CN103852778A - 利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航天员个人剂量测量的方法，具体涉及一种利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法。该方法首先通过信号放大电路对CZT探头探测的入射粒子信号进行放大，放大后的信号送入甄别电路整形，并输出数字脉冲，然后由计数电路或单片机进行计数处理和剂量计算，其中，所述的甄别电路由多路通道组成。一般来说，γ信号幅度较低，将其限制在低通道，高通道专用于测量质子。依据历史测量数据，确定低通道质子数据与较高通道质子数据的关系，进而将低道γ与质子数据分离计算以求得质子和γ剂量。本发明能够更加准确地测量航天员的个人剂量。
Description
技术领域
本发明涉及航天员个人剂量测量的方法，具体涉及一种利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法。
背景技术
为了实时测量记录载人飞船在飞行期间的航天员个人剂量，并记录不同轨道不同时间对应不同质子能量区段的剂量贡献以及舱内γ剂量贡献，研制了应用CZT（即CdZnTe）材料探测器及少道分析方法区分质子能量区间和γ辐射，进而实时计算航天员所受质子剂量和γ剂量的航天员个人剂量仪。该类型剂量仪在神舟7号、神舟8号和神舟9号飞船飞行期间均参加了试验应用，并成功地记录了飞船舱内航天员所受辐射剂量数据。
神舟1号~神舟6号剂量仪所用的探测器为G-M计数管，所记录数据是一个总累积剂量值，不能反映不同轨道不同时间点的质子剂量水平，也不能够区分质子和γ射线剂量。对于准确评判航天员飞行期间由射线引起的生理健康影响会有明显不足。的为了弥补这种不足，需要研制一种新的方法和技术的航天员个人剂量仪。在此背景下，研发了利用CZT探头测量γ与质子射线且能以5个区段划分估算质子剂量同时将舱内γ射线剂量区分计算的航天员个人剂量仪。而γ与质子的辐射权重因子不同，对人造成危害的机理也不尽相同，对其进行区分测量是必要的。
发明内容
本发明在现有CZT探头航天员个人剂量仪的基础上，提出了一种利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，从而更加准确地测量航天员的个人剂量。
本发明的技术方案如下：一种利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，该方法首先通过信号放大电路对CZT探头探测的入射粒子信号进行放大，放大后的信号送入甄别电路整形，并输出数字脉冲，然后由计数电路或单片机进行计数处理和剂量计算，其中，所述的甄别电路由多路通道组成。一般来说，γ信号幅度较低，将其限制在低通道，高通道专用于测量质子，依据历史测量数据，确定低通道质子数据与较高通道质子数据的关系，进而将低道γ与质子数据分离计算以求得质子和γ剂量。
进一步，如上所述的利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，其中，所述的信号放大电路由电荷灵敏前置放大器和主放大器组成，电荷灵敏前置放大器采用集成运算放大器作为放大元件，使输出的脉冲幅度与入射粒子产生的电荷数成正比。
进一步，如上所述的利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，其中，所述的甄别电路的多路通道由集成比较芯片构成，各路通道的阈值可通过实验进行合理设置，使得γ信号均被限制在低通道。低通道需要的道数可通过总道数及对历史测量数据的分析进行设置。
本发明的有益效果如下：本发明利用CZT探头进行空间粒子剂量的测量，在直线质子加速器上进行的质子响应试验基础上，结合以往航天辐射测量设备测得的数据，对沉积能量区段进行了合理设计，将γ射线限制在低通道，其他通道专用于测量质子。依据历史测量数据，确定低通道质子数据与较高通道质子数据的关系，进而将低道γ与质子数据分离计算以求得质子和γ剂量，从而实现了同时给出质子剂量与γ剂量。本发明能够更加准确地测量航天员个人剂量，在此方法基础上研制的航天员个人剂量仪体积小、重量轻，适合在航天飞船环境下使用。
附图说明
图1为本发明信号放大电路的电路结构示意图；
图2为本发明甄别电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施过程对本发明进行详细的描述。
本发明使用CZT(即CdZnTe)化合物半导体探测器，该探测器体积为3mm×7mm×3mm或5mm×5mm×5mm，该探测器信号幅度随入射粒子的能量变化而变化，亦即有良好的能量幅度响应特性。
由于同种探测器也存在一致性差异问题，为此，应用前应该对探测器进行一致性筛选。所选一组探测器计数差异在±10%以内。
剂量仪包括CZT探头、信号放大电路、甄别电路，以及由单片机及其外围器件组成的功能控制与计数处理电路。
本发明利用一个CZT探头进行空间粒子探测，通过信号放大电路对CZT探头探测的入射粒子信号进行放大，放大后的信号送入甄别电路整形，并输出数字脉冲，然后由计数电路或单片机进行计数处理和剂量计算，其中，所述的甄别电路由多路通道组成，对各通道的阈值进行合理设置，使所有γ信号均落在低通道的范围内，高通道仅测量质子，依据历史测量数据，确定低通道质子数据与较高通道质子数据的关系，进而将低道γ与质子数据分离计算以求得质子和γ剂量。
信号放大电路的结构如图1所示，由电荷灵敏前置放大器和主放大器组成。电荷灵敏放大器可使输出的脉冲幅度与入射粒子产生的电荷数成正比，并消除电压波动的影响。为使电荷灵敏放大器具有较小的体积，采用集成运算放大器作为放大元件。主放大级进一步放大信号，使信号脉冲达到合适的幅度范围，以便甄别计数。
甄别电路用来隔阻噪声，允许大于一定幅度的测量信号通过并整形，输出数字脉冲，便于后续计数电路或者单片机计数处理。结构如图2所示（该图以5路甄别电路为例。根据实际情况及需要测量的精度，可适当设置需要的路数），由集成比较芯片构成，以区分不同能量质子的脉冲响应信号。
功能控制与计数处理电路通过软件设计，实现定时计数、剂量计算、数据存储、LCD显示、数据传输、复位校验等功能。
采用5mm×5mm×5mm的探测器及甄别电路为5路通道时，各通道的质子能带的典型的一例设置如下：
| 通道号 | 单位能带剂量(μGy/MeV) | 通道质子能带（MeV） |
| 1 | 15.2 | 9～13，69～120 |
| 2 | 41.5 | 13～15，57～69 |
| 3 | 88.6 | 15～19，44～57 |
| 4 | 96.5 | 19～25，35～44 |
| 5 | 67.2 | 25～35 |
对于第一通道，此质子能带的设置，使得所有的γ信号也均落在此通道的范围内且该通道接收的质子信号最少。第二到第五通道仅测量质子。依据历史测量数据以及第二到第五通道质子数据的分析，可推算出第一通道中的质子计数，利用该通道总计数减去质子计数即获得γ计数，据此可将γ与质子信号进行区分。与各能带对应的实际阈值应通过地面实验给出。
本发明利用体积小、重量轻的探测设备，通过分别测量γ和质子等措施，与神州1~6号飞船上使用的同类目的的测量仪相比，更加准确地测量了航天员个人剂量。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，该方法首先通过信号放大电路对CZT探头探测的入射粒子信号进行放大，放大后的信号送入甄别电路整形，并输出数字脉冲，然后由计数电路或单片机进行计数处理和剂量计算，其特征在于：所述的甄别电路由多路通道组成，对各通道的阈值进行合理设置，使所有γ信号均落在低通道的范围内，高通道仅测量质子，依据历史测量数据，确定低通道质子数据与较高通道质子数据的关系，进而将低道γ与质子数据分离计算以求得质子和γ剂量。
2.如权利要求1所述的利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，其特征在于：所述的信号放大电路由电荷灵敏前置放大器和主放大器组成，电荷灵敏前置放大器采用集成运算放大器作为放大元件，使输出的脉冲幅度与入射粒子产生的电荷数成正比。
3.如权利要求1或2所述的利用一个CZT探头区分航天员受到的γ与质子剂量的方法，其特征在于：所述的甄别电路的多路通道由集成比较芯片构成，各路通道的阈值通过实验进行合理设置，使得γ信号均被限制在低通道；低通道需要的道数通过总道数及对历史测量数据的分析进行设置。
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