CN101718875A

CN101718875A - γ射线成像装置

Info

Publication number: CN101718875A
Application number: CN200910250633A
Authority: CN
Inventors: 肖雪夫; 韩永超; 肖文慧; 刘瑞瑞; 袁观俊; 陈凌; 马吉增
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-06-02

Abstract

本发明属于γ射线辐射测量领域，具体涉及一种γ射线成像装置。它包括γ相机和数据采集处理系统，其中，γ相机包括针孔准直器、闪烁晶体、位置灵敏光电倍增管、电阻网格，由电阻网格输出的电信号输入到位于γ相机外部的数据采集处理系统。根据本发明的技术方案制作出的γ射线成像装置能够对大面积的核设施退役现场进行实时测量，得到“热点”的区域分布图，包括核素定位、核素识别以及核素剂量。

Description

γ射线成像装置

技术领域

本发明属于γ射线辐射测量领域，具体涉及一种γ射线成像装置。

背景技术

大量核设施或其部分建筑、设备在运行服役时期是具有强放射活性的。如反应堆主回路系统、乏燃料储存池、后处理工艺管线、手套箱热室等核设施、设备或个别组件，在运行服务时期会受到放射性活化作用或表面沾污，而具有极强的放射活性。致使核设施退役现场辐射场较强，人员难以靠近，给源项调查现场定量测量和污染“热点”定位测量工作造成极大困难。为了确定退役核设施的放射性状态，包括确定重要放射源位置，核素种类、污染对象和污染范围，并估算放射性盘存量，为制定和实施退役方案以及估算退役经费提供依据，为污染物件的去污提供指导。研制某些装置代替工作人员进入强辐射场进行现场测量，对于保证核设施退役中放射性源项调查以及污染“热点”调查工作的顺利开展，减少工作人员所受剂量，保护工作人员的健康和安全，具有重大意义。

作为用于强辐射场的核设施放射性污染核素测量的成像装置，一般有下列基本要求：体积重量不宜太大，要适合机器人等工具进行载带，以便对操作人员无法进入的场所进行遥控监测；对装置本身可能受到的表面污染要易于清除；数据易于保存读取，除提供放射性核素及“热点”的分布信息，还需要二次开发应用提供原始数据；实时提供“热点”分布信息。

现有技术中，已有的γ射线成像装置有两类，一类是通过扫描的方式，获取感兴趣区逐点数据，列表存储，再通过特定数据处理算法，可以获取等值图像。以颜色代表数据值所示物理量的分布状况，可以清晰的获取“热点”信息。另一类是用微通道板增强影像，通过纤维光锥将微通道板输出影像与小尺寸CCD耦合，可以实现图像读出。第一类成像装置局限在小的扫描范围内，对于较大空间的“热点”分布区域图采集困难，第二类成像装置一般要依赖于高性能元器件(微通道板、纤维光锥、半导体CCD等)，才能实现，造价昂贵。另外，上述成像装置的准直器以及闪烁晶体的具体尺寸尚未公开。

发明内容

(一)发明目的：

本发明提供的γ射线成像装置能够对大面积的核设施退役现场进行测量，并给出“热点”区域分布图，该装置不依赖于高性能元器件。

(二)技术方案：

一种γ射线成像装置，它包括γ相机和数据采集处理系统，其中，γ相机包括针孔准直器、闪烁晶体、位置灵敏光电倍增管、电阻网格，整个γ相机由三段螺纹连接的圆柱体构成，第一段圆柱体位于γ相机前端，由针孔准直器与γ相机的外壳通过螺钉连接；第二段圆柱体位于γ相机中间部位，依次安装了闪烁晶体、位置灵敏光电倍增管和电阻网格；第三段圆柱体位于γ相机末端，作为γ相机后盖，并引出电阻网格的输出信号；由电阻网格输出的电信号输入到位于γ相机外部的数据采集处理系统，所述的闪烁晶体是像素化闪烁晶体，由闪烁晶体阵列组成，单个闪烁晶体呈长方体形，它的端面呈正方形，边长L是2mm～3mm，单个闪烁晶体的厚度S是6mm～16mm，所述的闪烁晶体是CsI(Na)或NaI(Tl)或CsI(Tl)；所述的针孔准直器的锥张角α是15°～50°，针孔直径d是2mm～5mm，针孔孔道深度h是4mm～8mm，所述针孔准直器的孔道中心与闪烁晶体之间的距离是70mm～100mm。

(三)技术效果：

根据本发明的技术方案制作出的γ射线成像装置能够对大面积的核设施退役现场进行实时测量，得到“热点”的区域分布图，包括核素定位、核素识别以及核素剂量。分辨率达到4m处测量¹³⁷Cs源，距离中心偏差不超过5cm。本发明提供的γ射线成像装置结构简单，不依赖于高性能元器件。利用像素化闪烁晶体组成晶体阵列，来提高荧光重心位置与入射点之间的线性对应。该装置还能应用于核设施放射性核素泄漏点的定位、遗失散落放射源的寻找、核电的换料大修、乏燃料储存池监测、后处理的就地测量以及核燃料循环中其它许多场所的放射性沾污监测等。

附图说明

图1γ射线成像装置示意图：

1准直器，2闪烁晶体，3位置灵敏光电倍增管，4电阻网格。

图2针孔准直器示意图：

α锥张角，d针孔直径，h针孔孔道深度，z屏蔽材料厚度。

图3单个闪烁晶体示意图：

S厚度，L边长。

图4光电倍增管多阳极丝简化电路

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

实施例1

如图1所示，本发明所提供的γ射线成像装置，包括γ相机和数据采集处理系统，其中，γ相机包括针孔准直器1、闪烁晶体2、位置灵敏光电倍增管3、电阻网格4，整个γ相机由三段螺纹连接的圆柱体构成，第一段圆柱体位于γ相机前端，由针孔准直器1与γ相机的外壳通过螺钉连接，以便于测量不同的放射源时更换不同的针孔准直器1；第二段圆柱体位于γ相机中间部位，依次安装了闪烁晶体2、位置灵敏光电倍增管3和电阻网格4；第三段圆柱体位于γ相机末端，作为γ相机后盖，并引出电阻网格的输出信号；由位置灵敏光电倍增管输出的16X+16Y，共32路电信号通过图4中的光电倍增管多阳极丝简化电路，即电阻网格，简化为四路信号，分别是X_A、X_B、Y_A、Y_B，再利用重心法计算公式获取重心，即光子作用位置。X＝(X_A-X_B)/(X_A+X_B)，Y＝(Y_A-Y_B)/(Y_A+Y_B)，位置信息由(X，Y)表示。也可以对四路求和获取光子能量信息，以便于分辨核素。E＝X_A+X_B+Y_A+Y_B。由电阻网格输出的电信号输入到位于γ相机外部的数据采集处理系统，通过软件实现人机对话。可以达到图像重建的目的。

所述的闪烁晶体是像素化闪烁晶体，由闪烁晶体阵列组成，如图3所示，单个闪烁晶体呈长方体形，它的端面呈正方形。

当闪烁晶体采用的是CsI(Na)时，针孔准直器尺寸是α＝25°，h＝6mm，d＝3mm，z＝8cm，针孔准直器材料是钨镍合金，闪烁晶体尺寸是L＝2.5mm，S＝8mm。针孔准直器的孔道中心与闪烁晶体之间的距离是90mm。

当闪烁晶体采用的是CsI(Tl)时，针孔准直器尺寸是α＝50°，h＝8mm，d＝5mm，z＝8cm，针孔准直器材料是钨镍合金，闪烁晶体尺寸是L＝3mm，S＝16mm。针孔准直器的孔道中心与闪烁晶体之间的距离是100mm。

当闪烁晶体采用的是NaI(Tl)时，针孔准直器尺寸是α＝15°，h＝4mm，d＝2mm，z＝8cm，针孔准直器材料是钨镍合金，闪烁晶体尺寸是L＝2mm，S＝6mm。针孔准直器的孔道中心与闪烁晶体之间的距离是70mm。

本发明提供的γ射线成像装置工作原理是，由源项发射出的γ射线发出的γ光子经过针孔准直器准直后投射到闪烁晶体上并发射出荧光，该荧光经过位置灵敏光电倍增管放大后输出的电信号，经过电阻网格简化电路后，再经过数据采集系统采集并还原图像。对核设施相对高能的γ射线，如¹³⁷Cs、⁶⁰Co放射性核素的γ射线进行热点定位测量。利用光学相机获取核设施现场物理图像，并将本发明提供的γ相机所获取的辐射图像叠加同一区域的物理图像上，提供直观的放射源分布区域及“热点”信息。直观给出放射性核素污染区域的分布、核设施放射性核素泄露点的定位、遗失散落放射源寻找等功能。

Claims

1.一种γ射线成像装置，它包括γ相机和数据采集处理系统，其中，γ相机包括针孔准直器、闪烁晶体、位置灵敏光电倍增管、电阻网格，整个γ相机由三段螺纹连接的圆柱体构成，第一段圆柱体位于γ相机前端，由针孔准直器与γ相机的外壳通过螺钉连接；第二段圆柱体位于γ相机中间部位，依次安装了闪烁晶体、位置灵敏光电倍增管和电阻网格；第三段圆柱体位于γ相机末端，作为γ相机后盖，并引出电阻网格的输出信号；由电阻网格输出的电信号输入到位于γ相机外部的数据采集处理系统，其特征在于，所述的闪烁晶体是像素化闪烁晶体，由闪烁晶体阵列组成，单个闪烁晶体呈长方体形，它的端面呈正方形，边长L是2mm～3mm，单个闪烁晶体的厚度S是6mm～16mm；所述的针孔准直器的锥张角α是15°～50°，针孔直径d是2mm～5mm，针孔孔道深度h是4mm～8mm，所述针孔准直器的孔道中心与闪烁晶体之间的距离是70mm～100mm。

2.根据权利要求1所述的γ射线成像装置，其特征在于，所述的闪烁晶体是CsI(Na)或NaI(Tl)或CsI(Tl)。

3.根据权利要求1所述的γ射线成像装置，其特征在于，所述的闪烁晶体的单个闪烁晶体的厚度S与边长L的比是3∶1～4∶1。