第一步进电机9和真空室2之间依次设有第一真空波纹管8、第一位移块18和第一研磨丝杆17，第一真空波纹管8朝向真空室2的一端与真空室2相连接，第一真空波纹管8的另一端密封，第一真空波纹管8的密封端与第一连接杆23的一端相连接，第一连接杆23的另一端穿过第一真空波纹管8和真空室2的侧壁伸入真空室2内，并与位于真空室2内的位移样品台4相连接，第一步进电机9与第一研磨丝杆17的一端相连接；沿从真空室2到第二步进电机19的方向、真空室2与第二步进电机19之间依次设有第二真空波纹管22、第二位移块21和第二研磨丝杆20，第二真空波纹管22朝向真空室2的一端与真空室2相连接，第二真空波纹管22的另一端密封，第二真空波纹管22的密封端与第二连接杆24的一端相连接，第二连接杆24的另一端依次穿过第二真空波纹管22和真空室2的侧壁伸入真空室2内，并与竖直设置于真空室2内的准直器6相连接，第二步进电机19与第二研磨丝杆20的一端相连接；第一连接杆23的轴线与第二连接杆24的轴线相垂直；第一步进电机9和第二步进电机19均与步进电机控制器相连接，该步进电机控制器通过RS232串行通信接口 COMl与计算机10信号连接。
[0021]真空室2的底面上设有支架7，支架7上竖直安装有准直器6，准直器6可沿第二连接杆24的轴线方向往复移动，准直器6内设有电流探针5，电流探针5的一端伸入准直器6内，并朝向位移样