CN106405612A - 一种海洋水体γ辐射原位探测器及探测数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；还公开了所述探测器中数据处理分析模块的数据处理方法为：(1)计算最小可探测活度；(2)γ能谱解谱；(3)对解谱数据进行校正。本发明通过配置钛合金或聚甲醛外壳，克服腐蚀和降低γ辐射衰减；通过采用数字化多道和LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低、采用⁴⁰K稳谱造成的谱漂；本发明中上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求。

Description

一种海洋水体γ辐射原位探测器及探测数据处理方法

技术领域

本发明属于海洋放射性换件监测与核事件应急技术领域，涉及一种海洋水体γ辐射放射性原位测量装置及数据处理方法。

背景技术

核能的开发利用给社会带来巨大经济效益和社会效益，但也产生了大量的核废物，以及潜在的核事故危险。随着我国沿海核电站的大量建设和使用，核设施运行、核废物产生以及日常排放对于海洋环境的影响是不得不考虑的问题。

从1988年开始，我国对渤海、黄海、东海和南海进行常规的海洋放射性监测工作，我国海洋放射性监测以实验室分析为主要手段，每年若干次在重点海域站位采集海水、生物和沉积物样品，带回实验室处理和分析。实验室分析是一种耗时长、投入高、效率低的方法，一方面需要对样品进行化学预处理、富集、浓缩等，从而会引入各种误差，同时还受到核素半衰期的限制，无法对半衰期较短的核素测量，而且现在部分人工γ辐射核素并没有放射性化学分析的国标，例如：¹²⁴Sb。另一方面这种非实时、非连续的工作模式很难对海洋放射性环境及时有效的监测，更难对可能的放射性污染预警。

在对海洋水体放射性污染测量时，由于放射性自身的特征α射线、β射线在水体中的自吸收系数较大，且含量较低，很难实现原位测量，γ射线的穿透能力较强，自吸收吸收较小，是理想的原位测量对象,因此亟需一种高性能的γ辐射原位探测器。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高性能海洋水体γ辐射原位探测器，所述装置可搭载于浮标、潜标、AUV、LV、水下机器人等平台，实现对海洋核事件的监测预警与长期在线连续原位测量。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：一种海洋水体γ辐射原位探测器，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；

所述数据采集模块包括NaI晶体探头和多道脉冲幅度分析器，所述NaI晶体探头内置LED光源用于对谱漂进行校正，所述NaI晶体探头通过光电倍增管连接多道脉冲幅度分析器，所述多道脉冲幅度分析器连接数据处理分析模块；

所述数据处理分析模块用于将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；

所述数据处理分析模块连接控制与通信模块，所述控制与通信模块用于向外发送处理后的数据。

进一步的，所述防腐水密舱配置钛合金或聚甲醛外壳。

进一步的，在NaI晶体探头后方还安装有GM探测器，用于扩宽探测器测量范围。

进一步的，所述防腐水密仓内还设有CTD传感器，同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。

进一步的，所述控制与通信模块设有RS232或422接口。

进一步的，所述多道脉冲幅度分析器采用数字型。

上述探测器中数据处理分析模块的数据处理方法为：

(1)计算最小可探测活度；

(2)γ能谱解谱；

(3)对解谱数据进行校正。

进一步的，步骤(1)中最小可探测活度得计算方法为：

B为本底计数；

Decay为衰减因子；

ε为探测效率；

b为射线分支比；

k为活度单位转换系数；

q为样品质量或体积。

进一步的，步骤(2)所述γ能谱解谱的方法为：

(201)采用小波变换完成γ能谱数据的光滑；

(202)采用对称零面积寻峰算法确定全能峰峰位；

(203)采用SNIP算法扣除本地求“净”全能峰；

(204)采用最小二乘高斯拟合计算净峰面积。

进一步的，数据校正的方法为：

根据海洋水体随温度和盐度变化对γ射线在水体中的自吸收系数的影响，通过蒙特卡罗模拟的方法计算出不同温度和盐度的衰减系数，进而根据温盐数据对探测器的解谱数据进行校正。

对于现有技术，本发明所述的一种海洋水体γ辐射放射性原位测量装置具有以下优势：

(1)本发明通过配置钛合金或聚甲醛外壳，克服腐蚀和降低γ辐射衰减；

(2)通过采用数字化多道和LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低、采用⁴⁰K稳谱造成的谱漂；

(3)本发明中数据处理模块可直接对采集模块进行数据处理，上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求；

(4)本发明中GM探测器，能够在高剂量海区NaI探测器不能使用时，依然保持剂量率数据的实时测量，实现了γ辐射原位测量范围环境级到事故级；。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明原理框图。

图3为本发明的数据处理的流程图。

其中：

1：水密接插件； 2：水密仓；

3：通讯模块； 4、控制模块；

5：数据处理分析模块； 6：GM计数器；

7：多道脉冲幅度分析器； 8：光电倍增管；

9：NaI晶体探头； 10、CTD传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种海洋γ辐射原位探测器，探测器包括数据采集模块、数据处理分析模块5、控制与通信模块、防腐水密舱2。采集模块包括NaI晶体探头9和多道脉冲幅度分析器7，其中NaI探头9中内置了LED光源用于对探测器谱漂进行校正，还通过光电倍增管8连接道多脉冲幅度分析器7，多道脉冲幅度分析器7采用全数字有效的降低了探测器对于温度变化的谱漂敏感程度；数据处理分析模块5将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；防腐水密舱2设有水密接插件1，配置钛合金或聚甲醛外壳克服腐蚀和降低γ辐射衰减。

该探测器采用钛合金或聚甲醛外壳，具有良好的抗腐蚀效果，相同的耐压水平对γ辐射的衰减较少。

该探测器安装有CTD传感器10，可同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。

该探测器在结构的中部安装有GM计数器6能够扩宽探测器剂量率测量范围。

该探测器可测量海洋水体中的天然核素和人工核素γ辐射能谱和剂量率。

放射性探测器借口为RS232或422接口。

该探测器采用LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低，采用⁴⁰K稳谱造成的谱漂。

该探测器数据处理模块可直接对采集模块进行数据处理，控制模块4和通讯模块3上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求。

该探测器数据采集模块中的多道脉冲幅度分析器7采用数字型，有效的降低了能谱的谱漂。

该探测器的控制模块可对探测器的测量时间进行调整，最长连续测量时间为30天。

本发明采用linux系统控制探测器的数据采集、数据处理分析模块、控制与通信模块等，整体功耗低于2.5W。

本发明为克服闪烁体探测器常见的谱漂，影响自动解谱效果的问题，除采用普通的温度校正稳谱外，在探测器中增加了LED，根据LED光源在NaI探测器采集的道址，实时调节探测器的控制单元的增益放大值。

本发明的数据处理方法采用以下方法：

最小可探测活度(MDA)的计算过程：

B为本底计数；

Decay为衰减因子；

ε为探测效率；

b为射线分支比；

k为活度单位转换系数；

q为样品质量或体积。

γ能谱解谱的流程如图3所示：

而γ能谱解谱方法：

谱光滑技术采用小波变换；

寻峰算法采用对称零面积；

本底扣除采用SNIP算法；

净峰面积计算采用最小二乘高斯拟合。

本发明在γ辐射探测器上安装了CTD传感器10，可以同时测量海洋水体的CTD数据。

根据海洋水体随温度和盐度变化对γ射线在水体中的自吸收系数的影响，本发明通过蒙特卡罗模拟的方法计算出不同温度和盐度的衰减系数，在数据处理模块中增加的数据库，进而根据温盐数据对探测器的解谱数据进行校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；

所述数据采集模块包括NaI晶体探头和多道脉冲幅度分析器，所述NaI晶体探头内置LED光源用于对谱漂进行校正，所述NaI晶体探头通过光电倍增管连接多道脉冲幅度分析器，所述多道脉冲幅度分析器连接数据处理分析模块；

所述数据处理分析模块用于将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；

所述数据处理分析模块连接控制与通信模块，所述控制与通信模块用于向外发送处理后的数据。

2.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述防腐水密舱配置钛合金或聚甲醛外壳。

3.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，在NaI晶体探头后方还安装有GM探测器，用于扩宽探测器测量范围。

4.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述防腐水密仓内还设有CTD传感器，同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。

5.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述控制与通信模块设有RS232或422接口。

6.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述多道脉冲幅度分析器采用数字型。

7.根据权利要求1-6任一项所述探测器中数据处理分析模块的数据处理方法为：

(1)计算最小可探测活度；

(2)γ能谱解谱；

(3)对解谱数据进行校正。

8.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，步骤(1)中最小可探测活度得计算方法为：

$MDA=\frac{(2.71+4.65\×\sqrt{B})\×Decay}{\mathrm{\ϵ}\×b\×LT\×k\×q}$

B为本底计数；

Decay为衰减因子；

ε为探测效率；

b为射线分支比；

k为活度单位转换系数；

q为样品质量或体积。

9.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，步骤(2)所述γ能谱解谱的方法为：

(201)采用小波变换完成γ能谱数据的光滑；

(202)采用对称零面积寻峰算法确定全能峰峰位；

(203)采用SNIP算法扣除本地求“净”全能峰；

(204)采用最小二乘高斯拟合计算净峰面积。

10.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，数据校正的方法为：

根据海洋水体随温度和盐度变化对γ射线在水体中的自吸收系数的影响，通过蒙特卡罗模拟的方法计算出不同温度和盐度的衰减系数，进而根据温盐数据对探测器的解谱数据进行校正。