CN106443752A - 一种低本底微弱放射性核素检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低本底微弱放射性核素检测方法。该方法与现有方法不同的地方在于，首先，用塑料闪烁谱仪和溴化镧谱仪组成双符合探测阵列结构，综合考虑探测效率、能量分辨率和应用成本等因素，以溴化镧探测器作为主探测器，以塑料探测器作为符合探测器，运用反符合和符合测量方法以降低环境本底，提升系统峰康比；其次，在核信号处理的电子学电路上通过前端快电子学电路的研制和后续数字处理算法，包括脉冲成形、基线恢复和重叠脉冲分离等，以降低噪声干扰，提升能量分辨率；最后，直接用塑料闪烁体作为主探测器溴化镧的屏蔽材料，这样可以降低系统重量，并且提高探测效率。

Description

一种低本底微弱放射性核素检测方法

技术领域

本发明针对海水中放射性在线测量领域迫切需求提高信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性等问题，提出了一种低本底微弱放射性核素检测方法的实现。

背景技术

新丝绸之路规划建立完善基础设施互联互通，推动合作交流国际化,以海洋经济为突破口，共同建立海洋养殖合作基地，探索产业园区双向投资，健全常态化的合作交流机制；构筑双方海上互联互通网络，开拓港口、海运物流和临港产业等领域合作，积极发展好海洋合作伙伴关系。这就需要对海水中的放射性就行就地实时监测，以确保海水环境的清洁与安全。

我国海水γ放射性监测主要采用现场采样和实验室γ能谱分析的方法，由于采样时间和分析周期长，无法对海洋放射性进行实时监测和预警。国外已经广泛采用就地γ能谱分析的方法来监测海洋放射性，但由于海水中需要监测的放射性核素含量甚低，因此如何降低海水就地γ谱仪的最低可探测活度浓度，提高在本底中识别人工放射性核素的能力，是解决探测性能的主要因素。

大量沿海核电站的建立为我国海洋放射性监测带来了巨大的挑战。核电站在正常情况下的排出物仅含有很少的放射性物质,这些排出物对海洋的影响是微乎其微的。但如果核反应堆的运行及管理出现问题时,含放射性物质的排出物可能流入海洋。另外,例如库尔斯克号核潜艇事故也可能会导致放射性物质泄漏,从而污染附近海域。

发明内容

针对海水中主要放射性核素现场快速检测的问题，降低环境本底、降低康普顿坪、核信号数字化处理是核心技术。系统以探测器结构、高精度电子学处理电路等方面为突破点，探究一种海水放射性核素快速检测的有效途径。首先，采用双符合阵列探测器结构，综合考虑探测效率、能量分辨率和应用成本等因素，以溴化镧探测器作为主探测器，以塑料探测器作为符合探测器，运用反符合和符合测量方法以降低环境本底，提升系统峰康比；其次，在核信号处理的电子学电路上通过前端快电子学电路的研制和后续数字处理算法，包括脉冲成形、基线恢复和重叠脉冲分离等，以降低噪声干扰，提升能量分辨率；最后，直接用塑料闪烁体作为主探测器溴化镧的屏蔽材料，既可降低系统重量，也能提高探测效率。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案：海水中微弱放射性通过双符合探测阵列进行处理，最后到达FPGA控制单元的有七路信号，具体如下：

A、井形塑料闪烁体环上六个光电倍增管，不同位置接收到的信号通过对应的六个光电倍增管，经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA对这六个信号进行判断处理。

B、主探测器上接一个光电倍增管，信号经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA进行处理。

C、井形符合探测器输出信号通过两两符合后输出，再与主探测器进行反符合处理。当符合探测器经两两符合后有信号输出，而主探测器无信号输出时，微处理器不记录(主动屏蔽宇宙射线)。当主探测器探测有信号输出，符合探测器无信号输出时，微处理器存储主探测探测到的信号(降低康普顿坪)。

D、溴化镧具有较好的探测效率和优秀的能量分辨率，但由于自身放射性的问题，国内外对溴化镧的研究相对较少。本发明拟通过研制前端快电子学电路和后续脉冲成形、基线恢复、重叠脉冲分离和谱线处理等数字处理方法，最终实现基于溴化镧探测器的数字化多道能谱处理系统。

E、由于海水中放射性含量非常低，如果对该系统进行铅或其他材料屏蔽，很可能由于放射性太低而探测不到放射性，所以本系统用塑料闪烁谱仪作为屏蔽材料，既可屏蔽宇宙射线，也可作为反符合探测器，提高系统峰康比。

附图说明

图1为双符合探测阵列的结构框图。

图2为低本底微弱放射性核素检测装置图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了降低环境本底、康普顿坪和溴化镧自身放射性的影响, 提高系统的分辨率，提供了一种低本底微弱放射性检测装置的实现方法。图1 显示了本发明所述方法的系统结构框图；图2显示了该装置的结构图。

本发明所提供的一种低本底微弱放射性核素检测方法，其特征在于，海水中微弱放射性通过双符合探测阵列进行处理，最后到达FPGA控制单元的有七路信号，具体如下：

A、井形塑料闪烁体环上六个光电倍增管，不同位置接收到的信号通过对应的六个光电倍增管，经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA对这六路信号进行判断处理。

B、主探测器上接一个光电倍增管，信号经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA进行处理。

C、井形符合探测器输出信号通过两两符合后输出，再与主探测器进行反符合处理。当符合探测器经两两符合后有信号输出，而主探测器无信号输出时，

微处理器不记录(主动屏蔽宇宙射线)。当主探测器探测有信号输出，符合探测器无信号输出时，微处理器存储主探测探测到的信号(降低康普顿坪)。

D、溴化镧具有较好的探测效率和优秀的能量分辨率，但由于自身放射性的问题，国内外对溴化镧的研究相对较少。本方法拟通过研制前端快电子学电路和后续脉冲成形、基线恢复、重叠脉冲分离和谱线处理等数字处理方法，最终实现基于溴化镧探测器的数字化多道能谱处理系统。

E、由于海水中放射性含量非常低，如果对该系统进行铅或其他材料屏蔽，很可能由于放射性太低而探测不到放射性，所以本文用塑料闪烁谱仪作为屏蔽材料，既可屏蔽宇宙射线，也可作为反符合探测器，提高系统峰康比。

如图1所示，井形塑料闪烁体不同位置接收到的信号通过对应的六个光电倍增管，经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA对这六个信号进行判断处理。同理，主探测器探测的信号也经过这一系列的处理进入FPGA。井形符合探测器输出信号通过两两符合后输出，再与主探测器进行反符合处理。当符合探测器经两两符合后有信号输出，而主探测器无信号输出时，微处理器不记录(主动屏蔽宇宙射线)。当主探测器探测有信号输出，符合探测器无信号输出时，微处理器存储主探测探测到的信号(降低康普顿坪)。

如图2所示，系统包括主探测器和符合探测器。1井形塑料闪烁符合探测器，2样品台，3溴化镧主探测器，4光电倍增管。符合探测器的六组光电倍增管之间进行符合处理，再将结果与主探测进行反符合处理，主动屏蔽宇宙射线，减小康普顿闪射影响，以降低系统本底的影响。此外两套系统还进行符合处，以改善系统最小可探活度。

本发明具有如下特点：

1、本系统是由井形塑料闪烁体和溴化镧构成的双符合阵列探测，通过反符合处理可以降低环境本底，提高峰康比，最后提高能量分辨率。

2、本系统在前端核脉冲信号精确处理（包括电子学电路和数字处理方法）的基础上，拟采用数字多道脉冲幅度反符合处理方法，抑制康普顿坪台，降低系统积分本底，提升系统峰康比，进而提高系统的综合技术指标。

3、本系统不外加屏蔽材料，直接用塑料闪烁谱仪屏蔽环境本底，可降低系统重量，并且提高主探测器的探测效率。

4、系统间再进行符合处理，以降低偶然误差，提高系统测量精度。

5、本系统采用高速高精度ADC，直接采集放大器输出的核脉冲波形，然后由数字信号处理进行多道脉冲幅度提取和分析。

6、本系统符合反符合脉冲的成形采用了FPGA处理技术，利用可编程逻辑器件的数字化设计方法，能快速对接收到的七路脉冲信号进行处理。

7、由于采用全数字化技术，使本数字化多道核能谱分析系统在性能上，具有脉冲处理能力强、速度快、稳定性高、灵活性强、抗干扰能力强、能量和时间分辨率好等特点。

在上述发明的实施例中，对低本底微弱放射性检测装置进行了详细说明，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 (1)

1.一种低本底微弱放射性核素检测方法，其特征在于，海水中微弱放射性通过双符合探测阵列进行处理，最后到达FPGA控制单元的有七路信号，具体如下：

A、井形塑料闪烁体环上六个光电倍增管，不同位置接收到的信号通过对应的六个光电倍增管，经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA对这六个信号进行判断处理；

B、主探测器上接一个光电倍增管，信号经跟随电路，偏置电路，前端放大，模数转换器，再进入FPGA进行处理；

C、井形符合探测器输出信号通过两两符合后输出，再与主探测器进行反符合处理；

当符合探测器经两两符合后有信号输出，而主探测器无信号输出时，微处理器不记录(主动屏蔽宇宙射线)；

当主探测器探测有信号输出，符合探测器无信号输出时，微处理器存储主探测探测到的信号(降低康普顿坪)；

D、溴化镧具有较好的探测效率和优秀的能量分辨率，但由于自身放射性的问题，国内外对溴化镧的研究相对较少；

本发明通过研制前端快电子学电路和后续脉冲成形、基线恢复、重叠脉冲分离和谱线处理等数字处理方法，最终实现基于溴化镧探测器的数字化多道能谱处理系统；

E、由于海水中放射性含量非常低，如果对该系统进行铅或其他材料屏蔽，很可能由于放射性太低而探测不到放射性，所以本系统用塑料闪烁谱仪作为屏蔽材料，既可屏蔽宇宙射线，也可作为反符合探测器，提高系统峰康比。