CN113031050A - 高稳定度超低本底γ谱仪系统 - Google Patents

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陈高峰
张春雷
姚阳
李晓光
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Abstract

本发明提出了一种高稳定度超低本底γ谱仪系统，包括：探测器安装在屏蔽壳中，探测器内置有参考放射源；由探测器接收放射源发出的γ射线，包括参考放射源和被测放射性物质说发出的γ射线，并将所接收到的射线转换成对应幅度的电信号；第一模数转换器的输入端与探测器的低增益通道连接，第一数字处理器的输出端与上位机连接，用于采集探测器低增益通道信号，获取被测物质放射性γ射线能谱；第二模数转换器与探测器的高增益通道连接，第二数字处理器的输出端与高压电源的一端连接，用于采集探测器高增益通道信号，自动寻找参考放射源的峰位，计算补偿结果，控制高压电源；上位机用于接收被测物质放射性γ射线能谱信息，分析被测放射性物质的信息。

Description

高稳定度超低本底γ谱仪系统
技术领域
本发明涉及放射性测量技术领域，特别涉及一种高稳定度超低本底γ谱仪系统。
背景技术
现有超低本底γ谱仪的现状如下：放射性γ谱测量过程中，为了使设备有更好的性能，能测更弱的放射性物质，需要将测量环境中的背景辐射降的很低，最常用的措施是物质屏蔽，使空气中γ射线和宇宙中射线不被探测器接收，在电子学线路处理过程中，由于环境温度及其它因素的影响，往往电子学不够稳定，会产生峰位的漂移，最终导致系统的不稳定，一般解决办法是在低本底设备内放置一个参考放射源，这个放射源的能量要比较高，电子学系统通过对参考源峰位实时修正，从而稳定电子学系统，常规的参考源虽然能解决系统的稳定性，但是由于参考源的能量较高，在与探测器相互作用过程中会产生康普顿散射，电子对效应，参考源与屏蔽物质作用会产生反散射等等，最终会对测量核素产生干扰，降低了设备探测下限(可探测最弱放射性物质的能力)。也有厂家采用电子稳峰源进行稳峰，但是电子稳峰源也存在漂移及老化等等，也不是最佳选择。
常规谱仪智能采用单个ADC(模数转换器)进行能谱采集。此外，传统超低本底γ谱仪如果要获得低的探测下限，就不能使用稳峰源进行稳峰，如果不稳峰，系统的稳定性又不能得到保证。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种高稳定度超低本底γ谱仪系统。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种高稳定度超低本底γ谱仪系统，包括：屏蔽壳、探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、第一数字处理器、第二数字处理器、高压电源和上位机，其中，
所述探测器安装在所述屏蔽壳中，所述探测器内置有参考放射源，所述参考放射源用于释放稳定的、固定能量的特征γ射线；由探测器接收放射源发出的γ射线，包括参考放射源和被测放射性物质说发出的γ射线，并将所接收到的射线转换成对应幅度的电信号；
所述第一模数转换器的输入端与所述探测器的低增益通道连接，所述第一模数转换器的输出端与所述第一数字处理器的输入端连接，所述第一数字处理器的输出端与所述上位机连接，用于采集所述探测器低增益通道信号，获取被测物质放射性γ射线能谱；
所述第二模数转换器与所述探测器的高增益通道连接，所述第二模数转换器的输出端与所述第二数字处理器的输入端连接，所述第二数字处理器的输出端与所述高压电源的一端连接，用于采集所述探测器高增益通道信号，自动寻找参考放射源的峰位，计算补偿结果，控制所述高压电源；
所述高压电源的另一端与所述探测器的输入端连接；用于激发所述探测器，使其在受到放射性射线照射下，能够产生电信号；
所述上位机用于接收被测物质放射性γ射线能谱信息，分析被测放射性物质的信息。
进一步，通过调节高压电源的幅度，可以控制探测器输出的电信号的增益幅度。
进一步，所述屏蔽壳采用低本底材料制作。
进一步，所述上位机用于分析被测放射性物质的种类、剂量、活度信息。
根据本发明实施例的高稳定度超低本底γ谱仪系统，用于核辐射放射性γ能谱测量；该系统主要解决超低本底γ谱仪系统的短期和长期稳定性，采用低能放射源作为参考源，稳定系统的同时不对设备探测下限造成影响；解决了超低本底γ谱仪使用过程中的峰位稳定性问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的高稳定度超低本底γ谱仪系统的结构图；
图2为根据本发明实施例的自动稳谱控制框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的高稳定度超低本底γ谱仪系统，包括：屏蔽壳9、探测器1、第一模数转换器2、第二模数转换器3、第一数字处理器5、第二数字处理器6、高压电源8和上位机7。
具体的，探测器1安装在屏蔽壳9中。探测器1需要放置在采用低本底材料制作屏蔽体内，以降低环境本底辐射、宇宙射线辐射等干扰源对系统测量下限的影响。
探测器1内置有参考放射源，参考放射源用于释放稳定的、固定能量的特征γ射线；由探测器1接收放射源发出的γ射线，包括参考放射源和被测放射性物质说发出的γ射线，并将所接收到的射线转换成对应幅度的电信号。在本发明的实施例中，本系统采用低能量的γ放射源，如Am241放射源。
在本发明的实施例中，屏蔽壳9采用低本底材料制作。
第一模数转换器2的输入端与探测器1的低增益通道连接，第一模数转换器2的输出端与第一数字处理器5的输入端连接，第一数字处理器5的输出端与上位机7连接，用于采集探测器1低增益通道信号，获取被测物质放射性γ射线能谱。
第二模数转换器3与探测器1的高增益通道连接，第二模数转换器3的输出端与第二数字处理器6的输入端连接，第二数字处理器6的输出端与高压电源8的一端连接，用于采集探测器1高增益通道信号，自动寻找参考放射源的峰位，计算补偿结果，控制高压电源8，以保证系统总体增益稳定。
本发明中区别于常规谱仪系统的技术特点在于：常规谱仪采用单个ADC(模数转换器)进行能谱采集，本发明采用两个模数转换器ADC对信号进行采集。两个模数转换器同时采集的能谱；其中第二模数转换器3采集的能谱，系统实施解谱，实时获取参考源峰位信息，此峰位信息即为低能γ放射源的中心道能量。通过实时调整高压和数字增益，使第二模数转换器3采集能谱中的参考峰中心道稳定在指定区域内，即可保证系统持续稳定工作。
高压电源8的另一端与探测器1的输入端连接；用于激发探测器1，使其在受到放射性射线照射下，能够产生电信号。
在本发明的实施例中，通过调节高压电源8的幅度，可以控制探测器1输出的电信号的增益幅度。
上位机7用于接收被测物质放射性γ射线能谱信息，分析被测放射性物质的信息。
在本发明的实施例中，上位机7用于分析被测放射性物质的种类、剂量、活度等信息。
本系统采用了放射源作为参考源，相比于电子稳峰源，放射源所发出的γ射线稳定性更好，不受温度、电磁场等外界因素影响，可做理想参考源使用。而电子稳峰源只能标定探测器1中的光电倍增管和后端电子电路部分，不能对探测器1晶体标定，所以不能真实表征当前系统的实际增益漂移情况。
由于高能放射源会带来额外的干扰信号，对于低本底谱仪系统是不可接受的，所以本系统采用了低能γ放射源，但低能射线在常规能谱中所处的道值比较低，不能体现出微小的增益误差。为了能够更加准确的反映系统增益误差，本系统在探测器1中又做了一个高增益信号通道，由专门的ADC2测量这路信号，实时获取参考源的峰位信息。由于这路信号拥有更高的增益，所以ADC2获取的参考放射源的能谱可以更加精准的反映当前系统增益漂移情况，使系统更加稳定。
系统增益的漂移主要来至于温度、电磁场等外界环境因素变化导致电子电路工作状态的改变，其中有些因素是缓慢变化，有些因素是快速变化的。缓慢变化的信号在累积谱中更容易体现出变化趋势，快速变化的信号要在实时谱中快速响应。在自动稳谱的过程中，本系统使用实时谱和累积谱相结合的方式，通过自适应估计算法对两种谱获取的峰位动态加权计算，以提高控制系统的实时性和鲁棒性。图2为根据本发明实施例的自动稳谱控制框图。
本发明的高稳定度超低本底γ谱仪系统，解决了超低本底γ谱仪使用过程中的峰位不稳定问题。传统超低本底γ谱仪如果要获得低的探测下限，就不能使用稳峰源进行稳峰，如果不稳峰，系统的稳定性又不能得到保证。本系统采用低能γ放射源作为参考源进行稳峰，在保证设备的稳定性的情况下，具有如下优势。
(1)可以克服高能γ射线产生的康普顿散射效应对设备探测下限的影响；
(2)能γ射线不会对被测辐射源产生影响；
(3)低能γ射线在探测器上的探测效率非常高，可使用微弱的放射源就可以达到很好的稳峰效果，而不用担心放射源管理上存在问题。
本发明的高稳定度超低本底γ谱仪系统适用于放射性测量，特别是低本底放射性测量可应用于生活中的方方面面，比如食品，水的放射性检测，科研上进行基础物理学研究，比如暗物质探测，科技行业中也可进行材料纯度分析，比如晶圆检测。
本发明用于核辐射放射性γ能谱测量，该系统主要解决超低本底γ谱仪系统的短期和长期稳定性，采用低能γ放射源作为参考源，稳定系统的同时不对设备探测下限造成影响；解决了超低本底γ谱仪使用过程中的峰位稳定性问题。相比于常规谱仪采用单个ADC(模数转换器)进行能谱采集，本发明的谱仪系统采用两个ADC(模数转换器)对信号进行采集。
传统超低本底γ谱仪如果要获得低的探测下限，就不能使用稳峰源进行稳峰，如果不稳峰，系统的稳定性又不能得到保证。而本发明的高稳定度超低本底γ谱仪系统既能使设备的稳定性得到保证，又不降低设备的探测下限。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种高稳定度超低本底γ谱仪系统，其特征在于，包括：屏蔽壳、探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、第一数字处理器、第二数字处理器、高压电源和上位机，其中，
所述探测器安装在所述屏蔽壳中，所述探测器内置有参考放射源，所述参考放射源用于释放稳定的、固定能量的特征γ射线；由探测器接收放射源发出的γ射线，包括参考放射源和被测放射性物质说发出的γ射线，并将所接收到的射线转换成对应幅度的电信号；
所述第一模数转换器的输入端与所述探测器的低增益通道连接，所述第一模数转换器的输出端与所述第一数字处理器的输入端连接，所述第一数字处理器的输出端与所述上位机连接，用于采集所述探测器低增益通道信号，获取被测物质放射性γ射线能谱；
所述第二模数转换器与所述探测器的高增益通道连接，所述第二模数转换器的输出端与所述第二数字处理器的输入端连接，所述第二数字处理器的输出端与所述高压电源的一端连接，用于采集所述探测器高增益通道信号，自动寻找参考放射源的峰位，计算补偿结果，控制所述高压电源；
所述高压电源的另一端与所述探测器的输入端连接；用于激发所述探测器，使其在受到放射性射线照射下，能够产生电信号；
所述上位机用于接收被测物质放射性γ射线能谱信息，分析被测放射性物质的信息。
2.如权利要求1所述的高稳定度超低本底γ谱仪系统，其特征在于，通过调节高压电源的幅度，控制探测器输出的电信号的增益幅度。
3.如权利要求1所述的高稳定度超低本底γ谱仪系统，其特征在于，所述屏蔽壳采用低本底材料制作。
4.如权利要求1所述的高稳定度超低本底γ谱仪系统，其特征在于，所述上位机用于分析被测放射性物质的种类、剂量、活度信息。
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