CN104199080B - 一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统，包括相连的探测装置和检测电路，该探测装置包括主探测器，还包括一包裹在主探测器外围的反符合探测器，其中，主探测器包括：一箱体；至少一个第一塑料闪烁体；设置在一第一塑料闪烁体与箱体的一内壁之间的第一玻璃光导；连接在一第一玻璃光导与检测电路之间的第一光电倍增管；反符合探测器包括：一中间镂空以容纳主探测器的第二塑料闪烁体；至少一个通过一第二玻璃光导连接至第二塑料闪烁体、并与检测电路相连的第二光电倍增管。本发明通过主探测器、反符合探测器相结合的方式，大大减小了γ射线对β射线测量结果的影响，在保证探测系统测量下限的前提下，使得探测系统具有较好的便携性。

Description

一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统及方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测领域，具体涉及一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统及方法。

背景技术

在反应堆运行、放射性同位素生产和处理、核燃料制备、核燃料后处理以及放射性废物的处理和处置过程中，可能会产生³H、⁴¹Ar、⁸⁵Kr和¹³³Xe等放射性气体。在这些放射性核素中，⁸⁵Kr、¹³³Xe及其同位素等是反应堆运行时产生的最主要的裂变产物，并直接反映了反应堆的运行状况；若一旦回路发生泄漏，这些惰性气体会迅速弥散到空气中进而污染周围环境，是核电站排出流监测的重点。

对于放射性气体的监测，由于⁸⁵Kr、¹³³Xe及其同位素等的核素均为β发射体或主要为β衰变，因此，对这些核素的监测主要是对β射线的监测。但由于进行惰性气体的测量环境一般具有高辐射本底的特点，且惰性气体本身在衰变过程中也会产生γ射线。这就会造成在线测量时惰性气体β活度测量数值不准确。

为了提高惰性气体β测量的准确性，国内外许多核仪器生产商进行了相关产品的研发，其中较为突出的为MGP生产的用于核电厂流出物监测的惰性气体监测仪。其生产的监测仪，通过使用75mm厚的铅屏蔽罩对探测器进行屏蔽的方式来降低环境本底对探测器的影响，以达到降低测量本底影响的效果。

然而，通过使用单一探测器与较厚的铅屏蔽罩提高探测准确性的方式，会使得整个仪器设备非常重，不利于便携性。

发明内容

针对现有探测器设计中的不足，本发明一方面提供一种改进的测量放射性气体放射的β射线的探测系统，以提高β射线测量结果的准确性以及探测系统的便携性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其包括相连的探测装置和检测电路，所述探测装置包括主探测器，其特征在于，所述探测装置还包括一包裹在所述主探测器外围的反符合探测器，其中，

所述主探测器包括：

一箱体；

至少一个第一塑料闪烁体，其接收进入所述箱体的放射性气体产生的β射线和γ射线，并产生第一光信号；

设置在一所述第一塑料闪烁体与所述箱体的一内壁之间的第一玻璃光导；

连接在一所述第一玻璃光导与所述检测电路之间的第一光电倍增管，其接收由所述第一玻璃光导传输的所述第一光信号，并对所述第一光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一主探测器电脉冲信号；

所述反符合探测器包括：

一中间镂空以容纳所述主探测器的第二塑料闪烁体，其接收所述箱体中的所述放射性气体产生的γ射线并产生第二光信号；

至少一个通过一第二玻璃光导连接至所述第二塑料闪烁体、并与所述检测电路相连的第二光电倍增管，其接收由所述第二玻璃光导传输的所述第二光信号，并对所述第二光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号，以使所述检测电路根据所述主探测器电脉冲信号和所述反符合探测器电脉冲信号获得所述放射性气体产生的β射线的计数。

进一步地，所述探测系统还包括一包裹在所述反符合探测器外围的铅屏蔽罩。

优选地，所述第一塑料闪烁体与所述第一玻璃光导之间、所述第一玻璃光导与所述第一光电倍增管之间、所述第二塑料闪烁体与所述第二玻璃光导之间以及所述第二玻璃光导与所述第二光电倍增管之间均通过光耦合剂相互粘接。

优选地，所述光耦合剂为硅油、环氧树脂光学用胶、紫外固化光学用胶或硅凝胶。

前述一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统，所述箱体上设有一进气口和一出气口。

进一步地，所述进气口和所述出气口呈中心对称分布并设置在所述箱体的侧壁上。

进一步地，所述箱体为立方体结构，所述第一塑料闪烁体的数量为两块，它们分别通过一所述第一玻璃光导贴设在所述箱体的两个相对的内壁上；所述第一光电倍增管的数量为两支，它们分别贴设在一所述第一玻璃光导的端面上。

优选地，所述第二塑料闪烁体为立方体结构，并在相对于其中心对称的两个对角处分别具有一长方体缺口，所述第二光电倍增管的数量为两支，分别设置在一所述缺口中、并分别通过一所述第二玻璃光导与所述第二塑料闪烁体相连。

进一步地，所述主探测器和所述反符合探测器的内外表面均包裹有光屏蔽膜。

本发明另一方面提供一种测量放射性气体产生的β射线的方法，包括：

步骤S0，提供根据权利要求1-9中任何一项所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统；

步骤S1，通过所述进气口将采样的放射性气体传输至所述箱体中；

步骤S2，通过所述第一塑料闪烁体接收所述放射性气体产生的β射线和γ射线，并产生第一光信号；

步骤S3，通过所述第一光电倍增管接收由所述第一玻璃光导传输的所述第一光信号，并对所述第一光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一主探测器电脉冲信号；

步骤S4，通过所述第二塑料闪烁体接收所述箱体中的所述放射性气体产生的γ射线并产生第二光信号；以及

步骤S5，通过所述第二光电倍增管接收由所述第二玻璃光传输的所述第二光信号，并对所述第二光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号，以使所述检测电路根据所述主探测器电脉冲信号和所述反符合探测器电脉冲信号获得所述放射性气体产生的β射线的计数结果。

综上所述，本发明通过主探测器、反符合探测器相结合的方式，大大减小了放射性气体所放射的γ射线以及环境中的γ射线对β射线测量结果的影响。因此，与现有技术中仅使用单一探测器的方案相比，本发明只需辅以较薄厚度的铅屏蔽罩，即可最大限度的保证测量结果的准确性及探测系统的便携性。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的探测装置的结构示意图；

图2是图1中的探测装置的正向剖示图；

图3是图1中探测装置的侧向剖视图。

具体实施方式

以下实施例仅作为对本发明实施方式的示例性描述，其具体结构及表现形式会随着选用器件的加工及机械性能等而改变，其并不对本发明的范围有任何限制。

下面结合附图，对本发明的实施例进行说明，并进行详尽描述。

本发明的测量放射性气体放射的β射线的探测系统包括一探测装置以及一连接至该探测装置的检测电路(未示出)。图1给出了探测装置的结构示意图。通过图示可以看出，该探测装置包括一铅屏蔽罩10、一设置在铅屏蔽罩10中的反符合探测器2、以及一设置在反符合探测器2中的主探测器1。其中，铅屏蔽罩10用于减少环境低能γ射线对β射线测量结果的影响，以提高探测系统的探测下限。

图2示出了主探测器1的内部结构，其包括一提供气体腔室的立方体箱体14、两块第一塑料闪烁体11、两块第一玻璃光导12、两支第一光电倍增管13、以及用于供采样的放射性气体进出的一进气口3和一出气口4。其中，进气口3和出气口4优选呈中心对称地布置在箱体14的相对两端并穿过反符合探测器2向外延伸，并且它们优选设置在不同的水平面上，因而可以借助自进气口3的主动进气所产生的冲击惯性在主探测器1的气体腔室内形成气旋或涡流，以促进气体的循环流动，从而避免或减少了气体在某一区域的滞留，进而提高了测量数据的实时准确性。

在图2的实施例中，两块第一玻璃光导12的外侧面分别贴设在箱体14的两个相对的内壁上，它们的内侧面分别贴设有一第一塑料闪烁体11，且两支第一光电倍增管13分别贴设在两块第一玻璃光导12的同一方向的端面(也可以是相对的两个端面)上、并依次穿过箱体14和反符合探测器2向外延伸至与后续的检测电路相连。当放射性气体通过进气口3进入气体腔室后，其放射的β或γ射线将首先进入第一塑料闪烁体11、并与第一塑料闪烁体11相互作用产生第一光信号，产生的第一光信号再经第一玻璃光导12传导至第一光电倍增管13，并在该光电倍增管13中进行光电信号的转换及倍增后，向后续的检测电路输出一主探测器电脉冲信号。

为了保证第一光信号在第一塑料闪烁体11、第一玻璃光导12和第一光电倍增管13之间的传递，在第一塑料闪烁体11与第一玻璃光导12之间以及第一玻璃光导12与第一光电倍增管13之间的连接处均设置光耦合剂(例如硅油、环氧树脂光学用胶、紫外固化光学用胶和硅凝胶等)进行粘合。此外，箱体14可采用焊接或铆装方式进行组装，其上的缝隙可使用粘合剂进行密封，以保证气体腔室的密封性。

图2和图3还示出了反符合探测器2的内部结构，其包括一呈立方体并且中间镂空的第二塑料闪烁体21、两支呈对角设置的第二光电倍增管23、以及两块分别连接在相应的第二光电倍增管23与该第二塑料闪烁体21之间的玻璃光导22。其中，如图所示，第二塑料闪烁体21的两个中心对称的对角处分别设有一呈长方体的缺口，两支光电倍增管23分别设置在这两个缺口中、并且一端通过第二玻璃光导22与第二塑料闪烁体21相连，另一端与后续的检测电路相连。

与主探测器1的结合方式类似，反符合探测器2中的第二塑料闪烁体21与第二玻璃光导22之间以及第二玻璃光导22与第二光电倍增管23之间的连接处均使用光耦合剂粘合。此外，第二塑料闪烁体21的中空尺寸必须保证主探测器1能够整体放入。

优选地，主探测器1和反符合探测器2的内外表面均包裹有光屏蔽膜(即涂有光屏蔽剂的膜状材料，未示出)，以减少自然光对探测器1和2测量结果的影响。

本发明的工作原理如下：由于β射线和γ射线穿透本领的不同，放射性气体衰变产生的β射线在经过主探测器1时被完全吸收，因而不会在反符合探测器2中形成计数，而放射性气体衰变产生的γ射线和部分环境高能γ射线则在两探测器1和2中均可产生计数，即，γ射线可以到达第二塑料闪烁体21。当γ射线进入第二塑料闪烁体21后，与第二塑料闪烁体21相互作用并产生第二光信号，产生的第二光信号再经第二玻璃光导22传导至第二光电倍增管23，并在第二光电倍增管23中进行光电信号的转换及倍增后，向后续的检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号。

后续的检测电路优选包括反符合电路(未示出)和计数电路(未示出)，其中，反符合电路使用反符合探测器信号作为其开关量以控制其工作状态，从而消除γ射线对β射线测量结果的影响。具体来说，若接收到第二光电倍增管23输出的反符合探测器电脉冲信号，则反符合电路将工作在锁定状态，以屏蔽此段时间内由第一光电倍增管13传输至反符合电路的主探测器电脉冲信号；反之，若未接收到第二光电倍增管23输出反符合探测器电脉冲信号，则反符合电路将工作在触发状态，从而允许由第一光电倍增管13传输至反符合电路的主探测器电脉冲信号通过，并传输至计数电路中形成有效计数，作为β射线计数结果。

可见，本发明通过主探测器、反符合探测器相结合的方式，大大减小了放射性气体所放射的γ射线以及环境中的γ射线对放射性气所放射的β射线测量结果的影响，因此，与现有技术中仅使用单一探测器的方案相比，本发明只需辅以较薄厚度的铅屏蔽罩10，即可最大限度的保证测量结果的准确性及探测器的便携性。

本发明另一方面提供一种采用上述探测系统实现β射线测量的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，通过进气口3将采样的放射性气体传输至箱体14中；

步骤S2，通过第一塑料闪烁体11接收箱体14中的放射性气体放射的β和γ射线并产生第一光信号；

步骤S3，通过第一光电倍增管13接收由第一玻璃光导12传输的第一光信号，并对该第一光信号进行光电信号的转换及倍增，然后向后续的检测电路输出一主探测器电脉冲信号；

步骤S4，通过第二塑料闪烁体21接收箱体14中的放射性气体放射的γ射线并产生第二光信号；以及

步骤S5，通过第二光电倍增管23接收由第二玻璃光导22传输的第二光信号，并对第二光信号进行光电信号的转换及倍增，然后向后续的检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号，以使该检测电路根据上述主探测器电脉冲信号和反符合探测器电脉冲信号获得放射性气体放射的β射线的计数结果。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化，例如第二塑料闪烁体可以由两块单独的闪烁体材料合并而成。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其包括相连的探测装置和检测电路，所述探测装置包括主探测器，其特征在于，所述探测装置还包括一包裹在所述主探测器外围的反符合探测器，其中，

所述主探测器包括：

一箱体，所述箱体上设有一进气口和一出气口，所述进气口和所述出气口呈中心对称分布并设置在所述箱体的侧壁上，所述箱体为立方体结构；

至少一个第一塑料闪烁体，其接收进入所述箱体的放射性气体产生的β射线和γ射线，并产生第一光信号；

设置在一所述第一塑料闪烁体与所述箱体的一内壁之间的第一玻璃光导，所述第一塑料闪烁体的数量为两块，它们分别通过一所述第一玻璃光导贴设在所述箱体的两个相对的内壁上；

连接在一所述第一玻璃光导与所述检测电路之间的第一光电倍增管，其接收由所述第一玻璃光导传输的所述第一光信号，并对所述第一光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一主探测器电脉冲信号,所述第一光电倍增管的数量为两支，它们分别贴设在一所述第一玻璃光导的端面上；

所述反符合探测器包括：

一中间镂空以容纳所述主探测器的第二塑料闪烁体，其接收所述箱体中的所述放射性气体产生的γ射线并产生第二光信号，所述第二塑料闪烁体为立方体结构，并在其中心对称的两个对角处分别具有一长方体缺口；

至少一个通过一第二玻璃光导连接至所述第二塑料闪烁体、并与所述检测电路相连的第二光电倍增管，其接收由所述第二玻璃光导传输的所述第二光信号，并对所述第二光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号，以使所述检测电路根据所述主探测器电脉冲信号和所述反符合探测器电脉冲信号获得所述放射性气体产生的β射线的计数，所述第二光电倍增管的数量为两支，分别设置在一所述缺口中、并分别通过一所述第二玻璃光导与所述第二塑料闪烁体相连。

2.根据权利要求1所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括一包裹在所述反符合探测器外围的铅屏蔽罩。

3.根据权利要求1所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其特征在于，所述第一塑料闪烁体与所述第一玻璃光导之间、所述第一玻璃光导与所述第一光电倍增管之间、所述第二塑料闪烁体与所述第二玻璃光导之间以及所述第二玻璃光导与所述第二光电倍增管之间均通过光耦合剂相互粘接。

4.根据权利要求3所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其特征在于，所述光耦合剂为硅油、环氧树脂光学用胶、紫外固化光学用胶或硅凝胶。

5.根据权利要求1所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统，其特征在于，所述主探测器和所述反符合探测器的内外表面均包裹有光屏蔽膜。

6.一种测量放射性气体产生的β射线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S0，提供根据权利要求1-5中任何一项所述的测量放射性气体产生的β射线的探测系统；

步骤S1，通过所述进气口将采样的放射性气体传输至所述箱体中；

步骤S2，通过所述第一塑料闪烁体接收所述放射性气体产生的β射线和γ射线，并产生第一光信号；

步骤S3，通过所述第一光电倍增管接收由所述第一玻璃光导传输的所述第一光信号，并对所述第一光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一主探测器电脉冲信号；

步骤S4，通过所述第二塑料闪烁体接收所述箱体中的所述放射性气体产生的γ射线并产生第二光信号；以及

步骤S5，通过所述第二光电倍增管接收由所述第二玻璃光传输的所述第二光信号，并对所述第二光信号进行光电转换及倍增后，向所述检测电路输出一反符合探测器电脉冲信号，以使所述检测电路根据所述主探测器电脉冲信号和所述反符合探测器电脉冲信号获得所述放射性气体产生的β射线的计数结果。