CN112180421A - 一种α、β脉冲甄别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α、β脉冲甄别方法及装置，其中，包括以下步骤：α、β粒子辐射到有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号并输出；将电脉冲信号用同一个比较器和相同阈值进行比较，输出带有时间信息的α脉冲方波信号或β脉冲方波信号；单稳态电路在α或β脉冲方波信号的上升沿触发下输出标准脉宽正、负信号；将标准脉宽正、负信号分别与α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录β信号和α信号。其技术方案的有益效果是，有效的降低α对β串扰率和β对α串扰率，提高了探测效率。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测技术领域，尤其涉及一种α、β脉冲甄别方法及装置。
背景技术
塑料闪烁体上涂有ZnS(Ag)作为探测器测量α及β粒子的技术被广泛应用到放射性α、β表面污染测量及低本底α、β测量的各种设备上。在现有的探测中因为一个探测器同时测量α和β粒子，且探测器都是被α和β粒子照射后输出荧光，为了提高测试精度，如何把α和β粒子区分开并分别计数就成了所有使用这种探测器来探测α、β粒子的设备必须面临的问题。
在具体的表面污染及低本底α、β测量中，所测得α粒子的能量一般大于2.5MeV，所测得β粒子的能量在30keV～2.5MeV之间，由此可见所测α、β粒子的能量不在一个区间。另一方面，测量α的ZnS(Ag)涂层很薄(约为8～12mg/cm2)，而ZnS(Ag)的主要特点是：①发光效率极高，约为蒽晶体的三倍。②对重带电粒子的阻止本领很大。所以对α粒子的探测效率接近100％。对β、γ射线不灵敏，因此适用于在强β、γ辐射场中探测α、p等重带电粒子。③发光衰减时间较长，约10μs。测量β粒子的塑料闪烁体其发光探测效率约为蒽晶体的40％，ZnS(Ag)的发光效率是蒽晶体的3倍，那么塑料闪烁体的发光效率是ZnS(Ag)的3/0.4＝8.5倍。塑料闪烁体的发光衰减时间为2～3ns，ZnS(Ag)发光衰减时间较长(约10μs)，他们的发光时间的比值约为10μs/3ns，在3000倍左右。基于涂有ZnS(Ag)塑料闪烁体测量的α粒子能量高于β粒子；测量α的ZnS(Ag)发光效率比测量β粒子的塑料闪烁体的发光效率高8倍以上，那么这两种粒子在涂有ZnS(Ag)塑料闪烁体上产生的荧光数量会差别很大，这些荧光在光电探测器上产生的信号幅度就会差别很大，通过幅度来甄别α和β粒子就是一个切实可行的办法。现在大多数的放射性α、β表面污染测量及低本底α、β测量的各种设备都采用的是这个办法。
在探测过程中，由于α粒子在进入ZnS(Ag)之前，首先会穿过空气，又因α粒子入射角度的不同，其在空气中沉积的能量会有大小不同的变化，导致α粒子沉积在ZnS(Ag)中的能量也会有大小不同的变化，表现为有一部分的α粒子沉积在ZnS(Ag)中的能量产生的荧光和β粒子在塑料闪烁体上产生的的荧光的数量会重叠。用两个甄别阈直接甄别α、β在幅度甄别的时候，会有部分α粒子的信号被计成了β信号；同时部分的高能β粒子也会被计成α信号。即幅度甄别α、β粒子时会产生α对β串扰和β对α串扰。且用幅度甄别时，会因为串扰而损失了本该计为β的粒子、和本该计为α的粒子数，从而造成β和α的探测效率降低。更有为了区分β和α直接牺牲β和α计数的多甄别阈的方法，以及α、β信号进入比较器前先经过一个时间常数大于β脉宽但小于α脉宽的积分器来降低β信号幅度的方法，损失的探测效率就更大了。
发明内容
针对现有的α、β脉冲甄别存在的上述问题，现提供一种旨在实现只有一个甄别阈对α、β脉冲信号进行甄别，降低串扰率并提高了探测效率的α、β脉冲甄别方法及装置。
具体技术方案如下：
一种α、β脉冲甄别方法，其中，包括以下步骤：
α、β粒子辐射到有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号并输出；
将所述电脉冲信号用同一个比较器和相同阈值进行比较，输出带有时间信息的α脉冲方波信号或β脉冲方波信号；
单稳态电路在所述α或β脉冲方波信号的上升沿触发下输出标准脉宽正、负信号，其中，所述标准脉宽信号的宽度远大于所述β脉冲方波信号的宽度，且小于所述α脉冲方波信号的宽度；
将所述标准脉宽正、负信号分别与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录β信号和α信号。
优选的，根据所述比较结果记录β信号的方法包括：
根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于所述标准脉宽正信号，如果小于所述标准脉宽正信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
优选的，根据所述比较结果记录α信号的方法包括：
根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准脉宽负信号，如果大于所述标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
还包括一种α、β脉冲甄别装置，其中，包括：
比较器，其输入端用以输入电脉冲信号，并输出带有时间信息的α脉冲方波信号和β脉冲方波信号，其中，所述电脉冲信号是通过α、β粒子辐射到涂有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，所述复合塑料闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号而形成的；
第一单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端连接，用以在所述α或β脉冲方波信号的上升沿触发下形成标准脉宽正、负信号，其中，所述标准脉宽信号的宽度远大于所述β信号方波脉冲的宽度，且小于所述α信号方波脉冲的宽度；
第二单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端和所述第一单稳态电路的正输出端连接，用以将所述标准脉宽信号与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，根据比较结果记录β脉冲信号；
第三单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端和所述第一单稳态电路的负输出端连接，用以将所述标准脉宽信号与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录α信号。
优选的，所述第二单稳态电路根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于所述标准脉宽正信号，如果小于所述标准正脉宽信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
优选的，所述第三稳态电路根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准负脉宽信号，如果大于标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
优选的，所述比较器为高速比较器。
优选的，所述第一、第二、第三单稳态电路为CD74HC4538。
上述技术方案的有益效果是：通过一个甄别阈对α、β信号甄别，甄别阈只是高于噪声信号，α和β信号(尤其是α信号)的脉冲宽度信息就可以完整的体现出来，进一步的，克服了现有的对信号进行幅度甄别时，幅度高于α甄别阈的β信号被记录为α脉冲，幅度低于α甄别阈的α信号被甄别为β信号的问题，有效的减少了α对β串扰和β对α串扰率，并提高了探测效率。
附图说明
图1为本发明的一种α、β脉冲甄别方法的实施例的流程示意图；
图2为本发明的一种α、β脉冲甄别装置的实施例的结构示意图；
图3为本发明的一种α、β脉冲甄别装置的实施例中，关于信号走向的流程示意图。
上述附图标记表示：
1、比较器；2、第一单稳态电路；3、第二单稳态电路；4、第三单稳态电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的前提下，以下描述的实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明的技术方案中提供一种α、β脉冲甄别方法。
如图1，一种α、β脉冲甄别方法的实施例，其中，包括以下步骤：
α、β粒子辐射到有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号并输出；
将电脉冲信号用同一个比较器和相同阈值进行比较，输出带有时间信息的α脉冲方波信号或β脉冲方波信号；
单稳态电路在α或β脉冲方波信号的上升沿触发下输出标准脉宽正、负信号，其中，标准脉宽信号的宽度远大于β脉冲方波信号的宽度，且小于α脉冲方波信号的宽度；
将标准脉宽正、负信号分别与α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录β信号和α信号。
针对现有采用的双甄别阈对α、β脉冲甄别方法，存在α粒子沉积在ZnS(Ag)中的能量会因为α粒子在空气中消耗的能量不同有大小不同的变化，用两个甄别阈直接甄别α、β的办法，会有部分α粒子的信号被计成了β信号；同时部分的高能β粒子也会被计成α信号。即幅度甄别α、β粒子时会产生α对β串扰和β对α串扰。为了克服上述双甄别阈中存在的问题，在两个甄别阈幅度甄别的基础上衍生出了三甄别阈和两甄别阈+脉冲宽度甄别的方案，具体的，三甄别阈幅度甄别是在原来的α和β两个甄别阈的基础上增加了一个高β甄别阈，这个高β甄别阈低于α甄别阈。三甄别阈的方案是通过舍弃进入高β甄别阈和α甄别阈之间不确定是α还是β的信号，来降低α、β之间串扰率，但这种方法降低了α、β的探测效率。
另外，还有采用两甄别阈+脉冲宽度甄别的方案，其主要是利用α、β信号的幅度差别外，再把α信号和β信号脉冲宽度差别利用起来。该方案是对α、β粒子在探测电路上产生的信号先积分再进入比较器，选择合适的积分时间常数，保证α信号被正常放大，而β信号因脉宽窄，被线性降低幅度，从而把α和β可能的重叠区域分的更开，来降低α、β之间串扰率，但是这种探测方案是以是以牺牲β探测效率的办法来降低串扰率的。
针对上述缺陷，本发明的技术方案提供了一个标准脉宽信号对α和β信号同时甄别，其中，甄别阈只是高于噪声信号，α和β信号(尤其是α信号)的脉冲宽度信息就可以完整的体现出来，为通过脉冲宽度甄别提供基础。另一方面，采用一个甄别阈来同时甄别α和β信号，可有效避免对信号进行幅度甄别时，幅度接近α甄别阈的β信号被记录为α脉冲，幅度低于α甄别阈的α信号被甄别为β信号，同时也克服现有的为减小串道率，在模拟信号进入比较器之前，通过调整积分参数来降低β信号幅度的方法。β信号是一个连续谱，有大量的β信号是弱信号，β信号被整体比例降低后，降低了β信号的信噪比，进而降低了β信号的探测效率。
其中，需要说明的是α粒子在有ZnS(Ag)塑料闪烁体的发光时间约为10μs左右，而β粒子在有ZnS(Ag)塑料闪烁体的发光衰减时间不大于3ns，在考虑前放的时间常数的情况下，β信号的脉宽是远低于α信号的脉宽，采用本发明技术方案的探测方法，可彻底的把α和β信号区分开来，大大降低α对β串扰和β对α串扰率，进而提高对α、β的探测效率。
在一种较优的实施方式中，根据比较结果记录β信号的方法包括：
根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于标准脉宽信号，如果小于标准脉宽信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
在一种较优的实施方式中，根据比较结果记录α信号的方法包括：
根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准脉宽信号，如果大于标准脉宽信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
本发明的技术方案中还包括一种α、β脉冲甄别装置，如图2所示，其中，包括：
比较器1，其输入端用以输入电脉冲信号，并输出带有时间信息的α脉冲方波信号和β脉冲方波信号，其中，电脉冲信号是通过α、β粒子辐射到涂有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，复合塑料闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号而形成的；
第一单稳态电路2，其输入端与比较器1的输出端连接，用以在α或β脉冲方波信号的上升沿触发下形成标准脉宽正、负信号，其中，标准脉宽信号的宽度远大于β信号方波脉冲的宽度，且小于α信号方波脉冲的宽度；
第二单稳态电路3，其输入端与比较器1的输出端和第一单稳态电路2的正输出端连接，用以将标准脉宽信号与α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，根据比较结果记录β脉冲信号；
第三单稳态电路4，其输入端与比较器1的输出端和第一单稳态电路2的负输出端连接，用以将标准脉宽信号与α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录α信号。
在一种较优的实施方式中，第二单稳态电路3根据α或β脉冲方波的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于标准脉宽正信号，如果小于标准脉宽正信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
在一种较优的实施方式中，第三稳态电路4根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准脉宽负信号，如果大于标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
在一种较优的实施方式中，比较器1为高速比较器。
在一种较优的实施方式中，第一、第二、第三单稳态电路为CD74HC4538。
在具体实施例中，对α、β信号的处理电路如2图所示，由一个比较器1和三个单稳态电路及单稳态配套的电阻电容组成(三个单稳态可以选用CD74HC4538)，α、β粒子的辐射到有ZnS(Ag)塑料闪烁体上后产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号，这些信号经过滤波等处理后到比较器1电路把电子学噪声过滤，并转换成带有时间信息的方波。第一单稳态电路2在α或β信号的上升沿触发下，产生一个比β信号脉冲宽度宽的多但又比α信号脉冲窄的标准脉宽正、负信号。第二单稳态电路3根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于标准脉宽正信号，如果小于标准脉宽正信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。第三单稳态电路4根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准脉宽负信号，如果大于标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
上述信号的α、β脉冲甄别装置的信号输出如图3所示，在图3中方波中的向上的箭头表示上升沿，向下的箭头表示下降沿。弧线从向上的箭头出发的表示上升沿触发，从向下的箭头出发的表示下降沿触发。弧线从方波的高电平出发的表示高电平状态是后续单稳态输出脉冲的条件，其中，需要说明的是图2中所示的标准正负脉宽即本发明技术方案中的标准脉宽正、负信号。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种α、β脉冲甄别方法，其特征在于，包括以下步骤：
α、β粒子辐射到有ZnS(Ag)的塑料闪烁体上后，闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号并输出；
将所述电脉冲信号用同一个比较器和相同阈值进行比较，输出带有时间信息的α脉冲方波信号或β脉冲方波信号；
单稳态电路在所述α或β脉冲方波信号的上升沿触发下输出标准脉宽正、负信号，其中，所述标准脉宽信号的宽度远大于所述β脉冲方波信号的宽度，且小于所述α脉冲方波信号的宽度；
将所述标准脉宽正、负信号分别与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录β信号和α信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述比较结果记录β信号的方法包括：
根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于所述标准脉宽正信号，如果小于所述标准脉宽正信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述比较结果记录α信号的方法包括：
根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准脉宽负信号，如果大于所述标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
4.一种α、β脉冲甄别装置，其特征在于，包括：
比较器，其输入端用以输入电脉冲信号，并输出带有时间信息的α脉冲方波信号和β脉冲方波信号，其中，所述电脉冲信号是通过α、β粒子辐射到涂有ZnS(Ag)的复合塑料闪烁体上后，所述复合塑料闪烁体产生的荧光光子被光敏器件转换成电脉冲信号而形成的；
第一单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端连接，用以在所述α或β脉冲方波信号的上升沿触发下形成标准脉宽正、负信号，其中，所述标准脉宽信号的宽度远大于所述β信号方波脉冲的宽度，且小于所述α信号方波脉冲的宽度；
第二单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端和所述第一单稳态电路的正输出端连接，用以将所述标准脉宽信号与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，根据比较结果记录β脉冲信号；
第三单稳态电路，其输入端与所述比较器的输出端和所述第一单稳态电路的负输出端连接，用以将所述标准脉宽信号与所述α或β脉冲方波信号的下降沿进行比较，进而根据比较结果记录α信号。
5.根据权利要求4所述的α、β脉冲甄别装置，其特征在于，所述第二单稳态电路根据α或β方波脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否小于所述标准脉宽正信号，如果小于所述标准正脉宽信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个β信号。
6.根据权利要求4所述的α、β脉冲甄别装置，其特征在于，所述第三单稳态电路根据α或β脉冲的下降沿来判断脉冲信号的宽度是否大于标准负脉宽信号，如果大于标准脉宽负信号，则产生一个脉冲用于让后续计数电路记录一个α信号。
7.根据权利要求4所述的α、β脉冲甄别装置，其特征在于，所述比较器为高速比较器。
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