CN100582756C - 一种放射性人工气溶胶的监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性人工气溶胶的监测方法及装置，本发明步骤如下：1.由探测器实时探测滤纸上气溶胶的α、β信号，并通过前置放大器放大输出；2.将信号分成两路，经第一、第二放大器输出，将第一放大器输出的信号，通过多道脉冲分析器输入计算机测量α能谱；3.采用能量甄别法，将第一、第二放大器输出的信号分别输入α、β单道脉冲分析器，通过计数单元得到从α单道脉冲分析器输出的总α计数率；4.利用Rn、Th子体衰变链中RaC和ThC的β～α级联衰变，采用α～β假符合法将拖尾落入α单道脉冲分析器内的Rn、Th子体α粒子甄别出来；5.计数单元将第二符合门得到的计数率减去第一符合门得到的计数率，则得到Rn、Th子体计数率；计数单元再从总α计数率中减去Rn、Th子体计数率，得到被监测的放射性气溶胶计数率。

Description

一种放射性人工气溶胶的监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种人工气溶胶的监测方法及装置，特别是关于一种在地下核设施以及核电站、反应堆、乏燃料后处理厂等核设施环境中人工放射性气溶胶的监测方法及装置。

背景技术

放射性人工核素气溶胶(或称人工气溶胶)的监测是核设施环境保护的重要内容，在核电站、反应堆、乏燃料后处理厂等核设施的排出流和工作场所都必须对空气中的放射性气溶胶进行连续监测，以保护核环境安全和工员健康。由于环境中存在氡(Rn)(Th)子体气溶胶，它将干扰放射性人工气溶胶的监测。为此，国内外通常采用衰变法、比值法、假符合法和能量甄别法等来克服环境中天然Rn、Th子体的干扰。目前，国际上已有这类商用气溶胶监测仪出售。但是这类监测仪仅适用于通常室内氡水平(10～20Bq/m³)条件下的监测，对放射性人工气溶胶的探测下限可达0.1～0.2Bq/m³。当环境氡水平较高时，例如地下工程、坑道或洞库，特别是处在花岗岩地带的地下设施，其环境中的Rn、Th子体浓度可高达10³～10⁴Bq/m³，它比被监测的放射性人工气溶胶要求的探测下限(0.1～0.2Bq/m³)高出3～5个数量级，这将严重干扰放射性人工气溶胶的监测。然而，常规监测方法甄别天然Rn、Th子体的能力有限，使这类监测仪在高氡环境下的探测下限严重变差，甚至无法正常工作。

国内目前报导的一种气溶胶监测仪，可以在氡浓度较高(10²～10³Bq/m³)的环境下工作，其探测下限可达到0.15Bq/m³(1.64σ)，或者0.43Bq/m³(4.65σ)。该气溶胶监测仪采用撞击粒度分离及能量甄别法来减少天然Rn、Th子体的干扰。此方法是根据人工气溶胶粒子比Rn、Th子体气溶胶粒子大的特性，而将它们分离开的。但是，该方法在分离天然Rn、Th子体的同时，也将部分人工气溶胶分离掉了，由于气溶胶粒度分布是连续谱，当分离天然Rn、Th子体的份额增加时，人工气溶胶被分离的比例也随之增加，因而，其收集人工气溶胶的效率将随气溶胶粒度而变化。在不同的工作场所，人工气溶胶的粒度分布是不同的，其收集效率也不一样，所以，该方法的测量结果存在一些不确定性，准确度较差。为此，该监测仪在延时8小时之后，(让大部分天然Rn、Th子体衰变)，再进行第二次全粒子谱测量，以补充第一次测量的不足，提高测量的可靠性，因此该监测仪需要8小时之后才能给出可靠的定量结果。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种灵敏度更高、在高氡环境下，可以在线对低水平放射性人工气溶胶进行监测的方法及装置。

为实现上述方面目的，本发明采取以下技术方案：

一种放射性人工气溶胶的监测方法，它包括以下步骤：(1)用抽气泵将待测气溶胶收集在取样滤纸上，由探测器实时探测滤纸上气溶胶的α、β放射性信号，并通过前置放大器放大输出；(2)将经步骤(1)得到的信号分成两路，分别经第一、第二放大器放大输出，将第一放大器输出的信号，通过多道脉冲分析器输入计算机测量α能谱，并根据α能谱图设定α、β单道脉冲分析器的人工核素能量甄别上、下限域值；(3)采用能量甄别法，将步骤(2)中第一、第二放大器输出的信号分别输入α、β单道脉冲分析器，所述α、β单道脉冲分析器选择上、下限域值内的α、β粒子输出，并通过计数单元得到从α单道脉冲分析器输出的总α计数率N_总人工；(4)利用Rn、Th子体衰变链中RaC和ThC的β～α级联衰变，采用α～β假符合法将拖尾落入α单道脉冲分析器内的Rn、Th子体α粒子甄别出来，其包括：A、分别将α、β单道脉冲分析器输出的α、β脉冲经延迟整形为α、β门信号，输入第二符合门进行α～β假符合，得到除人工核素以外的α粒子计数率Nc+Nc_偶；B、分别将经A步骤中形成的α门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲经整形后的门信号，输入第一符合门进行α～β假符合，得到除Rn、Th子体以外的α粒子计数率Nc_偶；(5)计数单元将第二符合门得到的计数率Nc+Nc_偶减去第一符合门得到的计数率Nc_偶，则得到Rn、Th子体计数率Nc；计数单元再从总α计数率N_总人工中减去Rn、Th子体计数率Nc，得到被监测的放射性气溶胶计数率N，并通过计算机的显示器实时显示相关监测数据。

输入第二符合门的门信号包括从α单道脉冲分析器输出的α脉冲，经延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲，整形为宽度5μs，幅度5V，延迟310μs的门信号。

输入第一符合门的门信号包括从α单道脉冲分析器输出的α脉冲，经延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲，经整形为宽度5μs，幅度5V的门信号。

所述Rn、Th子体计数率Nc是由β脉冲输出信号经整形延迟后与Rn、Th子体衰变链中β-α级联相关的α脉冲符合产生。

所述所述Rn、Th子体以外的α粒子计数率Nc_偶是由β脉冲输出信号经整形延衰变链中β-α级联不相关的α脉冲符合产生。

一种放射性人工气溶胶的监测装置，其特征在于它包括：一探测器；一前置放大器，其连接所述探测器的输出端；一第一放大器和一第二放大器，其分别连接所述前置放大器的输出端；一α单道脉冲分析器和一多道脉冲分析器，其分别连接所述第一放大器的输出端；一β单道脉冲分析器，其连接所述第二放大器的输出端；一延迟整形单元，其连接所述α单道脉冲分析器的输出端；一整形单元，其连接所述β单道脉冲分析器的输出端；第一符合门，其分别连接所述延迟整形单元和整形单元的输出端；一延迟单元，其连接所述整形单元；第二符合门，其分别连接所述延迟整形单元和延迟单元；一计数单元，其分别连接所述α单道脉冲分析器、第一符合门和第二符合门；一计算机，其分别连接所述多道脉冲分析器和计数单元；一显示器和一打印机，其分别连接所述计算机。

所述延迟整形单元将α脉冲信号延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号。

所述整形单元将β脉冲信号整形为宽度为5μs，幅度5V的门信号。

所述延迟单元将经整形单元整形的门信号延迟310μs。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)本发明由于采用甄别能量的假符合法甄别天然Rn、Th子体的干扰，有效提高了仪器监测人工气溶胶的灵敏度。(2)本监测装置可以在高氡浓度(2000～3000Bq/m³)环境下，探测低水平的人工核素气溶胶浓度(0.1～0.2Bq/m³)。(3)本监测装置在探测下限(灵敏度)和准确度的主要性能指标上，均优于国内外同类产品。(4)本监测装置在解决补偿零点漂移方面优于单独使用的能量甄别法和假符合法。(5)本发明仅需1小时即可给出定量结果，而且不受气溶胶粒度变化的影响，所以本发明优于采用撞击粒度分离法的气溶胶监测仪。

附图说明

图1是本发明流程示意图

图2是本发明α能谱图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括：一探测器1，一连接探测器1的前置放大器2，两分别连接前置放大器2的第一、第二放大器3a、3b，两放大器3a、3b的放大倍数分别与α、β放射性信号相匹配。一多道脉冲分析器4，其一端连接第一放大器3a，另一端连接计算机11，一α单道脉冲分析器(亦称人工核素道)5a，其一端连接第一放大器3a，另一端分成两路，一路直接连接计数单元10，另一路连接一延迟整形单元6，延迟整形单元6分成两路分别连接第一符合门7a和第二符合门7b。一β单道脉冲分析器5b，其一端连接第二放大器3b，另一端连接一整形单元8，整形单元8分别连接第一符合门7a和一延迟单元9，延迟单元9连接第二符合门7b。两符合门7a、7b分别连接计数单元10，计数单元10连接计算机11，计算机11同时连接显示器12和打印机13。

上述实施例中，两符合门7a、7b均为普通与非门，每一与非门的两输入端的门信号均为1时，才可使信号通过，并送入计数单元10计数。

本发明方法实施步骤如下：

(1)用抽气泵将待测气溶胶收集在取样滤纸14上，同时由探测器1实时探测滤纸14上气溶胶的α、β放射性信号，并通过前置放大器2放大输出；

(2)将一路信号经第一放大器3a放大后，通过多道脉冲分析器4输入计算机，以测量α能谱，并根据α能谱图(如图2所示)，设定α、β单道脉冲分析器5a的人工核素能量甄别上、下限域值；

(3)采用能量甄别法，如图1所示，将进入α单道脉冲分析器(又称人工核素道)5a的大部分能量较高的Rn、Th子体的α粒子(6MeV、7.68MeV等)信号甄别掉，仅允许能量在人工核素(例如²³⁹Pu 5.15MeV，U 4MeV左右)范围内的α粒子信号通过人工核素道5a，进入计数单元计数10，进而得到从人工核素道5a输出的总α计数率N_总人工；与此同时，采用能量甄别法由β单道脉冲分析器5b选择β粒子信号输出。

(4)由于一部分气溶胶粒子会渗入滤纸14内部，从滤纸14深层发出的α粒子的能量将发生畸变，使Rn、Th子体能谱拖尾落入人工核素道5a内(如图2的虚线所示)，干扰人工核素的测量，因此利用Rn、Th子体衰变链中RaC和ThC的β～α级联衰变，采用α～β假符合法将拖尾落入人工核素道5a内的Rn、Th子体α粒子甄别出来，具体方法是：

A、将从人工核素道5a输出的α脉冲经延迟整形单元6整形为门信号后，分两路输入第一、第二符合门7a、7b；同时将β单道脉冲分析器5b中输出的β脉冲经延迟整形为门信号后送入第二符合门7b，在第二符合门7b进行α～β假符合，得到天然放射性气溶胶的假符合计数率(人工核素气溶胶不会出现α、β信号同时到达的假符合)，而此时的假符合计数率包括Rn、Th子体气溶胶的假符合计数率Nc和偶然进入操作现场的其它天然放射性产生的偶然符合计数率Nc_偶两部分。但是，本发明要排除的是Rn、Th子体气溶胶对放射性人工气溶胶浓度的影响，因此必须从Nc+Nc_偶中去除Rn、Th子体气溶胶以外的Nc_偶，具体方法是：

B、根据Rn、Th子体衰变链中RaC和ThC的β～α级联衰变，将一路从β单道脉冲分析器5b中输出的β脉冲，不经过延迟，仅经过整形单元8整形为门信号后输入第一符合门7a，如果输入的信号与上述α通路输入的信号仍能在第一符合门7a发生假符合，则证明该假符合不是Rn、Th子体信号的假符合计数率Nc，而是操作现场偶然进入的天然放射性产生的假符合计数率Nc_偶。

(5)计数单元10将通过第二符合门7b的计数率Nc+Nc偶减去通过第一符合门7a的计数率Nc_偶，则可以得到真正的Rn、Th子体气溶胶信号计数率Nc；计数单元10再将从人工核素道5a输出的总α计数率N_总人工中减去Rn、Th子体气溶胶信号计数率Nc，便可以得到操作现场的放射性人工气溶胶计数率N，并通过计算机11的操作和显示器12的显示，实时得到排除了Rn、Th子体气溶胶影响的被监测的人工放射性气溶胶浓度，如果需要，可以从打印机中输出。

本发明监测装置的工作过程如下：探测器1输出脉冲，经第一放大器3a后，形成宽5μs，幅度0.1-3.5V的正脉冲信号。根据多道脉冲分析器4测得的α能谱图，由人工核素道5a选择其中人工核素(例如U、Pu)的α脉冲输出，再经延迟10μs后，整形为宽310μs，幅度5V的门信号，分两路同时打开第一、二符合门7a、7b。经前置放大器2输出的另一路脉冲，经第二放大器3b和β单道脉冲分析器5b后，选择β脉冲输出，再整形为宽5μs，幅度5V的正脉冲。然后分两路输出，一路经延迟310μs后输至第二符合门7b，与Rn、Th子体衰变链中β-α级联相关的α脉冲符合，产生假符合计数率Nc；与Rn、Th子体衰变链中β-α级联不相关的α脉冲符合，产生偶然符合计数率Nc偶，亦即第二符合门7b的输出由Nc和Nc偶两部分组成。另一路β脉冲不经过延迟直接输至第一符合门7a，由于与β脉冲相关的α脉冲信号发生在β脉冲以后，而且又延迟了10μs后才打开第一符合门7a，所以与开门的α信号相关的β脉冲远在开门以前到来，故不能通过第一符合门7a，只有那些在α脉冲之后产生的β脉冲才能通过第一符合门7a，因此第一符合门7a输出的仅是偶然符合计数率Nc偶。用第二符合门7b得到的计数率Nc+Nc_偶减去第一符合门7a输出的计数率Nc_偶，即是真正的假符合计数率Nc，也就是进入人工核素道5a内的天然Rn、Th子体的α计数率。那么用人工核素道5a内输出的总α计数率N_总人工减去假符合计数率Nc，即得到操作现场人工气溶胶真实的α计数率N。

在能量甄别法中，天然本底谱形的变化会造成补偿不稳定，出现补偿不足或者过补偿现象，也即是引起严重的补偿零点漂移，使探测下限变差。但在本发明中，由于对天然本底的主要影响核素RaC′补偿采用了假符合法，故不受天然本底谱形变化的影响。如果，单独使用假符合法，那么，样品上RaA强度的突然变化也会引起很大的补偿零点漂移。另外，环境中的强β本底还会造成可观的偶然符合计数率，使假符合法甄别Rn、Th子体干扰能力大大降低，甚至会失效。但在本发明中，由于采用能量甄别技术，只对人工核素道内的α计数率进行符合，大部分RaA的α脉冲通不过人工核素道，因此，RaA涨落的影响大大减小。另外也因为只对人工核素道内的α计数率进行符合，故偶然符合计数率大大减少。由此可见，在解决补偿零点漂移方面，本发明采用甄别能量和假符合结合的方法，大大优于单独使用的能量甄别法和假符合法的监测装置。

如表1是国内外一些放射性气溶胶监测仪的性能与本发明的性能比较，从表中数据可以看出，本监测装置在氡水平很高的环境下，探测下限仍能达到很低的水平，因此，本监测装置在探测下限(灵敏度)和准确度的主要性能指标上，均优于国内外同类产品。

Claims (10)

1、一种放射性人工气溶胶的监测方法，它包括以下步骤：

(1)用抽气泵将待测气溶胶收集在取样滤纸上，由探测器实时探测滤纸上气溶胶的α、β放射性信号，并通过前置放大器放大输出；

(2)将经步骤(1)得到的信号分成两路，分别经第一、第二放大器放大输出，将第一放大器输出的信号，通过多道脉冲分析器输入计算机测量α能谱，并根据α能谱图设定α、β单道脉冲分析器的人工核素能量甄别上、下限域值；

(3)采用能量甄别法，将步骤(2)中第一、第二放大器输出的信号分别输入α、β单道脉冲分析器，所述α、β单道脉冲分析器选择上、下限域值内的α、β粒子输出，并通过计数单元得到从α单道脉冲分析器输出的总α计数率N_总人工；

(4)利用Rn、Th子体衰变链中RaC和ThC的β～α级联衰变，采用α～β假符合法将拖尾落入α单道脉冲分析器内的Rn、Th子体α粒子甄别出来，其包括：

A、分别将α、β单道脉冲分析器输出的α、β脉冲经延迟整形为α、β门信号，输入第二符合门进行α～β假符合，得到除人工核素以外的α粒子计数率Nc+Nc_偶；

B、分别将经A步骤中形成的α门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲经整形后的门信号，输入第一符合门进行α～β假符合，得到除Rn、Th子体以外的α粒子计数率Nc_偶；

(5)计数单元将第二符合门得到的计数率Nc+Nc_偶减去第一符合门得到的计数率Nc_偶，则得到Rn、Th子体计数率Nc；计数单元再从总α计数率N_总人工中减去Rn、Th子体计数率Nc，得到被监测的放射性气溶胶计数率N，并通过计算机的显示器实时显示相关监测数据。

2、如权利要求1所述的一种放射性人工气溶胶的监测方法，其特征在于：输入第二符合门的门信号包括从α单道脉冲分析器输出的α脉冲，经延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲，整形为宽度5μs，幅度5V，延迟310μs的门信号。

3、如权利要求1所述的一种放射性人工气溶胶的监测方法，其特征在于：输入第一符合门的门信号包括从α单道脉冲分析器输出的α脉冲，经延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲，经整形为宽度5μs，幅度5V的门信号。

4、如权利要求2所述的一种放射性人工气溶胶的监测方法，其特征在于：输入第一符合门的门信号包括从α单道脉冲分析器输出的α脉冲，经延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号和从β单道脉冲分析器输出的β脉冲，经整形为宽度5μs，幅度5V的门信号。

5、如权利要求1或2或3或4所述的一种放射性人工气溶胶的监测方法，其特征在于：所述Rn、Th子体计数率Nc是由β脉冲输出信号经整形延迟后与Rn、Th子体衰变链中β-α级联相关的α脉冲符合产生。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种放射性人工气溶胶的监测方法，其特征在于：所述Rn、Th子体以外的α粒子计数率Nc_偶是由β脉冲输出信号经整形延迟后与Rn、Th子体衰变链中β-α级联不相关的α脉冲符合产生。

7、一种放射性人工气溶胶的监测装置，其特征在于它包括：

一探测器；

一前置放大器，其连接所述探测器的输出端；

一第一放大器和一第二放大器，其分别连接所述前置放大器的输出端；

一α单道脉冲分析器和一多道脉冲分析器，其分别连接所述第一放大器的输出端；

一β单道脉冲分析器，其连接所述第二放大器的输出端；

一延迟整形单元，其连接所述α单道脉冲分析器的输出端；

一整形单元，其连接所述β单道脉冲分析器的输出端；

第一符合门，其分别连接所述延迟整形单元和整形单元的输出端；

一延迟单元，其连接所述整形单元；

第二符合门，其分别连接所述延迟整形单元和延迟单元；

一计数单元，其分别连接所述α单道脉冲分析器、第一符合门和第二符合门；

一计算机，其分别连接所述多道脉冲分析器和计数单元；

一显示器和一打印机，其分别连接所述计算机。

8、如权利要求7所述的一种放射性人工气溶胶的监测装置，其特征在于：所述延迟整形单元将α脉冲信号延迟10μs，整形为宽度310μs，幅度5V的门信号。

9、如权利要求7所述的一种放射性人工气溶胶的监测装置，其特征在于：所述整形单元将β脉冲信号整形为宽度为5μs，幅度5V的门信号。

10、如权利要求9所述的一种放射性人工气溶胶的监测装置，其特征在于：所述延迟单元将经整形单元整形的门信号延迟310μs。

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