CN108152846A - 一种数字化放射性惰性气体133Xe活度符合测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，包括设置在屏蔽体内部的γ射线探测器和β射线探测器，所述的γ射线探测器为井型NaI(Tl)探测器，所述的β射线探测器为内充气正比计数管，所述内充气正比计数管沿轴向插入井型NaI(Tl)探测器中，所述的井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管分别与数据获取分析系统的数字采集卡相连接，数据获取分析系统对井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管的输出信号进行数据采集并进行β‑γ符合计算。本装置采用符合方法，能够对单一核素活度进行分析，减少其它干扰核素的影响，有效提高测量的准确性。

Description

一种数字化放射性惰性气体133Xe活度符合测量装置

技术领域

本发明涉及放射性惰性气体测量装置，具体涉及一种数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置。

背景技术

放射性惰性气体¹³³Xe活度测量主要用于反应堆排出物放射性环境监测、裂变燃耗诊断、核禁试监测等领域。目前采用β-γ符合法的Xe同位素测量装置，商业化产品主要有瑞典Gammadata公司的SAUNA，探测器由一个NaI(Tl)闪烁体和一个塑料闪烁体组成，塑料闪烁体放置在圆柱晶体中与轴向垂直的通孔中；美国西北太平洋国家实验室(PNNL)的ARSA系统,该系统采用两组平行的NaI(Tl)闪烁体和中空圆柱形塑料闪烁体组成，交替使用以达到连续测试样品的目的。法国的SPALAX、俄罗斯的ARIX系统，探测器也是以NaI(Tl)和塑闪组合为主，这类探测器主要用于Xe同位素核素浓度水平监测，对测量的准确性要求不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量准确度高、可商品化的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置。

本发明的技术方案如下：一种数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，包括设置在屏蔽体内部的γ射线探测器和β射线探测器，其中，所述的γ射线探测器为井型NaI(Tl)探测器，所述的β射线探测器为内充气正比计数管，所述内充气正比计数管沿轴向插入井型NaI(Tl)探测器中，所述的井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管分别与数据获取分析系统的数字采集卡相连接，数据获取分析系统对井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管的输出信号进行数据采集并进行β-γ符合计算。

进一步，如上所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其中，所述的井型NaI(Tl)探测器由独立高压电源提供工作电压,内充气正比计数管由与高压电源连接的前置放大器提供工作电压。

进一步，如上所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其中，所述的屏蔽体为低本底圆柱铅室，圆柱铅室内衬一体结构的无氧铜环。

进一步，如上所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其中，所述的内充气正比计数管的阴极为不锈钢管，阳极为镀金钨丝，钨丝两端设有场管，并通过陶瓷绝缘子连接阴极不锈钢管的顶盖和底盖。

进一步，如上所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其中，所述的井型NaI(Tl)探测器与升降机构相连接。

进一步，如上所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其中，所述的数据获取分析系统具有可视化操作界面，并具有数据离线分析功能。

本发明的有益效果如下：本发明以井型NaI(Tl)晶体作为γ射线探测器，内充气正比计数管作为β射线探测器，由高采样率数字采集卡对探测器脉冲信号进行采集，通过测量软件实现β-γ符合以及离线数据分析。可视化操作界面使符合分析数字化，同时通过原始数据库调用，实现数据离线分析功能。与4家著名国际计量标准实验室——美国国家标准和技术研究所(NIST)、英国国家物理实验室(NPL)、法国电离辐射实验室(LNHB)以及德国技术物理实验室(PTB)测量结果比较，NIST、NPL、LNHB以及PTB给出¹³³Xe活度测量合成不确定度分别为0.4％、1.0％、0.5％以及1.8％，本装置给出的合成不确定度为0.8％。同时，由于本装置采用符合方法，能够对单一核素活度进行分析，减少其它干扰核素的影响，有效提高测量的准确性。

附图说明

图1为本发明数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置的结构示意图；

图2为本发明的装置电路系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，包括设置在屏蔽体内部的γ射线探测器和β射线探测器，其中，所述的γ射线探测器为井型NaI(Tl)探测器4，所述的β射线探测器为内充气正比计数管1，所述内充气正比计数管1沿轴向插入井型NaI(Tl)探测器4中，屏蔽体采用低本底圆柱铅室2，圆柱铅室2内衬一体结构的无氧铜环3，用于吸收由铅产生的二次射线。井型NaI(Tl)探测器4与升降机构5相连接，升降机构由升降台、传动轴、丝杠、导轨和手轮组成，通过摇动手轮控制升降台高度，对井型NaI(Tl)探测器4进行安装和定位。

如图2所示，所述的井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管分别与数据获取分析系统的数字采集卡相连接，数据获取分析系统的数据处理软件对井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管的输出信号进行数据采集并进行β-γ符合计算。井型NaI(Tl)探测器由独立高压电源提供工作电压,内充气正比计数管由前置放大器提供工作电压。

本实施例中，井型NaI(Tl)探测器为Saint-Gobain定制,晶体尺寸为Φ100mm×150mm，沿轴向开孔直径30mm，井深120mm。分辨率为8％(¹³⁷CS-137，662keV)。

内充气正比计数管的阴极为圆柱型不锈钢管，壁厚0.12mm；阳极材料为镀金钨丝，直径25微米；阳极丝两端加直径为1mm的场管，通过微型陶瓷绝缘子连接管顶盖与底盖，由顶盖的抽气管对计数管抽真空和充放气，抽气管连接swaglok阀门。

作为探测器屏蔽的低本底圆柱铅室总体高度为690mm,外径为410mm；铅室空腔高度为450mm，内径为248mm；铅屏蔽层厚度为61mm；铅屏蔽层内衬一体结构的无氧铜环，厚度10mm，无氧铜层采用电镀抛光工艺。

数据获取分析系统包括高速数字采集卡以及数据获取分析软件。数字采集卡型号为V1724，意大利CAEN生产。8路信号输入通道，每路具有独立的存储系统。带宽40MHz，通过光纤与主机通信，数据传输速度80MB/s。内部时钟采用内置的50MHz晶振，时间标签记录位为31位，分辨为20ns。ADC分辨率14bit，采样速率100MS/s，输入动态范围为10伏，逻辑输入阻抗1kΩ。

数据获取分析软件采用模块化设计，用于实现对碘化钠探测器和内充气正比计数管的输出信号进行数据采集与β-γ符合计算，对测量数据进行实时显示与可视化监控，对历史测量数据进行长期保存和管理。可实现数据压缩、脉冲触发时间提取、脉冲幅度提取，甄别、滤波、符合以及测量数据和能谱输出功能。

下面对本装置采用的β-γ符合原理进行说明。

¹³³Xe的半衰期为5.25d，主要β分支(99％)最大能量为346keV，衰变到¹³³Cs的第一激发态，该激发态通过发射81keV(37％)的γ射线或者内转换过程退激。对于β-γ级联衰变，符合事件分别被β、γ探测器探测，通过符合电路，输出符合脉冲。β-γ符合活度计算公式为：

N₀为放射源活度，N_β、N_γ、N_c分别为β道、γ道和符合道的计数率。α为总的内转换系数，ε_ce为内转换电子探测效率，ε_β为β探测效率。

¹³³Xe为短寿命核素，符合公式引入半衰期修正：

λ为衰变常数，t₁为测量实时间，t₂为测量活时间。

本发明的测量方法具体实现步骤如下：

1)装置的建立

按照装置结构示意图及电路原理图建立数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置。

测量内充气正比计数管工作电压坪曲线，选择坪区电压作为工作电压。

井型NaI(Tl)探测器工作电压为850V。

2)参数的设置

a、数据获取分析软件采集参数设置

对NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管输出信号的采集参数表进行设置，包括：

POLARITY:采集信号的极性，NaI(Tl)探测器信号极性为负，内充气正比计数管信号极性为正；

TRAP_RISETIME：梯形滤波的上升时间(μs)；NaI(Tl)探测器设置为1μs，内充气正比计数管设置为1μs；

TRAP_FLAT_TOP：梯形滤波的平顶时间(μs)；NaI(Tl)探测器设置为1μs，内充气正比计数管设置为2μs；

DC_OFFSET：直流补偿的设定值(范围：0x0000-0xFFFF)；2道设定值1C000；

TRG_THRESHOLD：采集信号的触发阈值(LSB)；NaI(Tl)探测器设置为3LSB，内充气正比计数管设置为10LSB；

PRE_TRG：每个事件在触发点前采集的点数设置；NaI(Tl)探测器设置为13，内充气正比计数管设置为500；

TRG_HOLD_OFF：触发延迟时长；NaI(Tl)探测器设置为4μs，内充气正比计数管设置为5μs；

SAMPLES:采样率：2道设定值5000；

ACQ_TIME：采集时间长度(s)，时间范围在1-2³²s。

b、数据获取分析软件β-γ符合参数设置

对测量数据进行β-γ符合，符合参数表设置包括：

选择数据库：选择要读取数据的存储数据库；

选择读取数据的存储表：选择要读取数据的存储表格；

γ本底的存储表：选择要读取γ本底数据的存储表格；

β本底的存储表：选择要读取γ本底数据的存储表格；

符合本底的文件：选择要读取符合本底数据的表格；

符合时间窗长(10ns)：设置(2-4)微秒；

β电荷窗1-10下限：设置10个β测量能谱低能端对应的道址；

gamma电荷(上、下限)；设置γ测量能谱感兴趣峰对应的道址。

3)计算活度

采用公式(1)和(2)进行活度计算。

4)本发明测量结果的验证如下：

为验证该装置测量结果的准确性，本装置与国防科技工业电离辐射一级计量站建立的放射性气体活度标准装置开展了测量比对。本装置活度测量结果的合成不确定度为0.8％，比对结果的相对偏差为1％，在不确定度范围(2σ)内一致。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，包括设置在屏蔽体内部的γ射线探测器和β射线探测器，其特征在于：所述的γ射线探测器为井型NaI(Tl)探测器(4)，所述的β射线探测器为内充气正比计数管(1)，所述内充气正比计数管(1)沿轴向插入井型NaI(Tl)探测器(4)中，所述的井型NaI(Tl)探测器(4)和内充气正比计数管(1)分别与数据获取分析系统的数字采集卡相连接，数据获取分析系统对井型NaI(Tl)探测器和内充气正比计数管的输出信号进行数据采集并进行β-γ符合计算。

2.如权利要求1所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其特征在于：所述的井型NaI(Tl)探测器(4)由独立高压电源提供工作电压,内充气正比计数管(1)由与高压电源连接的前置放大器提供工作电压。

3.如权利要求1所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其特征在于：所述的屏蔽体为低本底圆柱铅室(2)，圆柱铅室(2)内衬一体结构的无氧铜环(3)。

4.如权利要求1所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其特征在于：所述的内充气正比计数管(1)的阴极为不锈钢管，阳极为镀金钨丝，钨丝两端设有场管，并通过陶瓷绝缘子连接阴极不锈钢管的顶盖和底盖。

5.如权利要求1所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其特征在于：所述的井型NaI(Tl)探测器(4)与升降机构(5)相连接。

6.如权利要求1所述的数字化放射性惰性气体¹³³Xe活度符合测量装置，其特征在于：所述的数据获取分析系统具有可视化操作界面，并具有数据离线分析功能。