專利名稱：用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備，如其在物料抓取裝置中、尤其是在多爪抓斗中所使用的那樣。
背景技術(shù)：
金屬廢料是用于生產(chǎn)鋼和非鐵金屬的重要原料，并且大部分源自所謂的廢鋼，即收集的不能再使用的金屬產(chǎn)品，如其例如在拆除工業(yè)設(shè)備時所產(chǎn)生的那些金屬產(chǎn)品。這個廢鋼可能強(qiáng)烈地放射性加載，因為設(shè)備部件本身可能受到放射性污染或者是放射性的(例如民用和軍用的核工業(yè)設(shè)備的設(shè)備部件)，或者可能包含在拆除的設(shè)備(例如醫(yī)療裝置) 中使用并且忘記了其存在的被封裝的放射源。因此，在金屬廢料熔化及進(jìn)一步使用之前，必須對其進(jìn)行監(jiān)視以確定是否存在放射性的部件。該放射性部件通常涉及Y輻射體，尤其是 Co-60、Cs-137、Ir-192和Am-Ml。對這樣的放射性部件的監(jiān)視由裝載有金屬廢料的運輸車輛所經(jīng)過的固定測量裝置(例如所謂的門架監(jiān)視器)以及通過手持測量工具或通過設(shè)置在用于裝載金屬廢料的物料抓取裝置(例如多爪抓斗)上的探測器設(shè)備來進(jìn)行。在圖1中示出了配備有這樣的用于對金屬廢料進(jìn)行監(jiān)視以確定放射性部件的物料抓取裝置(例如多爪抓斗)，如其在現(xiàn)有技術(shù)中所使用的那樣。這樣的多爪抓斗具有多個殼狀(schalenfiirmig)構(gòu)造的抓臂4，它們以能翻轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在基體6(所謂的斗顎支架)上。在物料抓取裝置2上，在面向用于抓拾金屬廢料的抓拾空間8的側(cè)上、例如在多爪抓斗的基體6上設(shè)置用于探測γ輻射的探測器裝置10。探測器裝置 ο包括在圖中用虛線表示的設(shè)置在保護(hù)外殼12中的具有閃爍物作為Y感測元件的Y探測器14。此外，在物料抓取裝置2上，在抓拾空間8之外設(shè)置電源單元16，電源單元16為γ探測器14提供電壓并且將由Y探測器14采集的測量信號經(jīng)由無線電傳輸?shù)綀D中未示出的操作顯示單元。通常由鋼構(gòu)成的保護(hù)外殼12堅固地實現(xiàn)，以便保護(hù)探測器免于受到物料抓取裝置2所抓拾的廢料部件的損傷。為了實現(xiàn)高的探測靈敏度，在現(xiàn)有技術(shù)中使用其閃爍物具有盡可能大容積的Y探測器。但是，這樣的大容積Y探測器相應(yīng)地要求大的保護(hù)外殼12， 該保護(hù)外殼相應(yīng)地為了實現(xiàn)所要求的穩(wěn)固性而至少在面向抓拾空間8并且與金屬廢料接觸的區(qū)域中必須具有通常在20mm數(shù)量級的大的壁厚度?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的這樣的探測器裝置10在圖2中被示意性地示出。具有大的感測容積V的γ探測器14位于堅固的保護(hù)外殼12中。為了穿透到Y(jié)探測器14的感測容積V中，從不同方向α入射到保護(hù)外殼12上的、射線首先必須穿透保護(hù)外殼12的壁，其中，在該壁內(nèi)所經(jīng)過的路徑s隨著入射角α的增加而增加。要探測的Y射線Y經(jīng)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屬廢料中的輻射體例如是主要發(fā)射能量為66^eV的γ量子的Cs-137時，該γ量子也通過多重康普頓散射或者已經(jīng)在包圍封裝的Y輻射體的屏蔽外殼內(nèi)或者在包圍其的金屬廢料內(nèi)被遷移到低能區(qū)中。但是，這樣的低能Y射線絕大部分已經(jīng)在保護(hù)外殼的壁中被吸收了。由Am-241發(fā)射的能量約為60keV的γ量子實際上不再能被 探測器設(shè)置在由鋼構(gòu)成的壁厚度為20mm的保護(hù)外殼中的探測器裝置探測到，因為鋼在該光子能量下的半衰減層僅僅約為1mm。因此，在鋼中經(jīng)過20mm的路徑導(dǎo)致強(qiáng)度減弱到大約初始值的百萬分之一。但是為了能夠探測這樣的低能Y輻射，在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常為面向物料抓取裝置的抓拾空間的蓋板18配備多個孔20。一方面，這些孔20的直徑及其數(shù)量受到限制，以便仍然確保保護(hù)外殼12充分的穩(wěn)固性。另一方面，可能導(dǎo)致?lián)p壞Y探測器14的廢料部件能通過過大的孔20到達(dá)保護(hù)外殼12的內(nèi)部。因此從圖2中可以看出，只有垂直地到達(dá)保護(hù)外殼12的蓋板18上的低能、輻射、能到達(dá)保護(hù)外殼12的內(nèi)部中。直徑從內(nèi)向外變大的錐形孔20基本上使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有其他入射角α的γ輻射γ也能通過這些孔，但是由于其漏斗形效應(yīng)而帶來了很大的風(fēng)險使得廢料碎片可能卡到孔20中。在圖3的諾謨圖中針對入射角α描繪了能量為IOOkeV的以入射角α穿過鋼板的Y輻射的強(qiáng)度1(a)與以入射角α =0°穿過鋼板的Y輻射的強(qiáng)度I (α =0° )之比 Ι(α)/Ι(α =0° )。曲線a、b、c和d為2mm、5mm、10mm或20mm厚的鋼板表現(xiàn)了該比例。 從諾謨圖中可以看出，對于厚度為20mm的鋼板在入射角α =45°的情況下，穿過鋼板的 Y量子的份額大約僅僅是在入射角α =0°的情況下穿過鋼板的Y量子的份額的15%， 其大約為入射到保護(hù)外殼上的Y量子的0.4%。γ射線的能量越低，該效應(yīng)越顯著。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種適于用在物料抓取裝置中的用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備，其相對于已知的探測器設(shè)備具有提高的探測靈敏度。該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1特征的探測器設(shè)備來完成。根據(jù)該特征， 探測器設(shè)備包括用于探測Y輻射的Y探測器，其設(shè)置在能伸入安裝到抓拾金屬廢料的物料抓取裝置的抓拾空間中的保護(hù)外殼中并且包括感測容積小于20cm3的閃爍物作為γ感測元件。通過使用具有這樣小的感測容積的Y探測器，該Y探測器可以封裝在相對小的保護(hù)外殼中，該保護(hù)外殼由于其小的尺寸而在與現(xiàn)有技術(shù)中所使用的保護(hù)外殼相比明顯更小的壁厚度的情況下相對于在抓拾金屬廢料時在物料抓取裝置內(nèi)出現(xiàn)的力具有充足的機(jī)械穩(wěn)固性。由于以該方式可能的減小的壁厚度，雖然感測容積減小了，但是探測靈敏度相對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的探測器設(shè)備明顯改善了。因此，本發(fā)明基于以下思想現(xiàn)有技術(shù)中對具有大的Y感測容積的Y探測器的經(jīng)常使用由于兩個原因而是不利的。第一，隨著該容積的大小的提高，在沒有人造放射性輻射的情況下所測得的天然本底輻射(背景輻射)也必然一起與該容積成比例地提高，因為其基本上是基于也穿過堅實保護(hù)外殼的環(huán)境中天然的放射性(例如土壤中或建筑材料中)的高能輻射。而對人造 (在可能的情況下是被封裝的)輻射體的低能Y輻射的探測主要在通常用作為Y感測元件的無機(jī)閃爍物(例如NaI (Tl)晶體)的最開始的幾個毫米中進(jìn)行，并且因此與表面積成比例而不與容積成比例。另外，通過在大容積的情況下所要求的大壁厚度，穿入到保護(hù)外殼中的人造Y輻射的強(qiáng)度被顯著減小。兩個效應(yīng)疊加，并且在Y探測器擴(kuò)大的情況下導(dǎo)致信噪比顯著惡化，并且因此導(dǎo)致探測靈敏度的明顯惡化。
在根據(jù)本發(fā)明的探測器設(shè)備中改善的探測靈敏度在借助于放射性檢驗輻射器進(jìn)行的常規(guī)功能檢驗的情況下也是有利的，因為由于改善的探測靈敏度，其放射性與在現(xiàn)有技術(shù)中所使用的空間更大的閃爍物相比可以選擇為明顯更小。這是特別有意義的，因為操作人員通常是沒有受到任何按照輻射保護(hù)的監(jiān)視并且因此必須注意對于檢驗輻射器嚴(yán)格的允許極限。因為由于小的壁厚度，低能Y量子也以明顯更大的概率到達(dá)保護(hù)外殼的內(nèi)部中， 所以在本發(fā)明的一種有利實施方式中，保護(hù)外殼至少在其自由插入抓拾空間內(nèi)的部分中是完全封閉的，即沒有孔，而孔在現(xiàn)有技術(shù)已知的保護(hù)外殼中為了探測低能Y量子是必需的。以該方式，探測器被完全封裝，并且阻止了外加部分穿透到保護(hù)外殼的內(nèi)部中。如果保護(hù)外殼在插入抓拾空間內(nèi)的部分具有凸起的形狀，則保護(hù)外殼的機(jī)械穩(wěn)固性即使在該部分的壁厚度很小(優(yōu)選地，對于由鋼構(gòu)成的保護(hù)外殼而言小于8mm)的情況下也被提高。此外，針對側(cè)面入射的Y量子的靈敏度被提高，其中凸起的外殼內(nèi)閃爍物的中央定位導(dǎo)致入射的到達(dá)閃爍物上的輻射在保護(hù)外殼的壁內(nèi)路徑長度很小。


為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明請參考附圖的實施例。在附圖中圖1示出了其中安裝有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備的多爪抓斗，圖2在示意性的截面中示出了在現(xiàn)有技術(shù)中使用的用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備，圖3示出了一幅諾模圖，其中根據(jù)鋼板厚度和入射角度示出了能量為IOOkeV的、 射線穿過鋼板的傳輸，圖4和5分別以原理示意圖在相互垂直的截面上示出了根據(jù)本發(fā)明的探測器設(shè)備。
具體實施例方式根據(jù)圖4和5，根據(jù)本發(fā)明的探測器設(shè)備10包括保護(hù)外殼102，保護(hù)外殼102在其安裝側(cè)104上具有適配于物料抓取裝置的基底106，保護(hù)外殼102可以以其安裝側(cè)104與物料抓取裝置的抓拾空間緊鄰地或插入物料抓取裝置的抓拾空間地設(shè)置并固定在物料抓取裝置上。保護(hù)外殼102由處于機(jī)械堅固性的原因通常被硬化的鋼構(gòu)成。在該例子中，用于安裝在多爪抓斗基體的平坦底側(cè)的同樣是平坦的板作為基底106。保護(hù)外殼102在背離安裝側(cè)104的側(cè)上具有彎拱(例如半球形)形式的凸起的、即向外彎曲的形狀。利用這個完全封閉(即沒有孔)的凸起區(qū)域，保護(hù)外殼102在安裝好的狀態(tài)下自由地插入到物料抓取裝置的抓拾空間中。在保護(hù)外殼102內(nèi)設(shè)置有Y探測器104，γ探測器104包括閃爍物142 (優(yōu)選是無機(jī)NaJ(Tl)單晶或CsJ(Tl)單晶)作為、感測單元。閃爍物142為圓柱形的，并且在其端面上耦接到光電倍增管144。閃爍物142的容積(即γ探測器140的實際的感測容積) 小于20cm3，其中尤其是對于NaJ(Tl)探測器，5到IOcm3之間的容積表現(xiàn)為是特別有利的。 在這樣的小的閃爍物容積的情況下，保護(hù)外殼102的作為輻射入射面的自由地插入抓拾空間中的部分的壁厚度可以限制到小于8mm的值。 閃爍物142設(shè)置在凸起的保護(hù)外殼102內(nèi)部中盡可能中心的位置處。通過保護(hù)外殼102在背離安裝側(cè)104的側(cè)上凸起的形狀以及閃爍物142的盡可能中心的位置，到達(dá)凸起表面的Y射線Y在保護(hù)外殼102的壁中所經(jīng)過的路徑基本上與Y量子入射到保護(hù)外殼102上的方向無關(guān)。因為對于這樣的中心定位(在理想情況下，閃爍物142的重心與構(gòu)造為半球形的保護(hù)外殼102的中心點重疊)的情況，Y輻射Y幾乎徑向地穿過壁，所以在壁內(nèi)經(jīng)過的路徑最小。帶來了側(cè)面入射到保護(hù)外殼102上并且指向γ探測器140的γ輻射 Y也可以以高的探測靈敏度被檢測這一優(yōu)點的這樣的凸起形狀是可能的，因為探測設(shè)備的總?cè)莘e相應(yīng)是很小的，使得凸起的保護(hù)外殼102與具有大容積的γ探測器的已知的平坦保護(hù)外殼相比也不是更深地、而是深度明顯更小地插入到抓拾空間中。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備(100)，具有用于探測Y輻射(Y)的Y探測器(140)，所述γ探測器(140)設(shè)置在保護(hù)外殼(102)中，所述保護(hù)外殼(10 能以插入抓拾所述金屬廢料的物料抓取裝置O)的抓拾空間(8)中的方式安裝， 所述Y探測器(140)具有閃爍物(142)作為γ感測元件，所述閃爍物(142)的感測容積小于20cm3。
2.如權(quán)利要求1所述的探測器設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)外殼(102)至少在自由地插入所述抓拾空間(8)中的區(qū)域中是完全封閉的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的探測器設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)外殼(102)的自由地插入到所述抓拾空間(8)中的區(qū)域具有凸起的形狀。
4.如權(quán)利要求3所述的探測器設(shè)備，其特征在于，所述閃爍物(142)在所述保護(hù)外殼 (102)中設(shè)置在中心位置上。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的探測器設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)外殼(102)由鋼構(gòu)成，所述保護(hù)外殼(102)的壁厚度至少在敞開地插入所述抓拾空間(8)中的部分中小于 8mm 。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的探測器設(shè)備，其特征在于，所述閃爍物(142)是NaJ(Tl) 單晶或CsJ(Tl)單晶。
全文摘要
一種用于監(jiān)視金屬廢料以確定放射性部件的探測器設(shè)備(100)，具有用于探測γ輻射(γ)的γ探測器(140)，所述γ探測器(140)設(shè)置在保護(hù)外殼(102)中，所述保護(hù)外殼(102)能以插入抓拾所述金屬廢料的物料抓取裝置(2)的抓拾空間(8)中的方式安裝，所述γ探測器(140)具有閃爍物(142)作為γ感測元件，所述閃爍物(142)的感測容積小于20cm3。
文檔編號G01T1/167GK102265180SQ200980151997
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者M·伊瓦茨切恩科伯霍, N·特羅斯特 申請人:賽默飛世爾科學(xué)測量技術(shù)有限公司