CN104483697B - 一种低本底αβ测量仪及αβ放射性测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低本底αβ测量仪，包括双闪烁探测器、电源，还包括时间甄别电路，所述时间甄别电路包括过零甄别电路和噪声甄别电路；所述双闪烁探测器通过放大电路连接所述时间甄别电路；所述时间甄别电路连接时间幅度变换电路，所述时间幅度变换电路通过A/D变换电路连接单片机；所述电源包括低压电源和高压电源。本发明还提供一种αβ放射性测量方法，在双闪烁探测器的后续电路设置时间甄别电路，获得α和β时间谱。本发明成本低、使用方便、稳定可靠。

Description

一种低本底αβ测量仪及αβ放射性测量方法

技术领域

本发明属于放射性测量领域，特别是涉及到一种低本底αβ测量仪及相应的αβ放射性测量方法。

背景技术

一般情况下水中αβ放射性都非常低，特别是江、河水或自然水源。但一旦水源被污染，特别是核电站事故，如日本福岛核电事故，对周围水源造成了严重污染，这种污染对人体健康将会造成很大危害,因此对水源中放射性的测量是有很大的意义。对Y放射性的测量较为容易，因为其在水中的射程可以长达几十厘米，或更长(较高能量)，但αβ放射性在水中射程很短，对α来说不过是一厘米，而对β也只有几个毫米，绝大部分被水吸收，直接测量的灵敏度非常低，因此都来用采样干燥蒸发，然后测量其残渣(即粉末〉。

测量方法可以分为能量甄别法和时间分辨法，其中采用的探测器有三种，即双闪烁探测器(塑料加硫化锌)流气式正比计数器和半导体固体探测器。

1、双闪烁探测器:其原理是塑料闪烁体表面涂一层硫化锌。硫化锌主要是探测α射线，塑料探测β射线，硫化锌探测α射线产生较大脉冲，因该涂层很薄对β几乎不起作用。而β射线穿过硫化锌涂层和塑料产生电离吸收，而产生萤光经光电倍增管产生电脉冲，该脉冲幅度较小。因此后续电路设立两个甄别器，即低阀甄别(有上、下阀)只测量β脉冲，另一个即是高阀甄别器，测量α脉冲，两种信号被分开，同时测α和β两种放射性经单片机或相关计数电经直接给出水中αβ放射性的浓度。

该方法优点是比较简易，探测器比较便宜，因此国内生产的αβ测量仪大部分都是该方法。该方法有明显缺点，即α和β有相互串扰(双闪烁探测器的缘故)，并且稳定性较差，因为光电倍增管对温度和供电高压比较敏感。一旦温度(环境)和高压发生变化，都会造成输出脉冲幅度的变化，因而增加串扰影响测量精度。另外由于水中放射性强度很低，计数脉冲很少，通常都每分钟几个或几十个计数，要达到一定的测量精度，就必须测量很长时间，通常在一小时以上或更长，因此周围环境特别是电网的波动(如大供电设备的启动和停止〉都会对测量造成干扰，影响测量的准确度。

2、流气式正比计数器:采用该探测器也比较便宜，使用较简单，但缺点是必须时时供气，还要有流量控制，不是十分方便。国内也有一定量的生产。由于正比计数器对α和β放射性形成的脉冲也是幅度不同，也是采取幅度甄别法来区别α和β射线后续测量电子学电路，和双闪烁探测器是大同小异，但稳定性要比双闪好，因正比管要比光电倍增管稳定性要好得多。不易受环境温度和高压影响，但电网干扰仍是一个问题。

3、半导体探测器:半导体探测器有金硅面壘型和离子注入型，目前均采用离子注入式半导体探测器，优点是可以做成较大面积、并且较为皮实，不易损坏，缺点是价格较贵，进口的探测器(如φ50mm)其价格都在三至四万元，半导体探测器对α和β都可以起作用，只是α产生的脉冲较大，β产生的较小，因而很容易被分开。半导体探测器前置电路略为复杂，后续电路相差不大，优点可以给出α谱，目前国外采用较多，国内也开始有所生产，其性能指标较好，稳定性更为优越，唯一缺点就是造价高，用户接受较为困难(特别是多通道测量，其成本会高出很多)。

发明内容

本发明是采用时间分辨方法，消除幅度甄别法造成的串扰及稳定性的问题，又不需供气，达到高性能指标、高稳定性、价格便宜，满足广大用户需要的低本底αβ测量仪，不仅用于测水，也适于环境样品的测量，如土壤、空气(采样)、食品等样品测量。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种低本底αβ测量仪，包括双闪烁探测器、电源，其特征在于：还包括时间甄别电路，所述时间甄别电路包括过零甄别电路和噪声甄别电路；所述双闪烁探测器通过放大电路连接所述时间甄别电路；所述时间甄别电路连接时间幅度变换电路，所述时间幅度变换电路通过A/D变换电路连接单片机；所述电源包括低压电源和高压电源。

进一步的，所述放大电路包括电荷前放电路和主放成形电路。

进一步的，所述双闪烁探测器为PMT双闪探测器。

进一步的，所述过零甄别电路的阀值为20mv。

进一步的，所述噪声甄别电路的阀值为150mv。

进一步的，所述测量仪用5厘米厚的铅室屏蔽。

进一步的，所述测量仪还包括反符合探测器。

本发明的另一方面，一种αβ放射性测量方法，其特征在于：根据双闪探测器的硫化锌和塑料闪烁体两者发光时间的量级不同的特性在双闪烁探测器的后续电路设置时间甄别电路，所述时间甄别电路采用两路甄别，一路是过零甄别，另一路为噪声甄别，获得α和β时间谱。

进一步的，所述过零甄别的阀值为20mv。

进一步的，所述噪声甄别的阀值为150mv。

本发明的有益效果为：本发明成本低、使用方便、稳定可靠，实测结果如下:

1、探测效率

1)α效率:用Pu²³⁹源典型值为90％以上；

2)β效率:用Sr⁹⁰-Y⁹⁰源典型值为60％；

2、本底:

1)α本底:典型值<0.l/cm².h；

2)β本底:典型值<3/cm².h；

3、串道比:

1)α串入β为<＝0.5％；

2)β串入α为<＝0.1％；

4、长期稳定性:

长时间工作24小时计数变化小于±4％。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明是采用同样的双闪烁体和光电倍增管(成本低)，但获取信号的方法不同。目前其他的设备均采用幅度甄别法，本发明不采用幅度而是采用时间甄别法，因为双闪的硫化辞发光时间为微秒量级，而塑料闪烁体发光时间为纳秒量级，两者发光时间之差达两个量级以上，有着明显的区别(这是脉冲幅度的区别)。

一般硫化锌闪烁体(对α粒子)发光时间长，经光电倍增管光阴极转换为电信号，经倍增极倍增后，在阳极输出，上升时间大约为800ns的脉冲信号(依赖于光电倍增管的渡越时间，及阳负载的阻抗和分布电容等参数〉。而塑料闪烁体和β粒子作用后在光电倍增管阳极产生的输出信号，其上升时间约为300ns(和光电倍增管的召载及前放速度有关〉。一般情况都是将两种不同上升时间的信号(α和β脉冲)微分，而得到不同的过零信号脉冲。

用时间分辨电路可以将α和β信号分离，时间甄别电路(过零检测电路〉一般都采用极低的阀值，例如20mv以下，低阀甄别极易受噪声信号的干扰，而产生过零点的跳动！引起过零检测的误差，而给α和β的分辨带来一定的误差，为解决此问题，采用两路甄别，一路是极低的甄别阀(过零检测阀)大约为20mv；另一路为噪声甄别阀，大约为150mv(取决于前放主放及电源退耦的影响)，而去掉了噪声影响的误差，获得非常清晰的α和β时间谱。

本发明测量仪的结构如图1所示。

本发明中探测器用5厘米厚的铅室屏蔽，以减少环境及宇宙射线造成的本底，还要增加反符合探测器及相应电子学电路，进一步将本底降到极低水平，以确保仪器灵敏度达到和超过国家标准要求。

本发明能取得的实测结果：

1探测效率

1)α效率:用Pu²³⁹源典型值为90％以上；

2)β效率:用Sr⁹⁰-Y⁹⁰源典型值为60％；

2本底:

1)α本底:典型值<0.l/cm².h；

2)β本底:典型值<3/cm².h；

3串道比:

1)α串入β为<＝0.5％；

2)β串入α为<＝0.1％；

4长期稳定性:

长时间工作24小时计数变化小于±4％。

Claims (6)

1.一种低本底αβ测量仪，包括双闪烁探测器、电源，其特征在于：还包括时间甄别电路，所述时间甄别电路包括过零甄别电路和噪声甄别电路；所述双闪烁探测器通过放大电路连接所述时间甄别电路；所述时间甄别电路连接时间幅度变换电路，所述时间幅度变换电路通过A/D变换电路连接单片机；所述电源包括低压电源和高压电源；

所述过零甄别电路的阀值为20mv；

所述噪声甄别电路的阀值为150mv。

2.根据权利要求1所述的一种低本底αβ测量仪，其特征在于：所述放大电路包括电荷前放电路和主放成形电路。

3.根据权利要求1所述的一种低本底αβ测量仪，其特征在于：所述双闪烁探测器为PMT双闪探测器。

4.根据权利要求1所述的一种低本底αβ测量仪，其特征在于：所述测量仪用5厘米厚的铅室屏蔽。

5.根据权利要求1所述的一种低本底αβ测量仪，其特征在于：所述测量仪还包括反符合探测器。

6.一种αβ放射性测量方法，其特征在于：根据双闪探测器的硫化锌和塑料闪烁体两者发光时间的量级不同的特性在双闪烁探测器的后续电路设置时间甄别电路，所述时间甄别电路采用两路甄别，一路是过零甄别，另一路为噪声甄别，获得α和β时间谱；

所述过零甄别的阀值为20mv；

所述噪声甄别的阀值为150mv。