CN101571595B - 放射性物质探测与识别设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种放射性物质探测与识别设备，包括：塑料闪烁体探测器、碘化钠探测器、识别单元和判断装置。识别单元包括：符合器，接受来自射线探测器的脉冲信号；第一和第二单道分析器，脉冲信号分别经第一和第二单道分析器处理后分别生成两种差分脉冲信号；线性门，当两种差分脉冲信号同时有效时，无信号输出，当仅有一个有效时，输出有效信号；以及多道分析器，接受来自碘化钠探测器的第二脉冲信号，并在线性门打开时，对第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱。判断装置根据定时读取的脉冲信号中的至少一个有效来确定有射线射入射线探测器中的至少一个，从而确定有放射性物质存在；根据所获得的射线能谱与计算机中的多种放射性元素的标准能谱进行比较，确定发出该射线的放射性物质的类型。

Description

放射性物质探测与识别设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于对放射性物质进行探测与识别设备及其方法，特别是涉及一种在探测到有放射性物质存在的同时还能够显示放射性物质的种类的放射性物质探测与识别设备及其方法，从而能够实现高效的放射性物质监管，减少工作人员的工作量。 

本发明的放射性物质探测与识别设备及其方法可用于任何需要对放射性物质进行监测控制的地点，如海关口岸、核物理实验室、核电站、核废料掩埋场所或贮藏库、医院、武器制造厂等。 

背景技术

传统的放射性物质探测系统通常是使用一种类型的探测器作为探测手段，单独探测是否存在放射性物质、放射性物质所在的物质、或者放射性物质的类型。例如，塑料闪烁体探测器可以对放射性物质发射的射线进行简单的探测、计数统计等，从而测出放射性物质是否存在以及所发出的射线的强度大小。由于塑料闪烁体探测器具有探测效率高、能谱响应广等特点，因此在特殊核材料检测、放射性物质检测、低剂量环境检测、射线能谱测量等领域的成为首选的探测器。但是，使用塑料闪烁体探测器无法进行细致的核素识别。 

碘化钠探测器由于其能量分辨率较高的特点而在核探测领域中具有广泛的应用。碘化钠探测器是一种能量分辨率较高的闪烁体探测器，在几乎所有的核探测领域发挥着巨大的作用，这种碘化钠探测器可以在对所探测的射线进行计数的同时获得该射线的能谱，之后将所获得的能谱与放射性元素的标准能谱比较，从而确定发出射线的放射性物质的类型。然而，由于放射性物质监测系统的射线能量响应范围通常为0.05～3MeV，射线与碘化钠晶体的相互作用过程中产生康普顿散射。在康普顿散射过程中，由于光子可能逃逸出碘化钠晶体，导致只有部分光子能量沉积在碘化钠晶体内，这不仅减少了光子对全能峰的贡献，还形成γ能谱中的康普顿坪区，造成对较低能量射线能谱的本底干扰。在使用碘化钠探测器对放射性物质进行探测过程中，由于被探测的放射性物质的放射性活度通常很小，因此对整个探测系统的本底计数要求很高，而单独使用碘化钠探测器不能达到本底计数的要求，由此使整个探测系统的探测灵敏度和能量分辨率不高。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种对放射性物质进行探测与识别设备及其方法，其对塑料闪烁体探测器和碘化钠探测器进行了融合可以实现对放射性物质所发出的射线进行高能量分辨。 

本发明提供一种可实现对放射性物质所发出的射线进行高效率探测的对放射性物质进行探测与识别设备及其方法。 

根据本发明的另一方面，提供一种对放射性物质进行探测与识别设备及其方法，其采用了反符合技术，从而构成一种功能更为强大的“类反康普顿谱仪系统”。 

根据本发明的一个方面，提供一种放射性物质探测与识别设备，包括：第一和第二射线探测器、识别单元和判断装置。所述塑料闪烁体探测器包括探测面并在射线入射到所述探测面时产生第一脉冲信号。所述碘化钠探测器产生第二脉冲信号并设置在塑料闪烁体探测器的探测面前部，以使进入碘化钠探测器的射线在穿过碘化钠探测器之后直接进入塑料闪烁体探测器。所述识别单元包括：符合器，所述符合器接受来自所述塑料闪烁体探测器和碘化钠探测器的第一脉冲信号和第二脉冲信号；第一单道分析器，来自塑料闪烁体探测器的第一脉冲信号经第一单道分析器处理后分别生成输入到符合器的一个输入端和判断装置的第一差分脉冲信号；第二单道分析器，来自碘化钠探测器的第二脉冲信号经第二单道分析器处理后分别生成输入到符合器的另一个输入端和判断装置的第二差分脉冲信号；线性门，线性门接收所述符合器输出的符合信号，当第一和第二差分脉冲信号同时有效时，符合器无信号输出，而当第一和第二差分脉冲信号中仅有一个有效时，符合器输出有效信号，在所述符合器输出有效信号时，线性门 打开；以及多道分析器，所述多道分析器接受来自所述碘化钠探测器的第二脉冲信号，并在所述线性门打开时，对所述第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱。所述判断装置为编有预定程序的计算机，根据定时读取的第一脉冲信号和第二脉冲信号中的至少一个有效来确定有射线射入所述塑料闪烁体探测器和碘化钠探测器中的至少一个，从而确定有放射性物质存在；同时，根据所获得的射线能谱与预先存储在计算机中的多种放射性元素的标准能谱进行比较，从而确定发出该射线的放射性物质的类型。 

在上述放射性物质探测与识别设备中，识别单元进一步包括延时器，来自所述碘化钠探测器的第二脉冲信号经所述延时器输入到所述多道分析器。 

根据本发明的另一方面，提供一种放射性物质探测与识别方法，包括：由第一射线探测器产生第一脉冲信号；由设置在塑料闪烁体的探测面前部的第二射线探测器产生第二脉冲信号；使来自所述第一射线探测器和第二射线探测器的第一脉冲信号和第二脉冲信号输入符合器进行符合；在所述第一脉冲信号和第二脉冲信号都有效时，由多道分析器对所述第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱；以及根据所产生的射线能谱确定发出该射线的放射性物质的类型，并根据所述第一脉冲信号或第二脉冲信号确定是否有射线存在。 

本发明的上述和其它特点将通过接下来对实施例的描述并结合附图而变得更加明显和更容易理解，其中： 

图1是根据本发明的对放射性物质进行探测与识别设备的结构示意图； 

图2为图1的侧视图； 

图3是根据本发明的对放射性物质进行探测与识别设备的电路原理框图； 

现在将详细参照本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的放射性物质定位探测设备进行进一步说明。 

参见附图1和2，根据本发明的一种放射性物质定位探测设备包括：第一射线探测器，所述第一射线探测器包括探测面并在射线入射到所述探测面时产生第一脉冲信号；以及第二射线探测器，所述第二射线探测器产生第二脉冲信号并设置在第一射线探测器的探测面前部，以使进入第二射线探测器的射线在穿过第二射线探测器之后直接进入第一射线探测器。在一种示例性实施例中，第一射线探测器可以是用于探测X射线、γ射线的例如塑料闪烁体探测器，这种塑料闪烁体探测器1可以对所探测的射线进行计数统计。第二射线探测器可以例如为碘化钠探测器(NaI)2。 

在图1所示的示例性实施例中，塑料闪烁体探测器1和碘化钠探测器2的形状都呈长方体形，并且二者以并排关系放置，例如通过螺栓结构固定在一起。特别是，碘化钠探测器2设置成紧贴塑料闪烁体探测器1的探测面3的前部，并且碘化钠探测器2的探测面4与塑料闪烁体探测器的探测面4彼此平行。这样，几乎所有进入碘化钠探测器2的射线在穿过碘化钠探测器2之后可以直接进入塑料闪烁体1，以确保得到较好的射线能谱。可以理解，由于碘化钠探测器2的体积一般小于塑料闪烁体探测器1，因此塑料闪烁体探测器1的探测面不能被碘化钠探测器2全部覆盖，这样，将有一部分射线不经过碘化钠探测器2而是直接进入塑料闪烁体探测器1。 

根据本发明的一种放射性物质定位探测设备包括识别单元9，该识别单元9用于对塑料闪烁体探测器1和碘化钠探测器2所产生的脉冲信号进行处理，从而确定是否有射线存在，并根据所产生的射线能谱确定发出该射线的放射性物质的类型。详细而言，识别单元9包括：符合器10，符合器10接受来自例如塑料闪烁体探测器1之类的第一射线探测器和例如碘化钠探测器2之类的第二射线探测器的第一脉冲信号和第二脉冲信号；多道分析器11，多道分析器11接受来自碘化钠探测器2的第二脉冲信号，并在第一脉冲信号和第二脉冲信号都有效，例如都为正或都为负时，对第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱；以及判断装置12， 判断装置例如为编有预定程序的计算机，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号确定是否有射线存在，并根据所产生的射线能谱确定发出该射线的放射性物质的类型。详细而言，判断装置根据定时读取的第一脉冲信号和第二脉冲信号中的至少一个有效来确定有射线射入塑料闪烁体探测器1和碘化钠探测器2中的至少一个，从而确定有放射性物质存在；同时，根据所获得的射线能谱与预先存储在计算机中的多种放射性元素的标准能谱进行比较，从而确定发出射线的放射性物质的类型。 

在一种示例性实施例中，识别单元9还包括第一单道分析器14，来自塑料闪烁体探测器1的第一脉冲信号经第一单道分析器14处理后分别生成输入到符合器10的一个输入端和判断装置12的第一差分脉冲信号；以及第二单道分析器15，来自碘化钠探测器2的第二脉冲信号经第二单道分析器15处理后分别生成输入到符合器的另一个输入端和判断装置12的第二差分脉冲信号。识别单元9进一步包括延时器16，来自碘化钠探测器2的第二脉冲信号经延时器16延迟预定时间之后输入到多道分析器11。 

在一种示例性实施例中，识别单元9还包括线性门13，线性门13接收符合器10输出的符合信号。在所述符合器的输出信号有效时线性门13打开，以允许多道分析器11对第二脉冲进行计数。 

在进一步的示例性实施例中，识别单元9还可包括对脉冲信号进行放大的放大器17-19、以及对单道分析器14和15输出的差分脉冲信号进行采样的数据采集器21和22。进一步地，设置有混频器20，用于将从碘化钠探测器2输出的第二脉冲信号分成两路，一路输入到判断装置12，另一路输入到多道分析器11。 

在根据本发明的放射性物质探测和识别设备中，将碘化钠探测器和塑料闪烁体探测器结合使用，并采样符合器将将塑料闪烁体探测器1作为反符合探测器，从而构成一种反康普顿谱仪。这样，不仅可以发挥两种探测器各自的优点，还可以抑制那些穿透碘化钠探测器2的射线对康普顿坪区计数的贡献，从而提高低能射线的能量分辨率。 

下面参照附图1和2描述根据本发明的放射性物质探测和识别设备的工作过程。 

当利用根据本发明的放射性物质探测和识别设备进行放射性物质的探测和识别时，从碘化钠探测器2逃逸的散射光子，入射到作为反符合探测器的塑料闪烁体探测器1中，塑料闪烁体探测器1所输出的第一脉冲信号经放大器17和第一单道分析器14，形成第一差分脉冲信号并将其送入符合器10的一个输入端，第一差分脉冲信号还输入到数据采集器21以进行单道计数。同时，由碘化钠探测器2输出的小幅度第二脉冲信号，经混频器20后分成两路：一路经放大器18、第二单道分析器15形成第二差分脉冲信号，之后输入到符合器10的另一输入端，此外，第二差分脉冲信号还输入到数据采集器22以进行单道计数；另一路经放大器19放大后，再经延时器16延时预定时间，之后输入到多道分析器11。 

符合器10用于根据从单道分析器14和15分别输出的第一和第二差分脉冲信号的状态控制线性门13打开和关闭。具体而言，当第一和第二差分脉冲信号同时有效(即同时为正或同时为负)时，符合器10无信号输出，即产生无效信号；当第一和第二差分脉冲信号中仅有一个有效时，由符合器10输出有效信号。符合器10输出有效信号时，线性门打开；反之则关闭。线性门13打开时，允许碘化钠探测器2输出的对应γ射线能量的第二脉冲信号，即来自于延时器16的脉冲信号，被多道分析器记录在表示γ射线能量的射线能谱中。线性门13关闭时，不允许碘化钠探测器2输出的对应γ射线能量的第二脉冲信号被多道分析器记录，在此情况下，射线能谱中不包括此时碘化钠探测器2输出的第二脉冲信号。因此，当塑料闪烁体探测器1和碘化钠探测器2都有脉冲信号输出时，单道分析器11将不记录碘化钠探测器2生成的第二脉冲信号，由此将由康普顿散射引起的脉冲信号屏蔽掉，从而实现反符合抑制测量。 

根据本发明的另一方面，还提供一种放射性物质探测与识别方法，包括：由用于探测X射线、γ射线的例如塑料闪烁体探测器1之类的第一射线探测器产生第一脉冲信号；由设置在塑料闪烁体1的探测面3前部的例如碘化钠探测器2之类的第二射线探测器产生第二脉冲信号；使来自 所述第一射线探测器和第二射线探测器的第一脉冲信号和第二脉冲信号输入符合器进行符合；在所述第一脉冲信号和第二脉冲信号都有效时，由多道分析器对所述第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱；以及根据所产生的射线能谱确定发出该射线的放射性物质的类型，并根据所述第一脉冲信号或第二脉冲信号，例如第一脉冲信号和第二名称信号中的至少一个有效时，确定是有射线存在，否则无射线存在。 

尽管对本发明的典型实施例进行了说明，但是显然普通技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以进行改变，其范围在权利要求书以及其等同物中进行了限定。 

Claims (2)

1.一种放射性物质探测与识别设备，包括：

塑料闪烁体探测器，所述塑料闪烁体探测器包括探测面并在射线入射到所述探测面时产生第一脉冲信号；

碘化钠探测器，所述碘化钠探测器产生第二脉冲信号并设置在塑料闪烁体探测器的探测面前部，以使进入碘化钠探测器的射线在穿过碘化钠探测器之后直接进入塑料闪烁体探测器；

识别单元，所述识别单元包括：

符合器，所述符合器接受来自所述塑料闪烁体探测器和碘化钠探测器的第一脉冲信号和第二脉冲信号；

第一单道分析器，来自塑料闪烁体探测器的第一脉冲信号经第一单道分析器处理后分别生成输入到符合器的一个输入端和判断装置的第一差分脉冲信号；

第二单道分析器，来自碘化钠探测器的第二脉冲信号经第二单道分析器处理后分别生成输入到符合器的另一个输入端和判断装置的第二差分脉冲信号；

线性门，线性门接收所述符合器输出的符合信号，当第一和第二差分脉冲信号同时有效时，符合器无信号输出，而当第一和第二差分脉冲信号中仅有一个有效时，符合器输出有效信号，在所述符合器输出有效信号时，线性门打开；以及

多道分析器，所述多道分析器接受来自所述碘化钠探测器的第二脉冲信号，并在所述线性门打开时，对所述第二脉冲进行计数并根据计数的第二脉冲产生射线能谱；以及

判断装置，所述判断装置为编有预定程序的计算机，根据定时读取的第一脉冲信号和第二脉冲信号中的至少一个有效来确定有射线射入所述塑料闪烁体探测器和碘化钠探测器中的至少一个，从而确定有放射性物质存在；同时，根据所获得的射线能谱与预先存储在计算机中的多种放射性元素的标准能谱进行比较，从而确定发出该射线的放射性物质的类型。

2.如权利要求1所述的放射性物质探测与识别设备，其中识别单元进一步包括：延时器，来自所述碘化钠探测器的第二脉冲信号经所述延时器输入到所述多道分析器。

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