CN101210971A - 一种放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统 - Google Patents

一种放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及计数式射线探测仪器开发制造领域，尤其涉及探测系统中放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统。首先在探测系统的电子学放大器上设置数字放大器和数字双能窗；针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整；用标准放射源对双能窗系统进行刻度，并保存参数；探测未知能区射线源的剂量、强度；将数据进行逻辑比较、条件修正、数学拟合；最后显示所探测射线源的能量区域。本发明既保证了系统对放射性物质探测的高灵敏特性，又使系统对所探测射线的能量区域具有识别功能，并且设计简单、兼容性好，适应范围广，不需配复杂设备，运行成本低，可以方便地应用于各种目的计数式射线探测系统。

Description

一种放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统
技术领域
本发明涉及计数式射线探测仪器开发制造领域，尤其涉及计数式射线探测系统中放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统。
背景技术
计数式射线探测系统是探测放射性物质射线强度、剂量等常用的设备之一。在特殊核材料检测、放射性物质检测、环境剂量检测等领域，由于其探测速度快、测量灵敏度高、能谱响应广等特点，使它成为这些领域的常用技术。
常规计数式射线探测系统不具备射线能量识别功能，使仪器对射线的剂量、能量的敏感度较低。
德国发明专利(专利号：DE 197 11 124 C2)公开的自然背景反射测量方法能够准确快速地区分自然的和人工的伽玛射线源，其原理类似双能量窗方法，但该专利只是简单区分自然的和人工的伽玛射线源，未能显示源能区几率，且不能有针对性地改变能窗阈值设置。
国内该类计数式仪器未见报道采用双能窗技术识别放射源能区的算法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于放射性物质射线能区的识别方法及射线能区探测系统。在计数式射线探测系统中，电子学放大器上设置双能窗，其阈值通过控制器对感兴趣源能区自动设置，通过测量放射性物质射线的剂量、计数，调用系统事先的刻度参数，物理算法，即可以识别被探测放射性物质的射线能量区域。
本发明提供的用于放射性物质射线能区识别的方法包括如下步骤：
S1：在探测系统中设置数字双能窗电子学放大器；
S2：针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整；
S3：用标准的放射源对双能窗系统进行刻度，并保存系数；
S4：探测未知能区射线源的剂量、强度；
S5：将步骤S4中探测到的数据与保存的系数进行逻辑比较、条件修正、数学拟合；
S6：显示所探测射线源的能量区域。
其中，在步骤S2中采用能量窗阈值自动调整控制器进行能量窗的阈值调整；能量窗阈值自动调整控制器包括数字阈值控制、计算和稳定设置电路。
其中，数字双能窗电子学放大器包括射线能量信号的线性放大器和双能窗数字阈值设置电路。
本发明的另一方面是提供一种射线能区探测系统，包括带射线能量特性的探测器、电子学放大器、数据采集卡、数字阈值控制器、控制、测量、计算数据库和射线能区显示，其中所述电子学放大器为包括射线能量信号的数字线性放大器和数字双能窗阈值设置电路的数字双能窗电子学放大器。
优选的，所述带射线能量特性的探测器为大面积塑料闪烁体。
本发明克服了常规计数式射线探测系统所不具备的射线能量识别功能，既保证了系统对射线的高灵敏特性，又使系统对所探测射线的能量区域具有识别功能，并且设计简单、兼容性好，适应范围广，不需配复杂设备，运行成本低，可以方便地应用于各种目的计数式射线探测系统。
附图说明
图1为计数式射线能区探测系统的系统结构示意图；
图2为本发明数字双能窗电子学放大器结构示意图；
图3为本发明的逻辑关系示意图；
图4为本发明的工作流程；
图中：1、带射线能量特性的探测器；2、数字双能窗电子学放大器；3、数据采集卡；4、数字阈值控制器；5、控制、测量、计算数据库；6、射线能区显示；7、运算放大器；8、电阻；9、电阻；10、数字电位器；11、电阻；12、电阻；13、数字电位器；14、数字电位器；15、定标单元；16、定标单元。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明技术方案以如下方式实现：在计数式射线探测系统的电子学放大器上设置双能窗；然后针对所感兴趣源的能区，通过能量窗阈值自动调整控制器进行能量窗的阈值调整；用标准的放射源对双能窗系统进行刻度，所得的刻度系数即表征了标准源的能量区域特性；当系统测量环境的本底、剂量、射线源时，双能窗系统将获得一组与刻度系数类似的数据，如双窗射线的计数率；计数比等，通过逻辑比较、条件修正、数学拟合等算法，即可计算出系统所探测放射性物质的射线能量区域。
一般射线探测器的输出信号带有射线的能量特性，经线性放大器放大输出后，信号的幅度与射线能量成正比，在模拟量转换成数字量的过程中，常规计数式探测系统将高于某一阈值的信号进行转换计数，而将信号的能量信息忽略；双能窗系统在放大器后设置多个阈值，将不同能量区域的射线进行分别计数，使不同能窗具有不同射线能量的信息，再经过适当的标定，数学处理，系统及具备射线能区识别的功能。
下面结合附图对本发明作进一步的表述。
在本实施例中，计数式射线能区探测系统的系统结构如图1所示，系统包括带射线能量特性的探测器1、数字双能窗电子学放大器2、数据采集卡3、数字阈值控制器4、控制、测量、计算数据库5和射线能区显示6。其中的数字双能窗电子学放大器2的电路结构如图2所示，包括一个输入端Vin、两个输出端Vout1和Vout2、运算放大器7、电阻8、9、11、12、数字电位器10、13、14、定标单元15、16、数字阈值控制信号输入、输出。
在一个优选的实施方式中，采用大面积塑料闪烁体作为带射线能量特性的探测器。
图3为本发明的逻辑关系示意图，首先调节设置了双能窗的放大器，确定识别区域；然后对双能窗进行阈值调整，用标准的放射源进行系统刻度，保存刻度参数；当探测到未知射线源后，调用标准刻度参数，与将测量到的未知射线源的数据进行逻辑比较、条件修正等处理，然后计算出未知射线源的能量区域。
在本发明中采用软件能区识别算法进行刻度系数的采集、参数的比较和校正、数学拟合，其中包括标准放射源能区刻度方法、参数调用比较校正方法、物理逻辑运算、源能区显示几率计算方法。
其中的数学逻辑描述如下：环境本底双窗计数率及比值、已知能区标准源双窗净计数比值，n1b、n2b、PBKG、Pi。
其中：n1b、n2b代表不同窗本底计数率；PBKG为无源的本底计数比，Pi表示不同能量区标准源的净计数比，i＝1、2、3......n。
测量未知能区放射源在系统双窗中的计数率：n1、n2(1、2代表不同窗)；
得到该未知能区放射源在系统双窗中的净计数率比：
Px＝(n1-n1b)/(n2-n2b)，Px表示未知能区源的净计数比；
判断该未知能区放射源所处的能量区间：
当：Py＜＝Px＜＝Pz时；
y＝(Pz-Px)/(Pz-Py)×R；Z＝R-y。
输出未知能区放射源能区：y能区、可信度：y％；
                        z能区、可信度：z％；
其中：Py、Pz表示已知能区标准源的净计数比；y、z表示未知能区放射源在已知能区y、z中的几率；R为系统修正量。
例如，在放射性物质核查、监控设备中，常用大面积塑料闪烁探测器结合计数式电子学技术，组成高灵敏的放射性物质射线监测系统，但该类系统不能区分被探测源的能量区域；而通常使用的射线能谱仪价格较贵，灵敏度又很难适应快速核查、监控的需求。如采用双能窗技术的射线计数式监测系统，则可以针对感兴趣区的射线能量设置窗的阈值，如天然钾肥中的40K放射性元素，当钾肥量较大时成为计数式射线监测系统的很大干扰，如将双窗系统的某一个能窗设置在40K能区，则可以有效识别40K能区和附近能区的放射性物质，提高系统的灵敏度、准确度。
在本实施例中，一个完整的系统工作流程如图4所示。1.系统探测能量区域确定；2.双能窗的阈值调整；3.标准放射源对系统进行刻度并保存系数；4.探测未知能区射线源的剂量、强度等；5.通过逻辑比较、条件修正、数学拟合等计算；6、显示所探测射线源的能量区域。
本发明通过在探测系统中设置双能窗，可以区别人工放射源(低能量，第一个窗的计数)和自然本底；解决因车辆屏蔽效应使探测灵敏度下降的问题，即前述德国专利的核心(单窗对车辆屏蔽效应无法克服)。还能够对特别关心的源能区进行单独计数，提高该能区的探测灵敏度。此外，在可接受的误报率和准确率下，对关心的报警源的几率设置一个阈值，即可以区分真假报警。由于双窗的存在，整体计数水平与单窗一样(在同一计数阈值区间内)，因此不会降低其他危险放射性同位素报警灵敏度，对一些需特别关注的危险源，其灵敏度能够提得更高。
虽然本发明是具体结合一个优选实施例示出和说明的，但熟悉该技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以作出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。
因此，按照上述的技术方案，所有计数式射线(X射线、中子、带电粒子)探测系统，采用双能窗识别射线源能区的方案，均属于本发明的保护范围。
并且，按照上述的技术方案，所有计数式射线(X射线、中子、带电粒子)探测系统，采用有限个(2-10)多能窗来识别射线源能区的方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种放射性物质射线能区识别方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
S1：在探测系统中设置数字双能窗电子学放大器；
S2：针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整；
S3：用标准的放射源对双能窗系统进行刻度，并保存系数；
S4：探测未知能区射线源的剂量、强度；
S5：将步骤S4中探测到的数据与保存的系数进行逻辑比较、条件修正、数学拟合；
S6：显示所探测射线源的能量区域。
2.如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于在步骤S2中采用能量窗阈值自动调整控制器进行能量窗的阈值调整。
3.如权利要求2所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于所述能量窗阈值自动调整控制器包括数字阈值控制、计算和稳定设置电路。
4.如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于：所述数字双能窗电子学放大器包括射线能量信号的数字线性放大器和数字双能窗阈值设置电路。
5.如权利要求4所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于：所述数字线性放大器包括输入端Vin、运算放大器(7)、电阻(8、9)和数字电位器(10)；所述数字双能窗阈值设置电路包括标准电压(VCC)、电阻(11、12)、数字电位器(13、14)、定标单元(15、16)以及两个输出端Vout1和Vout2。
6.如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于在步骤S3中对标准放射源能区刻度方法如下：首先调整放大器增益和阈值，然后选择感兴趣能区的标准源对系统进行刻度，记录双窗对应源的参数。
7.如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于在步骤S5中进行进行逻辑比较、条件修正、数学拟合的具体方法有参数调用比较校正方法、物理逻辑运算以及源能区显示几率计算方法。
8.一种射线能区探测系统，包括带射线能量特性的探测器(1)、电子学放大器、数据采集卡(3)、数字阈值控制器(4)、控制、测量、计算数据库(5)和射线能区显示(6)，其特征在于所述电子学放大器为数字双能窗电子学放大器(2)。
9.如权利要求8所述的射线能区探测系统，其特征在于所述数字双能窗电子学放大器(2)包括射线能量信号的数字线性放大器和数字双能窗阈值设置电路。
10.如权利要求9所述的射线能区探测系统，其特征在于：所述数字线性放大器包括输入端Vin、运算放大器(7)、电阻(8、9)和数字电位器(10)；所述数字双能窗阈值设置电路包括标准电压(VCC)、电阻(11、12)、数字电位器(13、14)、定标单元(15、16)以及两个输出端Vout1和Vout2。
11.如权利要求8所述的射线能区探测系统，其特征在于所述带射线能量特性的探测器为大面积塑料闪烁体。
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