CN102455431A - 一种低探测下限通道式放射性探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于通道式放射性监测系统的低探测下限通道式放射性探测器，包括外壳，设置在外壳中的屏蔽体、塑料闪烁体、第一光电倍增管、第一前置放大器、第二光电倍增管、第二前置放大器和信号处理与控制单元。塑料闪烁体的两端通过光导与两个光电倍增管耦合，输出两路脉冲信号。信号与控制单元内设有相加电路和符合电路，两路脉冲信号进行相加和检测是否符合。本发明通过信号相加和符合的方法以及铅屏蔽体屏蔽，可以有效降低成本，减少噪声，提高了信噪比，提高了探测效率和灵敏度，降低了能量探测下限，从而更有效探测低能核素，很好满足测量要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种辐射测量装置，特别涉及一种低探测下限通道式放射性探测器。
背景技术
由于放射性物质的特殊安全要求，对于车辆、行人、行李中可能存在的放射性物质必须检测。通道式放射性监测系统用于对车辆、行人、行李等进行放射性物质的检测，目前得到了越来越广泛的应用。现有的通道式放射性监测系统由至少两个对立放置的探测器、电子学系统、各种传感器及附属装置组成。当放射性物质通过时，发出的射线引起系统计数率的异常变化，从而判断被检物是否含有放射性物质。
放射性检测常用两种闪烁体探测器，一种是塑料闪烁体探测器，一种是NaI(Tl)闪烁晶体探测器。NaI(Tl)闪烁晶体分辩率好，但其体积较小，检测的灵敏度相对较低。通常情况下，为了达到较高的灵敏度，通道式放射性监测系统大多会采用大尺寸塑料闪烁体探测器。
塑料闪烁体具有性能稳定，机械强度高，耐潮湿，制作简便，易于加工，耐辐照性能好等优点，探测效率虽不如NaI(Tl)闪烁体的高，但其体积可做得较大，且透明度高，光传输性能好，闪烁衰减时间短，可以达到较高的灵敏度。由于通道式放射性监测系统所用的塑料闪烁体较长，且采用单路信号采集(一块塑料闪烁体与一个光电倍增管耦合，信号单路输出)，在离信号收集点较远的γ射线所产生的光子到达光电倍增管的光程较长，光信号的衰减严重，引起光收集效率降低，从而导致探测效率降低。并且由于塑料闪烁体对低能射线(≤120KeV)的能量响应较差，塑料闪烁体探测器探测能量下限高，无法有效检测低能核素，采用单路信号采集的大面积通道式放射性探测器不能很好满足测量要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于通道式放射性监测系统的低探测下限的通道式放射性探测器，用于解决现有的通道式放射性监测系统塑料闪烁体探测器所存在的光收集不均，探测效率降低，对低能射线的能量响应较差，无法有效检测低能核素，不能很好满足测量要求的问题。
为了能够达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种低探测下限通道式放射性探测器，用于通道式放射性监测系统，所述探测器包括外壳，设置在外壳中的屏蔽体、塑料闪烁体、第一光电倍增管、第一前置放大器和信号处理与控制单元，其特征在于，还包括第二光电倍增管、第二前置放大器；所述第一光电倍增管和第二光电倍增管分别设置在所述塑料闪烁体的两端，并通过光导与塑料闪烁体耦合；第一光电倍增管通过第一前置放大器输出第一脉冲信号至信号处理与控制单元，第二光电倍增管通过第二前置放大器输出第二脉冲信号至信号处理与控制单元；第一脉冲信号和第二脉冲信号由信号处理与控制单元进行相加和检测是否符合。
所述信号处理与控制单元包括相加电路、符合电路、线性门、放大器、甄别器、控制器、第一高压电源和第二高压电源；所述相加电路的输入端与第一前置放大器和第二前置放大器的输出端连接，接受第一前置放大器和第二前置放大器前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，将两脉冲信号算术相加形成相加的脉冲信号；所述符合电路的输入端与第一前置放大器和第二前置放大器的输出端连接，接受来自第一前置放大器和第二前置放大器前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，进行符合并形成符合脉冲输出，随机的噪声脉冲不相符，符合电路不输出符合脉冲；所述线性门一个输入端与所述相加电路的输出端连接，另一个输入端与所述符合电路的输出端连接，当线性门被符合电路输出的符合脉冲触发时，线性门打开，允许相加的脉冲信号通过线性门进入放大器进行放大，随机的噪声脉冲不能触发符合电路输出符合脉冲，所以不能通过线性门；所述甄别器的输入端与线性门输出端连接，经过放大的信号进入甄别器进行甄别，经过甄别的信号进入与所述甄别器的输出端连接的控制器进行计数；所述第一高压电源给第一光电倍增管提供高压，第二高压电源给第二光电倍增管提供高压。
在上述技术方案的基础上，本发明对技术方案的进一步优化如下：
所述塑料闪烁体为长方形，长度为500-2000mm，宽度为200-1000mm，厚度为40-100mm。
所述第一光电倍增管和第二光电倍增管为一对光阴极量子效率匹配的光电倍增管，使相加特性保持线性。
所述外壳为6面，长方体形状，由铝制成，厚度1-5mm。
所述屏蔽体由铅制成，覆盖在塑料闪烁体除探测面外的其余5面的表面，所述屏蔽体的厚度为3-20mm。
根据上述技术方案得到的本发明具有如下特点：
(1)一块塑料闪烁体两端设有两个光电倍增管，每个光电倍增管设有相应的前置放大器，产生两路脉冲信号；两路脉冲信号进行相加和检测是否符合。
(2)采用脉冲幅度相加电路，将两只光电倍增管的输出脉冲信号进行算术相加，不会引起本底计数的增加，提高了信噪比，提高了探测效率和灵敏度，降低了能量探测下限；
(3)采用符合电路，抑制噪声，降低本底；
(4)采用5面铅屏蔽和铝制外壳，降低本底。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的信号处理与控制单元的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明提供的低探测下限通道式放射性探测器包括外壳1，外壳1为长方体形状，6面，由铝制成，每面厚度1-5mm，在外壳1中设置屏蔽体2、塑料闪烁体3、第一光电倍增管4、第一前置放大器5、第二光电倍增管6、第二前置放大器7、信号处理与控制单元8。
屏蔽体2由铅制成，覆盖在塑料闪烁体3除探测面外的其余5面，厚度为3-20mm，这样可以有效降低本底。塑料闪烁体3为长方形，长度为500-2000mm，宽度为200-1000mm，厚度为40-100mm。
第一光电倍增管4和第二光电倍增管6为一对光阴极量子效率匹配的光电倍增管，使相加特性保持线性。
第一光电倍增管4和第二光电倍增管6分别设置在塑料闪烁体3的两端，分别通过光导与塑料闪烁体3耦合。第一光电倍增管4后设有第一前置放大器5，第二光电倍增管6后设有第二前置放大器7，第一光电倍增管4通过第一前置放大器5输出第一脉冲信号，第二光电倍增管6通过第二前置放大器7输出第二脉冲信号。第一前置放大器5和第二前置放大器7的信号输出端分别与信号处理与控制单元8的信号输入端相连，第一脉冲信号和第二脉冲信号由信号处理与控制单元8进行处理，进行相加和检测是否符合。
如图2所示，信号处理与控制单元8包括相加电路81、符合电路82、线性门83、放大器84、甄别器85、控制器86、第一高压电源87和第二高压电源88。
相加电路81的输入端与第一前置放大器5和第二前置放大器7的输出端连接，接受第一前置放大器5和第二前置放大器7前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，将两脉冲信号算术相加形成相加的脉冲信号。
符合电路82的输入端与第一前置放大器5和第二前置放大器7的输出端连接，接受第一前置放大器5和第二前置放大器7前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，进行符合并形成符合脉冲输出，由于随机的噪声脉冲不相符，符合电路不输出符合脉冲。
线性门83一个输入端与相加电路81的输出端连接，另一个输入端与符合电路82的输出端连接，当线性门83被符合电路82输出的符合脉冲触发时，线性门83打开，允许相加的脉冲信号通过线性门83进入放大器84进行放大，随机的噪声脉冲不能触发符合电路82输出符合脉冲，所以不能通过线性门84。
甄别器85的输入端与线性门83输出端连接，经过放大的信号进入甄别器85进行甄别，经过甄别的信号进入与甄别器85的输出端连接的控制器86进行计数；第一高压电源87给第一光电倍增管4提供高压，第二高压电源88给第二光电倍增管6提供高压。
经上述方案，能够得到由外壳1、屏蔽体2、塑料闪烁体3、第一光电倍增管4、第一前置放大器5、第二光电倍增管6、第二前置放大器7和信号处理与控制单元8组成的用于通道式放射性监测系统的探测器，一块塑料闪烁体3的两端通过光导与两个光电倍增管4、6耦合，输出两路脉冲信号。信号与控制单元8内设有相加电路81和符合电路82，两路脉冲信号进行相加和检测是否符合。通过信号相加和符合的方法以及铅屏蔽体屏蔽，可以有效降低本底，提高了信噪比，提高了探测效率和灵敏度，降低了能量探测下限，从而更有效探测低能核素，很好满足测量要求。
基于上述技术方案，本发明的具体实施如下：
实施例1
在本实施例中，外壳1采用3mm的铝制成，屏蔽体2采用10mm的铅制成，塑料闪烁体3为EJ200塑料闪烁体，尺寸为1000mm×500mm×50mm，塑料闪烁体3的两端分别通过光导与第一光电倍增管4和第二光电倍增管6耦合。第一光电倍增管4和第二光电倍增管6均为北京滨松CR135光电倍增管，两倍增管的光阴极量子效率匹配，增益基本相同。
按照上述设计方案形成相应的低探测下限通道式放射性探测器，通过相应的实验测量，在137Cs源下，灵敏度比单路信号采集时提高60％，可探测高于本底3nSv/h的辐射，能量范围为25keV-3MeV。探测器灵敏度高，能量探测下限低，可有效探测低能核素。
实施例2
该实施例中，外壳1采用2mm的铝制成，屏蔽体2采用20mm的铅制成，塑料闪烁体3为BC408塑料闪烁体，尺寸为1200mm×600mm×50mm，塑料闪烁体3的两端分别通过光导与第一光电倍增管4和第二光电倍增管6耦合。第一光电倍增管4和第二光电倍增管6均为PHOTONIS XP5500光电倍增管，两倍增管的光阴极量子效率匹配，增益基本相同。
按照上述设计方案形成相应的低探测下限通道式放射性探测器，通过相应的实验测量，在137Cs源下，灵敏度比单路信号采集时提高70％，可探测高于本底2nSv/h的辐射，能量范围为20keV-3MeV。探测器灵敏度高，能量探测下限低，可有效探测低能核素。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述探测器用于通道式放射性监测系统，包括外壳，设置在外壳中的屏蔽体、塑料闪烁体、第一光电倍增管、第一前置放大器和信号处理与控制单元，其特征在于，还包括第二光电倍增管、第二前置放大器；所述第一光电倍增管和第二光电倍增管分别设置在所述塑料闪烁体的两端，并通过光导与塑料闪烁体耦合；第一光电倍增管通过第一前置放大器输出第一脉冲信号至信号处理与控制单元，第二光电倍增管通过第二前置放大器输出第二脉冲信号至信号处理与控制单元；第一脉冲信号和第二脉冲信号由信号处理与控制单元进行相加和检测是否符合。
2.根据权利要求1所述的一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述信号处理与控制单元包括相加电路、符合电路、线性门、放大器、甄别器、控制器、第一高压电源和第二高压电源；所述相加电路的输入端与第一前置放大器和第二前置放大器的输出端连接，接受第一前置放大器和第二前置放大器前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，将两脉冲信号算术相加形成相加的脉冲信号；所述符合电路的输入端与第一前置放大器和第二前置放大器的输出端连接，接受来自第一前置放大器和第二前置放大器前置放大的第一脉冲信号和第二脉冲信号，进行符合并形成符合脉冲输出，随机的噪声脉冲不相符，符合电路不输出符合脉冲；所述线性门一个输入端与所述相加电路的输出端连接，另一个输入端与所述符合电路的输出端连接，当线性门被符合电路输出的符合脉冲触发时，线性门打开，允许相加的脉冲信号通过线性门进入放大器进行放大，随机的噪声脉冲不能触发符合电路输出符合脉冲，所以不能通过线性门；所述甄别器的输入端与线性门输出端连接，经过放大的信号进入甄别器进行甄别，经过甄别的信号进入与所述甄别器的输出端连接的控制器进行计数；所述第一高压电源给第一光电倍增管提供高压，第二高压电源给第二光电倍增管提供高压。
3.根据权利要求1所述的一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述塑料闪烁体为长方形，长度为500-2000mm，宽度为200-1000mm，厚度为40-100mm。
4.根据权利要求1所述的一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管为一对光阴极量子效率匹配的光电倍增管。
5.根据权利要求1所述的一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述外壳为6面，长方体形状，由铝制成，厚度1-5mm。
6.根据权利要求1所述的一种低探测下限通道式放射性探测器，其特征在于，所述屏蔽体由铅制成，覆盖在塑料闪烁体表面，除探测面外，共5面，厚度为3-20mm。
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