CN106371127B - 一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪。该剂量率仪包括探测器系统、信号处理系统和控制电路系统；所述探测器系统包括两个半球型CZT晶体、一个前置放大器及电路板；所述控制电路系统包括高压电源模块、低压电源模块、便携式模组电源及电池管理芯片；所述信号处理系统包括双通道数字多道、信号处理软件、液晶触摸屏和计算机。该剂量率仪具有能量分辨率高、探测效率高的有益效果。

Description

一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪
技术领域
本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪。
背景技术
国内外将碲锌镉(以下简称CZT)晶体用于辐射监测方面的技术比较成熟，目前已经公开了平面型、混合手持型、弗里希栅型以及半球型碲锌镉探测器等，其中半球型CZT探测器形状一般为长方体形，电场为类半球型，因此本领域技术人员一般称之为半球型CZT探测器。王莹等2014年公开了《基于半球型碲锌镉探测器的多功能剂量率仪适用性研究》这一文献，并从能量范围、能量分辨率、环境适应性和角响应等方面阐述了基于半球型CZT探测器作为多功能剂量率仪的适用性，该文献是利用两个半球型CZT探测器共阳极合并成一个类球型CZT探测器，但是该文献公开的探测器仍然存在探测效率和能量分辨率较低的问题。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能量分辨率高、探测效率高的剂量率仪。
(二)技术方案
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，该剂量率仪包括探测器系统、信号处理系统和控制电路系统；
所述探测器系统包括两个半球型CZT晶体、一个前置放大器及电路板，两个半球型CZT晶体的形状、结构和尺寸完全相同，均为长方体形；所述每个半球型CZT晶体面积最大的一个面接正高压，为阳极，其他5面接地为阴极；该两个晶体采用左右摆放的方式固定在电路板上，电路板下方设置有一个前置放大器，两个半球形CZT晶体的阳极引脚连接在一起共一个高压，输出为一路信号，X、γ射线在CZT晶体上产生的信号传输至所述前置放大器上；该两个晶体面积最大的阴极面为左右相邻面，且该两个相邻面紧密贴合；该两个晶体、电路板及前置放大器位于一个圆筒形外壳内，两个晶体的正中位置处于圆筒的径向中心线上且阳极面对着筒壁,该探测器外壳进行密封处理；
所述控制电路系统包括高压电源模块、低压电源模块、便携式模组电源及电池管理芯片，其中高压电源模块、低压电源模块分别通过线路与前置放大器连接，且线路与圆筒形外壳之间通过航空插件连接以密封处理；高压电源模块为两个半球型CZT晶体提供高压，低压电源模块为前置放大器提供±12V的工作电压；
所述信号处理系统包括单通道数字多道、信号处理软件、液晶触摸屏和计算机，从前置放大器引出的一路信号线进入单通道数字多道，单通道数字多道对前置放大器输出的信号进行处理，得到相应测量能谱，测量能谱再通过软件在该系统的液晶触摸屏或计算机上显示。该信号处理系统能提供完备的数字极零相消、数字滤波成型、峰值判定及提取、能谱生成功能。
优选地，所述前置放大器为低噪声电荷灵敏前置放大器。
优选地，所述半球型CZT晶体的尺寸为10mm×10mm×5mm。
优选地，所述圆筒形外壳为铝壳，其中铝壳厚度为1mm，两个晶体的正中位置处于圆筒的中心且阳极面对着筒壁。
优选地，所述便携式模组电源为锂电池组，外出携带时使用，电池管理芯片控制电池电量使用情况。
优选地，所述两个半球型CZT晶体的外周包裹着一层黑色的环氧树脂包裹。
优选地，所述高压电源模块为前置放大器提供的高压为0～1500V。
(三)有益效果
本发明提供的剂量率仪，该探测器包括两个半球型CZT晶体、一个前置放大器和单通道数字多道，与现有的两个半球型CZT晶体采用共阳极组合且电场为类球型不同，本发明采用阴极面为相邻面即“共阴极”的方式放置，组合的电场非球型，从两路CZT晶体输出的信号均接入一路前置放大器，再进入数字单道进行处理。采用这样的CZT晶体组合方式和信号处理方式能够提高对X/γ射线探测效率和能量分辨率。试验证明对Am-241(59.5keV)的探测效率提高了约13倍，对不同放射源的能量分辨率改善了约14.6％—22.7％。具体如表1所示。
表1不同能量射线的能量分辨率
共阳极条件下的能量分辨率 本申请条件下的能量分辨率
Am-241 10.3％ 8.33％
Cs-137 4.18％ 3.23％
Co-60 3.55％ 3.03％
附图说明
图1是本申请提供的剂量率仪中两个半球型CZT晶体摆放方式示意图；其中1是半球型CZT晶体的阳极面，2是半球型CZT晶体。
图2是共阳极和共阴极条件下用MCNP方法模拟距离剂量率仪10cm处，能量范围为10keV-2MeV的单能点放射源探测效率模拟结果示意图；
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例
一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，该剂量率仪包括探测器系统、信号处理系统和控制电路系统；
所述探测器系统包括两个半球型CZT晶体2、一个前置放大器及电路板，两个半球型CZT晶体的形状、结构和尺寸完全相同，均为10mm×10mm×5mm的长方体形；所述每个半球型CZT晶体面积最大的一个面接正高压为阳极，其他5面接地为阴极；该两个晶体采用左右摆放的方式安装在电路板上，电路板下方设置有一个前置放大器，两个半球形CZT晶体的阳极引脚连接在一起共一个高压，输出为一路信号，X、γ射线在CZT晶体上产生的信号传输至所述前置放大器上；该两个晶体面积最大的阴极面为左右相邻面，且该两个相邻面紧密贴合；该两个晶体、电路板及前置放大器位于一个圆筒形外壳内，其中铝壳厚度为1mm，两个晶体的正中位置处于圆筒的径向中心线上且阳极面对着筒壁；
所述控制电路系统包括高压电源模块、低压电源模块、便携式模组电源及电池管理芯片，其中高压电源模块、低压电源模块分别通过线路与前置放大器连接，且该线路与圆筒形外壳之间密封处理；高压电源模块为两个半球型CZT晶体提供1000V高压，低压电源模块为前置放大器提供±12V的工作电压；
所述信号处理系统包括单通道数字多道、信号处理软件、液晶触摸屏和计算机，从前置放大器出来的一路信号线进入单通道数字多道，单通道数字多道对前置放大器输出的信号进行处理，得到相应测量能谱，测量能谱再通过软件在该系统的液晶触摸屏或计算机上显示。该信号处理系统能提供完备的数字极零相消、数字滤波成型、峰值判定及提取、能谱生成功能。
所述便携式模组电源为锂电池组，外出携带时使用，电池管理芯片控制电池电量使用情况。
所述两个半球型CZT晶体的外周包裹着一层黑色的环氧树脂包裹。
将能量范围为10keV-2MeV的单能点源位于探测器上方，距离探测器中心10cm。在其他条件均一致的情况下分别对“共阴极”和“共阳极”的探测器几何进行MCNP仿真，得到的源峰探测效率如图2所示。从图2可看出，双半球型CZT晶体“共阴极”相对于“共阳极”在低能量区里其探测效率显著提高。

Claims (7)

1.一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，该剂量率仪包括探测器系统、信号处理系统和控制电路系统；
所述探测器系统包括两个半球型CZT晶体、一个前置放大器及电路板，两个半球型CZT晶体的形状、结构和尺寸完全相同，均为长方体形；所述每个半球型CZT晶体面积最大的一个面接正高压，为阳极，其他5面接地为阴极；该两个晶体采用左右摆放的方式固定在电路板上，电路板下方设置有一个前置放大器，两个半球形CZT晶体的阳极引脚连接在一起共一个高压，输出为一路信号，X、γ射线在CZT晶体上产生的信号传输至所述前置放大器上；该两个晶体面积最大的阴极面为左右相邻面，且该两个相邻面紧密贴合；该两个晶体、电路板及前置放大器位于一个圆筒形外壳内，两个晶体的正中位置处于圆筒的径向中心线上且阳极面对着筒壁,该探测器外壳进行密封处理；
所述控制电路系统包括高压电源模块、低压电源模块、便携式模组电源及电池管理芯片，其中高压电源模块、低压电源模块分别通过线路与前置放大器连接，且线路与圆筒形外壳之间通过航空插件连接以密封处理；高压电源模块为两个半球型CZT晶体提供高压，低压电源模块为前置放大器提供±12V的工作电压；
所述信号处理系统包括单通道数字多道、信号处理软件、液晶触摸屏和计算机，从前置放大器引出的一路信号线进入单通道数字多道，单通道数字多道对前置放大器输出的信号进行处理，得到相应测量能谱，测量能谱再通过软件在该系统的液晶触摸屏或计算机上显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述前置放大器为低噪声电荷灵敏前置放大器。
3.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述半球型CZT晶体的尺寸为10mm×10mm×5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述圆筒形外壳为铝壳，其中铝壳厚度为1mm，两个晶体的正中位置处于圆筒的中心且阳极面对着筒壁。
5.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述便携式模组电源为锂电池组，外出携带时使用，电池管理芯片控制电池电量使用情况。
6.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述两个半球型CZT晶体的外周包裹着一层黑色的环氧树脂包裹。
7.根据权利要求1所述的一种基于双半球碲锌镉探测器的剂量率仪，其特征在于，所述高压电源模块为前置放大器提供的高压为0～1500V。
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