[发明专利]一种低温环境探测低浓度氡的装置及方法

权利要求书

1.一种低温环境探测低浓度氡的装置，其特征在于，包括：

液闪容器，其内装有液体闪烁体，所述液闪容器设有多个探测区域和反射区域，所述反射区域设有用于氡进入的检测入口；

多组硅光电倍增管，多组所述硅光电倍增管与所述探测区域一一对应，每组所述硅光电倍增管铺满一个所述探测区域，每组内的所述硅光电倍增管无间隙紧密排列，

所述探测区域用于接收液体闪烁体在氡衰变时产生的光子，所述反射区域用于反射液体闪烁体在氡衰变时产生的光子，所述硅光电倍增管用于探测低温环境下，探测区域内的光子；

低温环境的温度为-80～-50℃，探测下限小于等于0.1mBq/m³。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括外壳，所述液闪容器和硅光电倍增管位于所述外壳内，所述外壳包括第一壳体和位于所述第一壳体外的第二壳体，所述第一壳体为无氧铜板，所述第二壳体为铅。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述液体闪烁体包括线性烷基苯、2,5-二苯基噁唑和对-双-(σ-甲基苯乙烯基)苯。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述液闪容器为圆柱体的透明有机玻璃容器，其两端面分别铺设一组硅光电倍增管，两端面与硅光电倍增管接触的区域为探测区域，外侧面的预设区域包裹反射膜形成反射区域，硅光电倍增管和反射膜围合覆盖液闪容器的外侧面；

每组硅光电倍增管包括PCB支撑板和无间隙紧密排布于PCB支撑板上的多个硅光电倍增管，PCB支撑板上设有多个紧密排布并与硅光电倍增管一一对应的卡槽，卡槽内设有固定并连接硅光电倍增管的四个引脚；

所述液闪容器、反射膜和PCB支撑板通过光学胶耦合固定。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述透明有机玻璃容器的直径为4-6cm，高为9-11cm，反射膜为1.5-3mm厚度的ESR反射膜。

6.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述硅光电倍增管的表面积6*6mm²，有效感光面积为26.64mm²，光谱响应范围为270～900nm。

7.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述液闪容器和硅光电倍增管的尺寸，满足以下关系：

其中，V₀为液闪容器的容积，H为液闪容器的高，d为液闪容器的厚度，n₁和n₂为分别设于液闪容器两端面的硅光电倍增管的数量，r为硅光电倍增管的边长；

所述装置还包括与所述硅光电倍增管信号连接的处理设备，所述处理设备用于根据预定时间内硅光电倍增管的检测结果，得到氡浓度；

根据预定时间内硅光电倍增管的检测结果，得到氡浓度，满足以下公式：

式中，B为硅光电倍增管检测到的光子计数率，δ为液体闪烁体的探测效率，n为氡及子体的活度增长，λ为液闪容器内填充液体闪烁体的体积系数，V₀为液闪容器的容积，K为氡在液体闪烁体中的溶解系数。

8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括监测液闪容器温度的温度传感器和与温度传感器连接的温度调节组件，所述温度调节组件根据温度传感器监测的温度调节液闪容器处于预设的低温环境温度。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述装置的探测下限，满足以下公式：

式中，MDC为装置的探测下限，B为硅光电倍增管检测到的光子计数率，t_b为硅光电倍增管的检测时间，ε为光子探测效率，λ为液闪容器内填充液体闪烁体的体积系数，V₀为液闪容器的容积，K为氡在液体闪烁体中的溶解系数；

所述装置的探测下限与温度的变化，满足以下关系：

其中，T为环境温度，A为常数，E为导带和价带之间的能量范围，k_B为玻尔兹曼常数。

10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述装置探测氡的方法，其特征在于，包括：

将液闪容器放置于低温环境中；

将待测样本通过检测入口送入液闪容器中；

通过硅光电倍增管采集预定时间内液闪容器内的光子，得到光子计数率；

根据光子计数率得到氡浓度。