CN108802794B - 一种放射性活度传递测量装置及其活度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本公开属于放射性活度计量领域，特别涉及一种放射性活度传递测量装置，包括：屏蔽室、探测器、支撑台和参考源；其中探测器设置在屏蔽室内，并且探测器为井型NaI(Tl)晶体组成的闪烁探测器；支撑台，用于支撑屏蔽室；参考源放置在探测器内。一种放射性活度测量方法，包括：a.开机、预热、检验探测器分辨率；b.对探测器进行能量刻度；c.测量本底能谱；d.测量待测样品能谱；e.读取样品的全谱计数率，得到样品净计数率n；f.将待测样品净计数率n与总效率带入式A＝n/εT中；g.计算得出待测样品活度A。从而实现一种体积小、重量轻的便携式放射性活度传递与测量装置及其测量方法。
Description
技术领域
本发明属于放射性活度计量领域，特别涉及一种放射性活度传递测量装置及其活度测量方法。
背景技术
放射性活度测量是电离辐射计量学的重要组成部分，它广泛应用于核技术领域的各个方面。
放射性活度测量依赖于放射性活度标准装置，放射性活度标准装置测量结果的准确性和可靠性一般通过传递比较法和实验室比对进行验证。
放射性活度标准装置的铅屏蔽室重量一般在一吨左右。由于铅屏蔽室的重量和庞大体积，目前的放射性活度测量标准装置一般为实验室固定装置，难以满足对运输和转移比较困难的放射源的活度现场检定、校准需求，即不能实现通过放射源的传递比较法向高一级计量标准进行验证。
另外，目前放射性活度标准装置间的比对一般通过放射性标准溶液或标准源的传递。当放射性溶液或放射性源的流通受到限制时，比对验证也将难以开展。
发明内容
(一)发明的目的
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种体积小、重量轻的便携式放射性活度传递测量装置及其活度测量方法。
(二)技术方案
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种放射性活度传递测量装置，包括：屏蔽室、探测器、支撑台和参考源；
其中所述探测器设置在屏蔽室内，并且所述探测器为井型NaI(Tl)晶体组成的闪烁探测器；
所述支撑台，用于支撑屏蔽室；
所述参考源放置在探测器内。
所述探测器包括：第一圆柱体、半球体和第二圆柱体；
所述半球体的直径与第一圆柱体的外径相同，并且半球体从第一圆柱体底面向下延伸；
所述第二圆柱体的外径小于半球体的直径，并且所述第二圆柱体从半球体下部向下延伸。
在所述探测器的第一圆柱体远离半球体的一端处设置井。
所述井的直径为10mm～40mm，并且井深度为10mm～94mm，所述井的直径与深度配合形成立体角范围是72.4％～99.9％。
所述屏蔽室包括：屏蔽体、屏蔽室顶盖、屏蔽室底座；
其中所述屏蔽体为管型结构，包括：第一管件和第二管件；所述第一管件外直径与第二管件的外直径相同，第一管件的内直径大于第二管件的内直径，第一管件与第二管件同轴一体成型；
所述屏蔽室顶盖为圆柱型结构，包括：顶盖第一圆柱和顶盖第二圆柱；其中所述顶盖第一圆柱的外直径与屏蔽体的外直径相同；所述顶盖第二圆柱的外直径与屏蔽体的第一管件内直径相同；所述顶盖第二圆柱与顶盖第一圆柱同轴一体成型；
所述屏蔽室底座为平板结构，在所述屏蔽室底座上设有环形凹槽，所述凹槽的宽度与所述屏蔽体的壁厚相同；
所述屏蔽体放置于屏蔽室底座的环形凹槽内，屏蔽室顶盖盖在屏蔽体远离屏蔽室底座的一端处。
所述屏蔽体包括内衬，所述内衬的材料为铜。
所述支撑台中间设有用于通过第二圆柱体的贯穿孔。
所述探测器与屏蔽室之间还包括探测器固定座。
所述探测器固定座为圆柱体，探测器固定座外径与屏蔽室内径相同；所述探测器固定座中轴处设有轴向贯穿孔，贯穿孔直径与探测器的第二圆柱体外径相同；所述探测器固定座一端平面设有半球型凹槽，半球形凹槽直径与探测器的半球体直径相同。
所述参考源包括参考源顶盖、参考源底托和放射源；
其中，所述参考源顶盖为设有盲孔的圆板；
所述参考源底托为设有盲孔的圆板，所述参考源底托的盲孔深度与所述参考源顶盖的厚度相同，并且所述参考源底托与参考源顶盖可拆卸连接；
所述放射源为Nb，放射源放置在参考源顶盖与参考源底托形成的空隙内。
一种放射性活度测量方法，包括：
a.开机、预热、检验探测器分辨率；
b.对探测器进行能量刻度，用参考源低能射线设置测量阈值，使其与效率刻度设置的阈值保持一致，检查其他测量参数与刻度设置的阈值一致；
c.测量本底能谱；
d.将待测样品放置在装置上已刻度效率的位置，测量待测样品能谱；
e.读取样品的全谱计数率，并对其进行本底修正后得到样品净计数率n；
f.从刻度数据库中读取待测核素的总效率，将待测样品净计数率n与总效率带入式A＝n/εT中；
g.计算得出待测样品活度A。
(三)有益效果
本发明采用了小尺寸的屏蔽室、三层结构的屏蔽体及井型NaI(Tl)晶体组成的闪烁探测器有效减小了装置的体积及重量，总重量小于100kg，实现了放射性活度传递测量装置体积小、重量轻，可方便移动到现场进行测量，因此可满足相关核素放射源的现场检定、校准需求。同时装置采用了大体积的NaI(Tl)晶体，提高了探测效率，减小了测量不确定度。
通过装置在实验室间传递，利用参考源94Nb等效活度，可实现其他活度测量标准装置测量能力的比对，避免了用放射源传递进行比对的困难。
附图说明
1.图1是本发明根据一个实施方式的放射性活度传递测量装置结构示意图。
2.图2是本发明根据一个实施方式的屏蔽室顶盖剖视图。
3.图3是本发明根据一个实验方式的屏蔽室顶盖俯视图。
4.图4是本发明根据一个实施方式的屏蔽体结构示意图。
5.图5是本发明根据一个实施方式的探测器剖视图。
6.图6是本发明根据一个实施方式的探测器俯视图。
7.图7是本发明根据一个实施方式的探测器固定座剖视图。
8.图8是本发明根据一个实施方式的探测器固定座俯视图。
9.图9是本发明根据一个实施方式的屏蔽室底座剖视图。
10.图10是本发明根据一个实施方式的屏蔽室底座俯视图。
11.图11是本发明根据一个实施方式的参考源结构示意图。
其中1屏蔽室顶盖2屏蔽体3探测器4探测器固定座5屏蔽室底座6支撑台7顶盖第一圆柱8顶盖第二圆柱9第一管件10第二管件11第一圆柱体12半球体13第二圆柱体14参考源顶盖15参考源底托
具体实施方式
本公开结合附图，对其具体实施方式进一步说明如下：
一种放射性活度传递测量装置，包括：屏蔽室、探测器3、支撑台6和参考源；
其中探测器3设置在屏蔽室内，并且探测器3为井型NaITl晶体组成的闪烁探测器；
支撑台6，用于支撑屏蔽室；
参考源放置在探测器内。
探测器3包括：第一圆柱体11、半球体12和第二圆柱体13；
其中第一圆柱体11具有外径；
半球体12的直径与第一圆柱体11的外径相同，并且半球体12从第一圆柱体底面向下延伸；
第二圆柱体13的外径小于半球体12的直径，并且第二圆柱体13从半球体12下部向下延伸。
在探测器3的第一圆柱体11远离半球体12的一端处设置井。
在井的直径为10mm～40mm，并且井深度为10mm～94mm，井的直径与深度配合形成立体角范围是72.4％～99.9％。
屏蔽室3包括：屏蔽体2、屏蔽室顶盖1、屏蔽室底座5；
其中屏蔽体2为管型结构，包括：第一管件9和第二管件10；第一管件9外直径与第二管件10的外直径相同，第一管件9的内直径大于第二管件10的内直径，第一管件9与第二管件10同轴一体成型；
屏蔽室顶盖1为圆柱型结构，包括：顶盖第一圆柱7和顶盖第二圆柱8；其中顶盖第一圆柱7的外直径与屏蔽体2的外直径相同；顶盖第二圆柱8的外直径与屏蔽体2的第一管件9内直径相同；顶盖第二圆柱8与顶盖第一圆柱7同轴一体成型；
屏蔽室底座5为平板结构，在屏蔽室底座5上设有环形凹槽，凹槽的宽度与屏蔽体2的壁厚相同；
屏蔽体2放置于屏蔽室底座5的环形凹槽内，屏蔽室顶盖1盖在屏蔽体2远离屏蔽室底座5的一端处。
屏蔽体2包括内衬，内衬的材料为铜。
支撑台6中间设有用于通过第二圆柱体13的贯穿孔。
探测器3与屏蔽室之间还包括探测器固定座4。
探测器固定座4为圆柱体，探测器固定座4外径与屏蔽室内径相同；探测器固定座4中轴处设有轴向贯穿孔，贯穿孔直径与探测器3的第二圆柱体13外径相同；探测器固定座4一端平面设有半球型凹槽，半球形凹槽直径与探测器3的半球体12直径相同。
参考源包括参考源顶盖14、参考源底托15和放射源；
其中，参考源顶盖14为设有盲孔的圆板；
参考源底托15为设有盲孔的圆板，参考源底托15的盲孔深度与参考源顶盖14的厚度相同，并且参考源底托15与参考源顶盖14可拆卸连接；
放射源为94Nb，放射源放置在参考源顶盖14与参考源底托15形成的空隙内。
建立的传递标准装置既可进行现场活动测量，又可进行标准装置间的活度测量。
进行现场活度测量时，将装置携带到测量现场，利用已公开确认的活度测量方法，即可实现现场放射源的活度测量。
而目前已经公开的测量方法为：
(1)级联符合加和峰法
该方法属于绝对测量方法，具体原理如下：
对于简单级联γ衰变核素，设其活度为A，N1、N2、N12和T分别是γ1、γ2的全能峰、相加峰的净峰面积计数率以及全能谱的总计数率(或积分计数率)。和/>是γ1和γ2的全能峰探测效率，/>和/>是γ1和γ2的全能谱(或积分计数率)的探测效率。则
解上述方程可以得到
式中：T—全谱计数率(经过本底、计数阈修正),s-1；
N1、N2、N12—γ射线单峰、符合峰的计数率(经过本底修正)，s-1；
A—核素活度，Bq。
可以看出，活度A不依赖于任何探测效率，N1、N2、N12和T均可在获取的谱上得到，因此该方法是一种绝对测量方法。
具体测量过程：
a.开机、预热、检验探测器分辨率；
b.测量本底能谱；
c.将待测样品放置在装置的井底位置，测量待测样品能谱，从能谱上分别读取γ射线单峰、符合峰的计数率及全谱计数率。并从本底能谱上读取相应ROI区域的本底，对测量的样品计数率进行修正，并对全谱计数进行阈值外推修正，最终得到修正后的N1、N2、N12，T。
d.将经过修正的各计数率代入式(5)，即可计算得到待测样品活度。
(2)4πγ计数法
该方法属于相对测量方法，具体原理如下：
4πγ计数法适用于多γ衰变核素活度的测量，其活度计算原理为：
A＝n/εT (6)
式中：A为待测核素活度，n为样品全谱总净计数率，εT为核素总效率。其中n由样品测量计数率ns(含本底)扣除本底计数率nb得到，即：
n＝ns-nb (7)
具体测量过程：
a.开机、预热、检验探测器分辨率；
b.对探测器进行能量刻度，用参考源低能射线设置测量阈值与效率刻度设置的阈值保持一致，检查其他测量参数也与刻度设置阈值一致；
c.测量本底能谱；
d.将待测样品放置在装置上已刻度效率的位置，测量待测样品能谱，从能谱上读取样品的全谱计数率，并对其进行本底修正后得到样品净计数率n。
e.从刻度数据库中读取待测核素的总效率εT，将待测样品净计数率n与总效率εT代入式(6)，即可计算得到待测样品活度。
根据上述装置，其中装置尺寸要求：井直径为10mm～40mm、井深度为10mm～94mm，井的直径与深度配合形成立体角范围是72.4％～99.9％。
测量方法数据要求为：级联符合加和峰法，采用的待测标准点源为125I，比活度为1.364MBq·g-1不确定度U为0.70％(k＝2)；
4πγ计数法，采用的待测标准点源为152Eu，活度为3.07×104Bq不确定度U为1.3％(k＝2)。
采用以上方法和标准源对本公开装置进行测试，具体实施例如下：
实施例1
根据上述所述装置，探测器3的井直径为40mm、井深度为10mm，井的直径与深度配合形成立体角是72.4％。
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.358MBq·g-1，不确定度U为0.95％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.44％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.03×104Bq，不确定度U为1.5％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-1.3％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例2
根据上述所述装置，探测器3的井直径为40mm、井深度为20mm，井的直径与深度配合形成立体角是85.4％。
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.360MBq·g-1，不确定度U为0.80％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.29％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.02×104Bq，不确定度U为1.6％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-1.6％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例3
根据上述所述装置，探测器3的井直径为40mm、井深度为94mm，井的直径与深度配合形成立体角是98.9％。
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.361MBq·g-1，不确定度U为0.81％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.22％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.06×104Bq，不确定度U为1.5％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.3％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例4
根据上述所述装置，探测器3的井直径为38mm、井深度为75mm，井的直径与深度配合形成立体角是98.5％；
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.365MBq·g-1，不确定度U为0.70％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为0.07％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.05×104Bq，不确定度U为1.1％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.7％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例5
根据上述所述装置，探测器3的井直径为30mm、井深度为40mm，井的直径与深度配合形成立体角是96.8％。
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.362MBq·g-1，不确定度U为0.72％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.15％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.03×104Bq，不确定度U为1.2％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-1.3％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例6
根据上述所述装置，探测器3的井直径为20mm、井深度为70mm，井的直径与深度配合形成立体角是99.5％。
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.361MBq·g-1，不确定度U为0.75％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.22％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.04×104Bq，不确定度U为1.5％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-1.0，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
实施例7
根据上述所述装置，探测器3的井直径为10mm、井深度为94mm，井的直径与深度配合形成立体角是99.9％；
采用级联符合加和峰法，待测标准点源为125I，测得溶液比活度为1.363MBq·g-1，不确定度U为0.75％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为-0.07％，小于二者比活度测量结果的合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
采用4πγ计数法，待测标准点源为152Eu，测得活度为3.09×104Bq，不确定度U为1.1％(k＝2)；本公开装置的测量结果与标准点源偏差为0.7％，小于二者活度测量结果合成不确定度表明本公开装置的测量结果准确可靠。
上例子仅是为了便于说明本公开操作方法和功能，并不仅仅局限于该例子，只要在本权利要求书的范围内，或本领域内的技术人员进行简单的变化或参数的变化就能实现对放射性活度传递与测量装置的便属于该专利的保护范畴，只是限于设计参数和内容太多不再一一列举。
Claims (8)
1.一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述方法采用了一种放射性活度传递测量装置；所述测量方法采用以94Nb为参考源的全能谱测量方法为：
a.开机、预热、检验探测器分辨率；
b.对探测器进行能量刻度，用参考源低能射线设置测量阀值与效率刻度设置的阈值保持一致，检查其他测量参数与刻度设置的阈值一致；
c.测量本底能谱；
d.将待测样品放置在装置上已刻度效率的位置，测量待测样品能谱；
e.读取样品的全谱计数率，并对其进行本底修正后得到样品净计数率n；
f.从刻度数据库中读取待测核素的总效率εT，将待测样品净计数率n与总效率带入式A=n/εT中；
g.计算得出待测样品活度A；
所述放射性活度传递测量装置，包括：屏蔽室、探测器（3）、支撑台（6）和参考源；
其中所述探测器（3）设置在屏蔽室内，并且所述探测器（3）为井型NaI（Tl）晶体组成的闪烁探测器；
所述支撑台（6），用于支撑屏蔽室；
所述参考源放置在探测器内，所述参考源包括参考源顶盖（14）、参考源底托（15）和放射源；所述放射源为94Nb；所述井的直径为10mm~40mm，并且井深度为10mm~94mm，所述井的直径与深度配合形成立体角范围是72.4%~99.9%；探测器固定座（4）为圆柱体，探测器固定座（4）外径与屏蔽室内径相同；所述探测器固定座（4）中轴处设有轴向贯穿孔，贯穿孔直径与探测器（3）的第二圆柱体（13）外径相同；所述探测器固定座（4）一端平面设有半球型凹槽，半球形凹槽直径与探测器（3）的半球体（12）直径相同。
2.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述探测器（3）包括：第一圆柱体（11）、半球体（12）和第二圆柱体（13）；
所述半球体（12）的直径与第一圆柱体（11）的外径相同，并且半球体（12）从第一圆柱体底面向下延伸；
所述第二圆柱体（13）的外径小于半球体（12）的直径，并且所述第二圆柱体（13）从半球体（12）下部向下延伸。
3.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，在所述探测器（3）的第一圆柱体（11）远离半球体（12）的一端处设置井。
4.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述屏蔽室包括：屏蔽体（2）、屏蔽室顶盖（1）、屏蔽室底座（5）；
其中所述屏蔽体（2）为管型结构，包括：第一管件（9）和第二管件（10）；所述第一管件（9）外直径与第二管件（10）的外直径相同，第一管件（9）的内直径大于第二管件（10）的内直径，第一管件（9）与第二管件（10）同轴一体成型；
所述屏蔽室顶盖（1）为圆柱型结构，包括：顶盖第一圆柱（7）和顶盖第二圆柱（8）；其中所述顶盖第一圆柱
（7）的外直径与屏蔽体（2）的外直径相同；所述顶盖第二圆柱（8）的外直径与屏蔽体（2）的第一管件（9）内直径相同；所述顶盖第二圆柱（8）与顶盖第一圆柱（7）同轴一体成型；
所述屏蔽室底座（5）为平板结构，在所述屏蔽室底座（5）上设有环形凹槽，所述凹槽的宽度与所述屏蔽体（2）的壁厚相同；
所述屏蔽体（2）放置于屏蔽室底座（5）的环形凹槽内，屏蔽室顶盖（1）盖在屏蔽体（2）远离屏蔽室底座（5）的一端处。
5.根据权利要求4所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述屏蔽体（2）包括内衬，所述内衬的材料为铜。
6.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述支撑台（6）中间设有用于通过第二圆柱体（13）的贯穿孔。
7.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述探测器（3）与屏蔽室之间还包括探测器固定座（4）。
8.根据权利要求1所述的一种放射性活度测量方法，其特征在于，所述参考源顶盖（14）为设有盲孔的圆板；
所述参考源底托（15）为设有盲孔的圆板，所述参考源底托（15）的盲孔深度与所述参考源顶盖（14）的厚度相同，并且所述参考源底托（15）与参考源顶盖（14）可拆卸连接；
所述放射源放置在参考源顶盖（14）与参考源底托（15）形成的空隙内。
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