CN108535757A - 一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于辐射探测技术领域，涉及一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器。所述的探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第一层有机玻璃、第二层塑料闪烁体、第二层有机玻璃、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，所述的第一层塑料闪烁体用于测量所述的第二层塑料闪烁体用于测量利用本发明的可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，通过对辐射场的一次测量，就能同时分别获取和两种定向剂量当量率，而无需像传统的方法需要使用两台专门功能仪器，才能实现和的同时测量。本发明的探测器不但成本低、方便携带，而且在被测点空间较小时，可以节约一半的测量时间。

Description

一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器
技术领域
本发明属于辐射探测技术领域，涉及一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器。
背景技术
国际辐射单位与测量委员会(ICRU)对定向剂量当量率的定义为：辐射场某点的定向剂量当量H′(d,Ω)是相应的扩展场在ICRU球体指定方向Ω的半径上深度d处产生的剂量当量。ICRU对弱贯穿辐射建议d＝0.07mm，对眼晶体的监测建议d＝3mm，分别记为H'(0.07)和H'(3)。
辐射防护和辐射剂量监测工作中，为了保护工作人员的皮肤和眼晶体，需要对辐射场中的和这两种定向剂量当量率进行测量。传统的方法需要使用两台专门功能仪器，才能实现上述两个测量任务，这种做法不但增加了仪器成本，使携带性变差，而且在被测点空间较小时，还需要两倍的测量时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，以解决现有技术的辐射场中的和两种定向剂量当量率需要使用两台专门功能仪器进行测量的技术问题。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，所述的探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第一层有机玻璃、第二层塑料闪烁体、第二层有机玻璃、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，
所述的入射窗分多层交错排列，用于避光并反射所述的塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加所述的光电倍增管对闪烁光子的收集效率；
所述的第一层塑料闪烁体为发光衰减时间常数小于10ns的塑料闪烁体，用于测量
所述的第一层有机玻璃用于充当测量时的组织等效材料；
所述的第二层塑料闪烁体为发光衰减时间常数大于的塑料闪烁体200ns，用于测量
所述的第二层有机玻璃用于充当测量时的组织等效材料；
所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于测量和输出辐射粒子在所述的塑料闪烁体中产生的信号。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的探头还包括外壳，所述的第一层塑料闪烁体、第一层有机玻璃、第二层塑料闪烁体、第二层有机玻璃、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器密封封装在所述的外壳里。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的入射窗材质为铝化聚酯膜材料，质量厚度为1～3mg/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的第一层塑料闪烁体材质可采用Eljen公司的EJ212或者圣戈班公司的BC400(它们的发光衰减时间为2.4ns)。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的第一层塑料闪烁体的质量厚度为8～12mg/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的第二层塑料闪烁体材质为Eljen公司的EJ240或者圣戈班公司的BC444。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的第二层塑料闪烁体的质量厚度为8～12mg/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的第一层有机玻璃与第二层有机玻璃的质量厚度范围分别为280～290mg/cm2和1000～1500mg/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的入射窗的质量厚度与所述的第一层塑料闪烁体的质量厚度的一半的加和恰好为7mg/cm2；所述的入射窗的质量厚度，所述的第一层塑料闪烁体的质量厚度，所述的第一层有机玻璃的质量厚度，以及第二层塑料闪烁体的质量厚度的一半的加和恰好为300mg/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其中所述的外壳为铝壳。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中所述的外壳的厚度大于5mm。
本发明的有益效果在于，利用本发明的可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，通过对辐射场的一次测量，就能同时分别获取和两种定向剂量当量率，而无需像传统的方法需要使用两台专门功能仪器，才能实现和的同时测量。本发明的探测器不但成本低、方便携带，而且在被测点空间较小时，可以节约一半的测量时间。
附图说明
图1为示例性的本发明的可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器的探头的结构图。
图2为示例性的本发明的可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器需要提取的脉冲信息以及提取方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
一、探头结构
示例性的本发明的可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器包括探头，该探头的结构如图1所示，包括铝壳7以及依次紧密连接的入射窗1、第一层塑料闪烁体2(PS1)、第一层有机玻璃3(PMMA1)、第二层塑料闪烁体4(PS2)、第二层有机玻璃5(PMMA2)、光电倍增管(PMT)和电荷灵敏前置放大器6(PMT)。
入射窗1材质为多层交错重叠排列的铝化聚酯膜，总质量厚度为2mg/cm2,用于避光并反射塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加光电倍增管和电荷灵敏前置放大器6对闪烁光子的收集效率。
PS1材质为Eljen公司的EJ212，质量厚度为10mg/cm2，其发光衰减时间常数为2.4ns，用于测量
PMMA1质量厚度为283mg/cm2，用于充当测量时的组织等效材料。
PS2材质为Eljen公司的EJ240，质量厚度为10mg/cm2，其发光衰减时间常数为280ns，用于测量
PMMA2质量厚度为1100mg/cm2，用于充当测量时的组织等效材料。
光电倍增管和电荷灵敏前置放大器6用于测量和输出辐射粒子在PS1和PS2中产生的信号，其具有输入电源接头8和信号输出接头9。
入射窗1、PS1、PMMA1、PS2、PMMA2均为圆柱体型。
PS1、PMMA1、PS2、PMMA2、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器6密封封装在铝壳7里。铝壳7主要起保护内部材料和避光的作用，其厚度不应小于5mm。
由于入射窗1厚度与PS1厚度的1/2之和恰好等于7mg/cm2，且由于上述材料大多接近ICRU组织等效材料，因此PS1实现了对的直接测量，此时PMMA1、PS2和PMMA2作为测量时的反散射体。
由于入射窗1加PS1加PMMA1加PS2*1/2恰好等于300mg/cm2，因此PS2实现了对的直接测量，此时PMMA2作为测量时的反散射体。
二、和获取算法
本发明的探测器输出的脉冲用采样频率不低于50MSPS的模数转换器(ADC)采集后，传入现场可编程阵列(FPGA)进行实时处理。获取脉冲后，FPGA中的处理方法如下：
由于探测器输出的信号可能包含两种闪烁体的脉冲成分，因此需要分别提取这两种成分的脉冲。需要提取的脉冲信息以及提取方法如图2所示：
A)提取脉冲触发后第20ns时的幅度，记为A；
B)提取脉冲的最大幅度，记为P；
由于PS1(EJ212)和PS2(EJ240)的发光衰减时间常数分别为2.4ns和280ns，因此PS1对脉冲的贡献一定在A中，而脉冲中(P-A)一定全为PS2的贡献。由这些时间信息可以推算出，PS2对A的贡献为0.077*(P-A)。
记录一段时间(如1s)内的脉冲，假设一共n个脉冲，分别求：
然后使用标准辐射场校准，可以得到：
三、本发明的探测器的具体制作和测量
1.按照图1的结构及前述示例性的本发明的探测器中探头的各部件的质量厚度或尺寸制作探测器探头。
2.利用采样频率不低于50MSPS的ADC采集探测器探头输出的脉冲信号，并传入FPGA；
3.记录一段时间(如1s)内的脉冲，按图2所示方法提取这段时间内每个脉冲的A和P两个参数。
4.按式(1)计算S1和S2；
5.校准：在标准辐射场中，按式(2)校准求出校准系数k1、H01、k2和H02；
6.实际使用中，按式(2)计算和从而实现两种定向剂量当量率的同时测量。
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。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种可同时测量辐射场中两种定向剂量当量率的探测器，其特征在于，所述的探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第一层有机玻璃、第二层塑料闪烁体、第二层有机玻璃、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，
所述的入射窗分多层交错排列，用于避光并反射所述的塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器对闪烁光子的收集效率；
所述的第一层塑料闪烁体为发光衰减时间常数小于10ns的塑料闪烁体，用于测量
所述的第一层有机玻璃用于充当测量时的组织等效材料；
所述的第二层塑料闪烁体为发光衰减时间常数大于200ns的塑料闪烁体，用于测量
所述的第二层有机玻璃用于充当测量时的组织等效材料。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的探头还包括外壳，所述的第一层塑料闪烁体、第一层有机玻璃、第二层塑料闪烁体、第二层有机玻璃、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器密封封装在所述的外壳里。
3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的入射窗材质为铝化聚酯膜材料，质量厚度为1～3mg/cm2。
4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的第一层塑料闪烁体材质为Eljen公司的EJ212或者圣戈班公司的BC400，质量厚度为8～12mg/cm2。
5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的第二层塑料闪烁体材质为Eljen公司的EJ240或者圣戈班公司的BC444。
6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的第二层塑料闪烁体的质量厚度为5～15mg/cm2。
7.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的第一层有机玻璃与第二层有机玻璃的质量厚度范围分别为280～290mg/cm2和1000～1500mg/cm2。
8.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的入射窗的质量厚度与所述的第一层塑料闪烁体的质量厚度的一半的加和恰好为7mg/cm2；所述的入射窗的质量厚度，所述的第一层塑料闪烁体的质量厚度，所述的第一层有机玻璃的质量厚度，以及第二层塑料闪烁体的质量厚度的一半的加和恰好为300mg/cm2。
9.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的外壳为铝壳。
10.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的外壳的厚度大于5mm。
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