CN105974459A - 反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器及探测方法 - Google Patents
反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器及探测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器及探测方法，包括探测器、ADC、整形电路、康普顿散射及本底事件判别电路、DAC、滤波电路，探测器包括位于同一平面的一个中心探测器和数个否决探测器，其探测方法为：在中心探测器有输出核脉冲信号时，判断否决探测器是否有核脉冲信号，从而判断中心探测器探测到的信号是否为康普顿散射及本底事件。本发明利用中心探测器与外围否决探测器同时开展测量，通过逻辑判断甄别出康普顿散射和环境本底射线，从而显著降测量能谱中的本底，提高探测器的能量分辨率、峰康比，有助于降低对肺部内污染的最低可探测活度，提高测量的灵敏度。该探测器具有体积小，重量轻等优点，便于开展现场测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种核污染探测器及探测方法，尤其涉及一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器及探测方法。
背景技术
在涉核工作场所和核事故区域，一些放射性核素，如I-131,Cs-137等，一旦被人体吸入后，会在肺部沉积。现今针对肺部内污染沉积物的检测，通常采用计数器对准人体肺部测量肺部沉积核素释放的γ射线来估算核素在肺部的沉积量，康普顿散射和天然本底是影响探测下限的主要因素。目前，肺部内污染测量中采取的铅屏蔽等措施，虽然具有一定的环境本底屏蔽效果，同时增加了探测系统的重量，且很难降低康普顿散射形成的本底。本专利则可同时显著地降低环境本底和康普顿散射本底。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能有效甄别来至环境的本底射线和康普顿散射射线，从而显著降本底，提高探测器的能量分辨率、及探测活度、灵敏度的反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器及探测方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器，包括探测器，所述探测器包括位于同一平面的一个中心探测器和数个否决探测器，其中否决探测器绕中心探测器外围一周、并与中心探测器侧面固定连接，相邻否决探测器紧密贴合；
所述中心探测器的输出端连接一将其核脉冲信号模数转换的ADC；
所述否决探测器输出端一一连接将否决探测器的核脉冲信号转换成方波信号的整形电路；
所述ADC和整形电路的输出端还连接一康普顿散射及本底事件判别电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路包括:
与ADC输出端连接，根据其输出识别中心探测器输出信号的时间窗口的阈值检测电路；
与阈值检测电路输出端连接，存储中心探测器输出的数字核脉冲信号的乒乓缓存器，
与整形电路输出端连接，在中心探测器输出信号的时间窗口内对整形电路输出的信号依次求或的求或电路；
与求或电路和乒乓缓存器的输出端连接的判别输出电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路输出端还依次连接有DAC和滤波电路。
作为优选：所述中心探测器和否决探测器为方形或圆形，其中中心探测器为碘化钠探测器，否决探测器为碘化钠探测器或塑料探测器。
一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器的探测方法，包括以下步骤：
（1）设定否决探测器为N个，按顺时针进行1，2，3，...，N编号，中心探测器编号为0，将探测器正面正对人体肺部；
（2）ADC对中心探测器输出信号进行实时采集，获取中心探测器输出的数字核脉冲信号P c，同时，整形电路将各否决探测器输出的核脉冲信号脉冲整形成矩形脉冲信号Si（i=1，2，3，…，N）；
（3）康普顿散射及本底事件判别电路判断在Pc期间,S i是否均为低电平；
若Si均为低电平,则将该Pc经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃。
作为优选：所述步骤（3）具体为：
（31）阈值检测电路根据阈值识别出中心探测器输出信号的时间窗口；
（32）在此时间窗口内，对整形电路输出的方波信号Si依次求或，并将该Pc存储到乒乓缓存器中；
（33）判别输出电路进行判断，若求或结果为0，则从乒乓缓存器中将该数字核脉冲信号P c经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃该数字核脉冲信号P c。
作为优选：所述乒乓缓存器由2个FIFO缓存器构成，核脉冲信号P c依次分别交错存储在2个FIFO缓存器中。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用中心探测器与外围否决探测器同时开展测量，通过逻辑判断甄别出康普顿散射和环境本底射线，从而显著降测量能谱中的本底，提高探测器的能量分辨率、峰康比，有助于降低对肺部内污染的最低可探测活度，提高测量的灵敏度。本专利所构建的探测器 具有体积小，重量轻等优点，便于开展现场测量。
本发明的工作原理是：中心探测器和否决探测器分别采用肺部正面和周围的核脉冲信号，将中心探测器的信号模数转换，将否决探测器的信号转化成方波信号，且通过一阈值检测电路根据阈值识别出中心探测器输出信号的时间窗口，并在此时间窗口内，对整形电路输出的方波信号Si依次求或；若求或结果为0，保留中心探测器的信号经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃这个信号。本发明在信号采集阶段，就对信号进行了筛选，无需依赖后续电路，适用面广。
附图说明
图1为本发明电路原理框图；
图2为探测器的一种结构示意图；
图3为探测器的另一种结构示意图。
图中：1、中心探测器；2、否决探测器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图3，建立如图1所示的一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器结构，该结构包括探测器，所述探测器包括位于同一平面的一个中心探测器1和数个否决探测器2，其中否决探测器2绕中心探测器1外围一周、并与中心探测器1侧面固定连接，相邻否决探测器2紧密贴合；
所述中心探测器1的输出端连接一将其核脉冲信号模数转换的ADC；
所述否决探测器2输出端一一连接将否决探测器2的核脉冲信号转换成方波信号的整形电路；
所述ADC和整形电路的输出端还连接一康普顿散射及本底事件判别电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路包括:
与ADC输出端连接，根据其输出信号识别中心探测器1输出信号的时间窗口的阈值检测电路；
与阈值检测电路输出端连接，存储中心探测器1输出的数字核脉冲信号的乒乓缓存器，
与整形电路输出端连接，在中心探测器1输出信号的时间窗口内对整形电路输出的信号依次求或的求或电路；
与求或电路和乒乓缓存器的输出端连接的判别输出电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路输出端还依次连接有DAC和滤波电路。
参见图2和图3，本实施例中：所述中心探测器1和否决探测器2为方形或圆形，中心探测器1为碘化钠探测器，否决探测器2为碘化钠探测器或塑料探测器。
上述探测器的探测方法包括以下步骤：
（1）设定否决探测器2为N个，按顺时针进行1，2，3，...，N编号，中心探测器1编号为0，将探测器正面正对人体肺部；
（2）ADC对中心探测器1输出信号进行实时采集，获取中心探测器1输出的数字核脉冲信号P c，同时，整形电路将各否决探测器2输出的核脉冲信号脉冲整形成矩形脉冲信号Si（i=1，2，3，…，N）；
（3）康普顿散射及本底事件判别电路判断在Pc期间,S i是否均为低电平；
若Si均为低电平,则将该Pc经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃。
其中：所述步骤（3）具体为：
（31）阈值检测电路根据阈值识别出中心探测器1输出信号的时间窗口；
（32）在此时间窗口内，对整形电路输出的方波信号Si依次求或，并将该Pc存储到乒乓缓存器中；
（33）判别输出电路进行判断，若求或结果为0，则从乒乓缓存器中将该数字核脉冲信号P c经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃该数字核脉冲信号P c。
本实施例中：所述乒乓缓存器由2个FIFO缓存器构成，核脉冲信号Pc依次分别交错存储在2个FIFO缓存器中。
为了研究本发明探测器和一般探测器的区别，通过理论计算得到的结果如表1所示。
表1本发明探测器和一般探测器在MDA和感兴趣下本底计数的比较
注释：一般探测器为NaI探测器，它的尺寸跟本专利的中心探测器1尺寸一样。
从表1中可以看出，本发明探测器能大幅度降低感兴趣下的本底和可有效降低了在环境本底辐射场中对点源的最小可探测活度（MDA）。
Claims (5)
1.一种反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器，其特征在于：包括探测器，所述探测器包括位于同一平面的一个中心探测器和数个否决探测器，其中否决探测器绕中心探测器外围一周、并与中心探测器侧面固定连接，相邻否决探测器紧密贴合；
所述中心探测器的输出端连接一将其核脉冲信号模数转换的ADC；
所述否决探测器输出端一一连接将否决探测器的核脉冲信号转换成方波信号的整形电路；
所述ADC和整形电路的输出端还连接一康普顿散射及本底事件判别电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路包括:
与ADC输出端连接，根据其输出识别中心探测器输出信号的时间窗口的阈值检测电路；
与阈值检测电路输出端连接，存储中心探测器输出的数字核脉冲信号的乒乓缓存器，
与整形电路输出端连接，在中心探测器输出信号的时间窗口内对整形电路输出的信号依次求或的求或电路；
与求或电路和乒乓缓存器的输出端连接的判别输出电路；
所述康普顿散射及本底事件判别电路输出端还依次连接有DAC和滤波电路。
2.根据权利要求1所述的反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器，其特征在于：所述中心探测器和否决探测器为方形或圆形，其中中心探测器为碘化钠探测器，否决探测器为碘化钠探测器或塑料探测器。
3.一种如权1所述的反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器的探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）设定否决探测器为N个，按顺时针进行1，2，3，...，N编号，中心探测器编号为0，将探测器正面正对人体肺部；
（2）ADC对中心探测器输出信号进行实时采集，获取中心探测器输出的数字核脉冲信号P c，同时，整形电路将各否决探测器输出的核脉冲信号脉冲整形成矩形脉冲信号Si（i=1，2，3，…，N）；
（3）康普顿散射及本底事件判别电路判断在Pc期间,S i是否均为低电平；
若Si均为低电平,则将该Pc经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃。
4.根据权利要求3所述的反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器的探测方法，其特征在于：
所述步骤（3）具体为：
（31）阈值检测电路根据阈值识别出中心探测器输出信号的时间窗口；
（32）在此时间窗口内，对整形电路输出的方波信号Si依次求或，并将该Pc存储到乒乓缓存器中；
（33）判别输出电路进行判断，若求或结果为0，则从乒乓缓存器中将该数字核脉冲信号P c经数模转换器和滤波电路输出，反之则抛弃该数字核脉冲信号P c。
5.根据权利要求4所述的反康普顿散射和本底射线的肺部内污染探测器的探测方法，其特征在于：所述乒乓缓存器由2个FIFO缓存器构成，核脉冲信号P c依次分别交错存储在2个FIFO缓存器中。
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