CN112068182A - 基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多丝正比室的4πβ‑γ符合测量装置，4πβ多丝正比室探测器包括上腔体和下腔体；上腔体和下腔体内均设置相互平行的阳极丝；检测的γ道信号通过γ检测支路混合并处理后发送至符合电路和计数器；4πβ多丝正比室探测器检测的β道信号通过β检测支路处理；处理后的γ道信号和处理后的β道信号符合后生成符合道信号并发送至计数器；计数器进行计数，处理单元获取放射源的放射性活度值。本发明还公开了基于多丝正比室的4πβ‑γ符合测量方法。本发明利用自主设计的4πβ多丝正比室探测器，可有效降低4πβ‑γ符合测量这种放射性活度绝对测量方法的制源难度，并可直接测量平面源这一类放射源的放射性活度值。

Description

基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测及电离辐射计量领域，具体涉及基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法。

背景技术

4πβ-γ符合测量方法是一种测量放射性活度的绝对测量方法。由于该方法采用了符合技术，对绝大多数β-γ核素具有极高的准确度，因此各个国家的主要计量机构(National Metrology Institutes,NIMs)均建立有相应的4πβ-γ符合测量装置，并将其作为一个国家的放射性活度测量的基准装置。4πβ-γ符合测量装置包含两种类型的探测器，分别探测同一次衰变过程中发射出的两种类型的放射性粒子。其中，用于探测β粒子的探测器称为β探测器，用于探测γ粒子的探测器称为γ探测器。

4πβ-γ符合测量装置中的β探测器一般为4π正比计数器。4π正比计数器采用的是单根阳极丝的布置方式，其电场分布呈发散状，因此对于面积较大的放射源，其对源内不同位置处的放射性物质的探测效率并不一致，进而影响测量结果。

为了使得放射源面积的影响可以忽略，人们在制备待测放射源时，通常需要将放射源的源直径控制在3mm之内，因此具有较高的技术难度。另外，对于医疗、同位素生产、环境监测、工业控制等核技术应用领域中所使用的平面源，其源直径通常大于10mm，因此在不破坏放射源的条件下，4πβ-γ符合测量方法并不能直接测量其放射性活度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的4πβ-γ符合测量方法不能直接测量大面积放射源的放射性活度，目的在于提供基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，包括探测装置、γ检测支路、β检测支路、符合电路、计数器和处理单元；所述探测装置包括：4πβ多丝正比室探测器：用于对探测装置内试样进行4πβ探测；γ探测器A：用于对探测装置内试样进行γ探测；γ探测器B：用于对探测装置内试样进行γ探测；γ高压电源A：用于向γ探测器A提供高压；γ高压电源B：用于向γ探测器B提供高压；β高压电源：用于向4πβ多丝正比室探测器提供高压；所述4πβ多丝正比室探测器包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过放射源承载托板分割；所述上腔体和下腔体内均设置相互平行的阳极丝，且所述阳极丝输出β道信号；γ探测器A和γ探测器B检测所述γ道信号；所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号通过所述γ检测支路混合并处理后发送至符合电路和计数器；所述4πβ多丝正比室探测器检测的β道信号通过所述β检测支路处理后发送至符合电路和计数器；所述符合电路将处理后的γ道信号和处理后的β道信号符合后生成符合道信号并发送至计数器；所述计数器根据处理后的γ道信号获取γ道计数率；所述计数器根据处理后的β道信号获取β道计数率；所述计数器根据所述符合道信号获取符合道计数率；所述计数器将γ道计数率、β道计数率和符合道计数率发送至处理单元；所述处理单元对接收到的数据处理获取放射源的放射性活度值。

本发明应用时，针对于大面积放射源放射性活度值检测的特点，首先采用自主设计的4πβ多丝正比室探测器作为β探测器，4πβ多丝正比室探测器通过放射源承载托板分割为上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内设置的相互平行的阳极丝作阳极，通过阳极丝进行信号检测并作为β道信号检测的信号来源；通过γ探测器A和γ探测器B对γ信号进行探测并作为γ道信号检测的信号来源。而由于放射源可以直接放置在放射源承载托板上，且放射源承载托板设计得足够大，使得即使在放射源尺寸较大时，通过4πβ多丝正比室探测器、γ探测器A和γ探测器B都可以对放射源进行充分的检测，从而实现前端的数据采集。

而在后端数据处理中，则通过符合法检测放射源放射性活度的方式，实现大面积放射源放射性活度值的直接检测，通过本发明装置，只需要将大面积放射源放置在4πβ多丝正比室探测器中进行检测就可以直接得出大面积放射源的放射性活度。本发明利用自主设计的4πβ多丝正比室探测器作为4πβ-γ符合测量装置中的β探测器，以此建立了4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置。

进一步的，所述γ检测支路包括依次串联的γ混合模块、γ主放模块、γ单道模块和γ门电路。

进一步的，所述γ混合模块对所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号进行混合；所述γ主放模块对混合后的γ道信号进行放大；所述γ单道模块将放大后的γ道信号甄别掉噪声信号；所述γ门电路将甄别后的γ道信号发送至符合电路和计数器。

进一步的，所述β检测支路包括依次串联的β前置放大模块、β主放模块、β单道模块和β门电路。

进一步的，所述β前置放大模块对所述β道信号进行前置放大；所述β主放模块对前置放大后的β道信号进行放大；所述β单道模块将放大后的β道信号甄别掉噪声信号；所述β门电路将甄别后的β道信号发送至符合电路和计数器。

进一步的，所述处理单元对γ道计数率、β道计数率和符合道计数率进行本底修正、死时间修正和偶然符合修正后获取修正后数据。

进一步的，所述处理单元将所述修正后数据通过参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获取放射源的放射性活度值。

进一步的，所述符合电路根据接收到的处理后的γ道信号和处理后的β道信号生成脉冲信号，并将所述脉冲信号作为符合道信号发送至计数器。

使用上述任意一项所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置的方法，包括以下步骤：

S1：对试样进行相应的γ能谱测量、坪曲线测量和相对延迟时间测量，并进行死时间和符合分辨时间的调节，获取修正数据；

S2：根据γ能谱的测量结果设定γ高压电源输出的电压值和对应的γ窗；并根据坪曲线的测量结果设定β高压电源输出的电压值；

S3：在探测装置内不放置放射源试样进行测量获取β道本底计数率、γ道本底计数率和符合道本底计数率；

S4：将待测放射源置于探测装置内部进行放射源测量，获取β道计数率、γ道计数率和符合道计数率；

S5：利用修正数据和本底数据对所述β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行修正后，获取平面放射源的活度值。

进一步的，步骤S5包括以下子步骤：

使用β道本底计数率对β道计数率进行本底修正；使用γ道本底计数率对γ道计数率进行本底修正；使用符合道本底计数率对符合道计数率进行本底修正；

根据所述修正数据对本底修正后的β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行死时间修正和偶然符合修正后利用参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获得放射源的放射性活度值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法，降低4πβ-γ符合测量这种放射性活度绝对测量方法的制源难度；

2、本发明基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法，使得4πβ-γ符合测量方法能够直接测量类似于平面源这类大面积放射源的放射性活度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，包括探测装置、γ检测支路、β检测支路、符合电路、计数器和处理单元；所述探测装置包括：4πβ多丝正比室探测器：用于对探测装置内试样进行4πβ探测；γ探测器A：用于对探测装置内试样进行γ探测；γ探测器B：用于对探测装置内试样进行γ探测；γ高压电源A：用于向γ探测器A提供高压；γ高压电源B：用于向γ探测器B提供高压；β高压电源：用于向4πβ多丝正比室探测器提供高压；所述4πβ多丝正比室探测器包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过放射源承载托板分割；所述上腔体和下腔体内均设置相互平行的阳极丝，且所述阳极丝输出β道信号；γ探测器A和γ探测器B检测所述γ道信号；所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号通过所述γ检测支路混合并处理后发送至符合电路和计数器；所述4πβ多丝正比室探测器检测的β道信号通过所述β检测支路处理后发送至符合电路和计数器；所述符合电路将处理后的γ道信号和处理后的β道信号符合后生成符合道信号并发送至计数器；所述计数器根据处理后的γ道信号获取γ道计数率；所述计数器根据处理后的β道信号获取β道计数率；所述计数器根据所述符合道信号获取符合道计数率；所述计数器将γ道计数率、β道计数率和符合道计数率发送至处理单元；所述处理单元对接收到的数据处理获取放射源的放射性活度值。

本实施例实施时，针对于大面积放射源放射性活度值检测的特点，首先采用自主设计的4πβ多丝正比室探测器作为β探测器，4πβ多丝正比室探测器通过放射源承载托板分割为上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内设置的相互平行的阳极丝作阳极，同时通过阳极丝进行信号检测并为β道信号检测的信号来源；通过γ探测器A和γ探测器B对γ信号进行探测并作为γ道信号检测的信号来源。而由于放射源可以直接放置在放射源承载托板上，且放射源承载托板设计得足够大，使得即使在放射源尺寸较大时，通过4πβ多丝正比室探测器、γ探测器A和γ探测器B都可以对放射源进行充分的检测，从而实现前端的数据采集。本实施例利用多丝正比室的电场均匀，探测面积大的特点，从而实现面积较大的放射源的直接测量。

而在后端数据处理中，则通过符合法检测放射源放射性活度的方式，实现大面积放射源放射性活度值的直接检测，通过本发明装置，只需要将大面积放射源放置在4πβ多丝正比室探测器中进行检测就可以直接得出大面积放射源的放射性活度。本发明利用自主设计的4πβ多丝正比室探测器作为4πβ-γ符合测量装置中的β探测器，以此建立了4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述γ检测支路包括依次串联的γ混合模块、γ主放模块、γ单道模块和γ门电路。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述γ混合模块对所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号进行混合；所述γ主放模块对混合后的γ道信号进行放大；所述γ单道模块将放大后的γ道信号甄别掉噪声信号；所述γ门电路将甄别后的γ道信号发送至符合电路和计数器。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述β检测支路包括依次串联的β前置放大模块、β主放模块、β单道模块和β门电路。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述β前置放大模块对所述β道信号进行前置放大；所述β主放模块对前置放大后的β道信号进行放大；所述β单道模块将放大后的β道信号甄别掉噪声信号；所述β门电路将甄别后的β道信号发送至符合电路和计数器。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述处理单元对γ道计数率、β道计数率和符合道计数率进行本底修正、死时间修正和偶然符合修正后获取修正后数据。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述处理单元将所述修正后数据通过参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获取放射源的放射性活度值。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述符合电路根据接收到的处理后的γ道信号和处理后的β道信号生成脉冲信号，并将所述脉冲信号作为符合道信号发送至计数器。

使用上述任意一项所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置的方法，包括以下步骤：

S1：对试样进行相应的γ能谱测量、坪曲线测量和相对延迟时间测量，并进行死时间和符合分辨时间的调节，获取修正数据；

S2：根据γ能谱的测量结果设定γ高压电源输出的电压值和对应的γ窗；并根据坪曲线的测量结果设定β高压电源输出的电压值；

S3：在探测装置内不放置放射源试样进行测量获取β道本底计数率、γ道本底计数率和符合道本底计数率；

S4：将待测放射源置于探测装置内部进行放射源测量，获取β道计数率、γ道计数率和符合道计数率；

S5：利用修正数据和本底数据对所述β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行修正后，获取平面放射源的活度值。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S5包括以下子步骤：

使用β道本底计数率对β道计数率进行本底修正；使用γ道本底计数率对γ道计数率进行本底修正；使用符合道本底计数率对符合道计数率进行本底修正；

根据所述修正数据对本底修正后的β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行死时间修正和偶然符合修正后利用参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获得放射源的放射性活度值。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，在本实施例中：

4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置主要由β探测器、γ探测器以及相应的电子学器件组成。其中，β探测器为自主设计的4πβ多丝正比室探测器，γ探测器包括γ探测器A和γ探测器B，其为NaI(Tl)闪烁探测器或HPGe探测器，电子学器件主要有高压电源以及实现相应电子学信号放大、滤波、成形、符合和计数等功能的硬件插件。

对于β-γ核素，其发生放射性衰变过程中将同时发射β粒子和γ粒子，并分别被4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置的4πβ多丝正比室探测器和NaI(Tl)闪烁探测器(或HPGe探测器)所探测，同时分别产生相应的电子学信号，其中β探测器输出的信号为β信号，γ探测器输出的信号为γ信号。β信号经过相应的电子学插件的放大、滤波、成形后将被计数，所获得的单位时间内的计数称为β计数率，用符号n_β表示，该信号通道称为β道。与β道相同，γ信号经过相应的电子学插件的放大、滤波、成形后将被计数，所获得的单位时间内的计数称为γ计数率，用符号n_γ表示，该信号通道称为γ道。β信号和γ信号经过相应的电子学插件的放大、滤波、成形后还将同时被送入符合电路进行符合，符合电路所获得的单位时间内的计数称为符合计数率，用符号n_c表示，该信号通道称为符合道。在对β道、γ道和符合道的计数记录了以后，进行相应的数据处理就可以求得待测放射源的活度。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，在本实施例的测量方法为：

1、进行相应的γ能谱测量、坪曲线测量、相对延迟时间测量，并进行死时间、符合分辨时间的调节，以便为测量过程中相应参数的设定和数据处理时相应数据的修正提供依据；

2、根据γ能谱的测量结果设定好加在NaI(Tl)闪烁探测器或HPGe探测器上的高压以及相应的γ“窗”，根据坪曲线的测量结果设定好加在4πβ多丝正比室探测器上的高压。

3、在4πβ多丝正比室探测器内部先不放置放射源，以进行本底测量，获得β道、γ道以及符合道的本底计数率n_βb、n_γb和n_cb；

4、将待测放射源置于4πβ多丝正比室探测器内部，以进行放射源测量，获得β道、γ道以及符合道的本底计数率n_β、n_γ、和n_c；

5、将获得的数据进行本底修正、死时间修正和偶然符合修正后利用参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，以获得放射源的放射性活度值。

为了进一步的说明本实施例的工作过程，在本实施例中：

该装置主要由β探测器、γ探测器以及相应的电子学器件组成。其中，β探测器为自主设计的4πβ多丝正比室探测器，γ探测器为NaI(Tl)闪烁探测器或HPGe探测器，电子学器件主要有高压电源以及实现相应电子学信号放大、滤波、成形、符合和计数等功能的硬件插件。

4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置的设计方案如图1所示。

为满足面积较大的放射源的测量工作，我们基于多丝正比室的原理，利用其电场均匀、探测面积大的特点，设计了β探测器，并称之为4πβ多丝正比室探测器(或称作4πβ(多丝正比室)探测器)。4πβ多丝正比室探测器长240mm，宽200mm，高70mm，有效探测面积为120mm×120mm，远大于一般的放射源的面积(直径60mm以内)。该4πβ多丝正比室探测器为流气式结构，采用上下腔室对称的结构设计，而放射源就放置在位于上腔室和下腔室之间的托板上，从而实现4π立体角的测量。

γ探测器布置在4πβ多丝正比室探测器的上下两侧，并采用同轴布置的方式。所选用的γ探测器为NaI(Tl)闪烁探测器或HPGe探测器。

电子学器件主要有高压电源、前置放大器、主放大器、单道阈值甄别器、门产生器、符合电路和六路计数器，所采用的电子学器件的厂家和型号如表1所示。除高压电源为相应探测器提供高压外，其他电子学器件则进行相应的信号处理工作。

4πβ(多丝正比室)-γ符合测量装置的工作原理如下。4πβ多丝正比室探测器形成电场所需高压由前置放大器加在其阳极丝上，其产生的信号依次经过前放的预放大处理和主放的放大处理后进入单道阈值甄别器，并由单道阈值甄别器甄别掉噪声信号。门产生器在接受到来自单道阈值甄别器的信号后会产生一个矩形脉冲，并输入到六路计数器当中进行计数。这一信号通道探测β粒子，因而称为β道。γ探测器所需高压电源直接加在光电倍增管上，产生的信号经过主放大器的放大后进入单道阈值甄别器，并由单道阈值甄别器甄别掉噪声信号。与β道相同，门产生器在接收到来自单道阈值甄别器的信号后会产生一个矩形脉冲，并输入到六路计数器当中进行计数。这一信号通道探测γ粒子，因而称为γ道。β道和γ道的门产生器除了直接将信号输送到六路计数器进行计数外，还会将信号输入到符合电路。如果β道和γ道所产生的信号“同时”到达符合电路，则符合电路会输出一个脉冲信号，并被六路计数器计数。这一信号通道记录符合电路所产生的脉冲，因而称作符合道，或c(coincidence)道。在对β道、γ道和符合道的计数记录了以后，进行相应的数据处理就可以求得待测放射源的活度。

表1电子学器件的厂家和型号

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，包括探测装置、γ检测支路、β检测支路、符合电路、计数器和处理单元；

所述探测装置包括：

4πβ多丝正比室探测器：用于对探测装置内试样进行4πβ探测；

γ探测器A：用于对探测装置内试样进行γ探测；

γ探测器B：用于对探测装置内试样进行γ探测；

γ高压电源A：用于向γ探测器A提供高压；

γ高压电源B：用于向γ探测器B提供高压；

β高压电源：用于向4πβ多丝正比室探测器提供高压；

所述4πβ多丝正比室探测器包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过放射源承载托板分割；所述上腔体和下腔体内均设置相互平行的阳极丝，且所述阳极丝输出β道信号；γ探测器A和γ探测器B检测所述放射源的γ道信号；

所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号通过所述γ检测支路混合并处理后发送至符合电路和计数器；所述4πβ多丝正比室探测器检测的β道信号通过所述β检测支路处理后发送至符合电路和计数器；所述符合电路将处理后的γ道信号和处理后的β道信号符合后生成符合道信号并发送至计数器；

所述计数器根据处理后的γ道信号获取γ道计数率；所述计数器根据处理后的β道信号获取β道计数率；所述计数器根据所述符合道信号获取符合道计数率；所述计数器将γ道计数率、β道计数率和符合道计数率发送至处理单元；

所述处理单元对接收到的数据处理获取放射源的放射性活度值。

2.根据权利要求1所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述γ检测支路包括依次串联的γ混合模块、γ主放模块、γ单道模块和γ门电路。

3.根据权利要求2所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述γ混合模块对所述γ探测器A和所述γ探测器B检测的γ道信号进行混合；所述γ主放模块对混合后的γ道信号进行放大；所述γ单道模块将放大后的γ道信号甄别掉噪声信号；所述γ门电路将甄别后的γ道信号发送至符合电路和计数器。

4.根据权利要求1所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述β检测支路包括依次串联的β前置放大模块、β主放模块、β单道模块和β门电路。

5.根据权利要求4所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述β前置放大模块对所述β道信号进行前置放大；所述β主放模块对前置放大后的β道信号进行放大；所述β单道模块将放大后的β道信号甄别掉噪声信号；所述β门电路将甄别后的β道信号发送至符合电路和计数器。

6.根据权利要求1所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述处理单元对γ道计数率、β道计数率和符合道计数率进行本底修正、死时间修正和偶然符合修正后获取修正后数据。

7.根据权利要求6所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述处理单元将所述修正后数据通过参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获取放射源的放射性活度值。

8.根据权利要求1所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置，其特征在于，所述符合电路根据接收到的处理后的γ道信号和处理后的β道信号生成脉冲信号，并将所述脉冲信号作为符合道信号发送至计数器。

9.使用权利要求1～8任意一项所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对试样进行相应的γ能谱测量、坪曲线测量和相对延迟时间测量，并进行死时间和符合分辨时间的调节，获取修正数据；

S2：根据γ能谱的测量结果设定γ高压电源输出的电压值和对应的γ窗；并根据坪曲线的测量结果设定β高压电源输出的电压值；

S3：在探测装置内不放置放射源试样进行测量获取β道本底计数率、γ道本底计数率和符合道本底计数率；

S4：将待测放射源置于探测装置内部进行放射源测量，获取β道计数率、γ道计数率和符合道计数率；

S5：利用修正数据和本底数据对所述β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行修正后，获取平面放射源的活度值。

10.根据权利要求9所述的基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量方法，其特征在于，步骤S5包括以下子步骤：

使用β道本底计数率对β道计数率进行本底修正；使用γ道本底计数率对γ道计数率进行本底修正；使用符合道本底计数率对符合道计数率进行本底修正；

根据所述修正数据对本底修正后的β道计数率、γ道计数率和符合道计数率进行死时间修正和偶然符合修正后利用参数法、效率外推法或效率示踪法进行数据处理，获得放射源的放射性活度值。

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