CN114371495A - 一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪及监测方法，包括内部中空的壳体、控制器、大面积塑料闪烁体γ探测器和多道能谱数据采集模块；多道能谱数据采集模块接收γ探测器探测的核脉冲信号并将其转化为能谱数据；控制器根据所有的能谱数据的大小将所有的能谱数据划分至3个能量区间，并分别对3个能量区间中的能谱数据进行融合，以得到3个能量区间的核素分布情况；根据核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度。本发明的目的在于提供一种适用于大体积物品的γ污染监测仪及监测方法，利用价格相对便宜的大面积塑料闪烁体和多道能谱数据采集模块，行成具有对大于300L大型货包和物品进行测量的能力。

Description

一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪及监测方法

技术领域

本发明涉及γ污染监测技术领域，尤其涉及一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪及监测方法。

背景技术

目前，涉核场所用于物品上γ污染的监测仪通常配置1-2个探测器，设计为约几十升的测量内腔用于测量较小物品，其测量结果采用计数或转化为活度指示。但该类设备无法实现对较大体积物品测量，且在复杂环境下存在受外部高本底或复杂本底影响较大的问题，另被测物品在测量腔体内位置差异会对测量结果造成较大偏差，同时在进行活度转换时，只能针对单一核素进行相对转换，故无法准确测量并准确转化成活度。这类设备无法满足当前涉核场所对较大体积物品的污染监测的需求。

中国专利CN109696700A公开了一种极低水平超铀核素放射性废物包监测系统，该专利介绍利用多个中型和异形的NaI探测器组成小型物品探测腔体，采用多通道用于实现对货包和废物的放射物质监测和核素分析。但大尺寸、中型尺寸、异形的NaI探测器其成本极其高昂，8个NaI探测器配合8路多通道数据采集模块导致设备成本极高，且无法行成大体积测量腔室。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪及监测方法，利用价格相对便宜的6个大面积塑料闪烁体，结合6个多道数据采集模块，行成具有对大于300L大型货包和物品进行γ污染测量的能力。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，包括内部中空的壳体、控制器、6个大面积塑料闪烁体γ探测器以及6个多道数据采集模块，所述壳体的内壁设置有屏蔽体，6个所述大面积塑料闪烁体γ探测器以4π空间的布局方式设置在所述壳体的屏蔽体上；

所述大面积塑料闪烁体γ探测器将探测得到的核脉冲信号传输至对应的所述多道能谱数据采集模块，所述多道能谱数据采集模块根据所述核脉冲信号得到能谱数据；控制器根据所有的所述能谱数据的大小将所有的所述能谱数据划分至3个能量区间，并分别对3个所述能量区间中的所述能谱数据进行融合，以得到3个所述能量区间的核素分布情况；根据所述核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度；3个所述能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间。

现有技术中，涉核场所用于物品上γ污染的监测仪通常配置1-2个探测器，设计为约几十升的测量内腔用于测量较小物品，其测量结果采用计数或转化为活度指示。但该类设备无法实现对较大体积物品测量，且在复杂环境下存在受外部高本底或复杂本底影响较大的问题，另被测物品在测量腔体内位置差异会对测量结果造成较大偏差，同时在进行活度转换时，只能针对单一核素进行相对转换，故无法准确测量并准确转化成活度。这类设备无法满足当前涉核场所对较大体积物品的污染监测的需求。

中国专利CN109696700A公开了一种极低水平超铀核素放射性废物包监测系统，该专利介绍利用多个中型和异形的NaI探测器组成小型物品探测腔体，采用多通道用于实现对货包和废物的放射物质监测和核素分析。但大尺寸、中型尺寸、异形的NaI探测器其成本极其高昂，8个NaI探测器配合8路多通道数据采集模块导致设备成本极高，且无法形成大体积测量腔室。基于此，本申请提供了一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，利用价格相对便宜的6个大面积塑料闪烁体γ探测器来进行探测，同时设计上兼顾塑料闪烁体γ探测器较差的能量分辨率，创新性搭配6个多道数据采集模块，将50keV～3MeV的能量区间划分为低、中、高三个能量区间，通过能谱分区算法实现不同区间核素的活度单独转换，让设备的活度测量结果远高于传统的单通道γ污染监测仪，使得在实现大体积物品测量的同时其设备成本上也远低于使用NaI闪烁体的小型物品测量装置。

优选地，还包括镂空的称重托盘，所述称重托盘设置于壳体内底部的屏蔽体上，且所述称重托盘未与所述大面积塑料闪烁体γ探测器接触。

优选地，还包括压力传感器，所述压力传感器设置在壳体内底部的屏蔽体下方，且与所述控制器电连接。

优选地，所述屏蔽体包括由上至下依次设置的第一屏蔽层和第二屏蔽层；

所述第一屏蔽层包括不锈钢层和铜板层；

所述第二屏蔽层包括不同厚度的第一铅层、第二铅层以及第三铅层。

优选地，所述第一铅层的厚度为10mm、所述第二铅层的厚度为15mm或/和所述第三铅层的厚度为25mm。

优选地，所述壳体的2个对称侧壁上还设置有门，所述门通过电磁锁实现开合。

在本申请的第二个方面，本申请提供了一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，应用于如上所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，包括以下步骤：

获取所述大面积塑料闪烁体γ探测器探测的核脉冲信号，并将其转换为能谱数据；

根据所有的所述能谱数据的大小将所有的所述能谱数据划分至3个能量区间；3个所述能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间；

分别对3个所述能量区间中的所述能谱数据进行融合，得到3个所述能量区间的核素分布情况；

根据所述核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度。

优选地，还包括补偿步骤，所述补偿步骤用于对所述能谱数据进行修正，包括以下步骤：

获取被测物品的重量值；

根据所述重量值对融合后的所述能谱数据进行测量补偿，得到补偿后的所述能谱数据。优选地，所述重量值对所述能谱数据的补偿值为：

Y＝m×R×Ni；

Y表示补偿值，m表示重量，R表示补充系数(内嵌不同材料补偿系数)，Ni为融合后第i能量区域内的计数值(i＝1,2,3)。

优选地，还包括以下步骤：

获取被测物品的辐射计数测量值和6个所述大面积塑料闪烁体γ探测器的探测位置；

根据6个所述辐射计数测量值和6个所述探测位置虚拟出21个复合通道；

根据21个所述复合通道和6个所述辐射计数测量值将探测腔划分为27个位置区域；

在污染定位时，根据6个所述辐射计数测量值以及21个所述复合通道的计数情况，通过内部算法进行解析处理，将被测物品划分为27个所述位置区域所对应的27个探测通道上；

根据射线强度在空间衰减特征，对27个所述探测通道的探测数据进行比对修正，得出污染概率最大的1-3个区域。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

在活度转化方面，解决了传统小型污染监测单一核素活度转化失真问题，较大体积NaI测量成本极高、时间长、探测限高以及无法实现大体积测量等问题。

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γ污染监测仪的内部结构透视图；

图2为本发明γ污染监测仪的局部放大透视图；

图3为本发明γ污染监测仪的内部结构示意图；

图4为本发明γ污染监测仪的整体结构示意图；

图5为本发明γ污染监测仪的俯视图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1、壳体；2、大面积塑料闪烁体γ探测器；3、称重托盘；4、压力传感器；5、门；

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1

一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，如图1-5所示，包括内部中空的壳体1、6个大面积塑料闪烁体γ探测器2以及256道能谱数据采集模块，壳体1的内壁设置有屏蔽体，6个大面积塑料闪烁体γ探测器2以4π空间的布局方式设置在壳体1的屏蔽体上；

大面积塑料闪烁体γ探测器将探测得到的核脉冲信号传输至对应的256道能谱数据采集模块，256道能谱数据采集模块根据核脉冲信号得到能谱数据；控制器根据所有的能谱数据的大小将所有的能谱数据划分至3个能量区间，并分别对3个能量区间中的能谱数据进行融合，以得到3个能量区间的核素分布情况，然后再根据核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度；其中，3个所述能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间。

本实施例中6个256道能谱数据采集模块用于将能量区间(50keV-3MeV)划分为低、中、高三个能量区间，具体划分情况根据实际情况进行设置，然后在三个区间分别进行能谱数据的融合，并根据区间参考核素(默认低能区间的参考核素采用Am²⁴¹或Ba¹³³，中能区间的参考核素采用Cs¹³⁷，高能区间的参考核素采用Co⁶⁰核素)进行活度转化，以解决传统小型污染监测单一核素活度转化失真问题，较大体积NaI测量成本极高、时间长、探测限高、无法实现大体积测量等问题。

其中，本实施例所说的以4π空间的布局方式指的是，大面积塑料闪烁体γ探测器2设置在壳体1的6个内壁上，且采有首尾相接的排布方式，以保持探测器灵敏区在空间上的对称关系，降低测量位置对测量结果的影响，实现结果偏差低于15％。

进一步地，本实施例中的屏蔽体包括两层，第一层采用一定厚度的不锈钢和铜板组成，第二层采用10mm/15mm/25mm三种不同厚度的铅组成。保证了复杂的高本底环境下设备优良的灵敏度，经验证，在0.5μSv/h的环境本底下，设备在60s的测量时间时，依旧能够保证低于40Bq的探测下限。

进一步地，如图2所示，还包括镂空的称重托盘3，称重托盘3设置于壳体1内底部的屏蔽体上，且称重托盘3不与大面积塑料闪烁体γ探测器2接触。

在本实施例中，通过设置称重托盘3，使得在将待测物品放置于壳体1内部时，物品不会直接作用在大面积塑料闪烁体γ探测器2，以避免对大面积塑料闪烁体γ探测器2造成损伤；同时称重托盘3采用镂空设计，不会对大面积塑料闪烁体γ探测器2的探测造成影响。

进一步地，还包括压力传感器4，压力传感器4设置在壳体1内底部的屏蔽体下方，并与控制器电连接。其中，作为优选地，压力传感器4设置为4个，且均匀分布在壳体1的内底部。

本实施例中的压力传感器4用于测量被测物品的重量，并根据被测物品的重量对能谱数据进行相应的数值补偿，以降低因被测物品本身屏蔽引起的偏差。其中，补偿值＝重量×补偿系数×计数值。

进一步地，壳体1的2个对称侧壁上还设置有门5，门5通过电磁锁实现开合。

本实施例在壳体1上配置有前后两道门5，并配置高精度距离传感器和锁紧机构，满足用户对长工具或长物品的分段测量。同时能够在短工具或短物品模式下实现双门5互锁，根据使用需要设置为单门5模式或双门5进出模。

以下，对本实施例所提供的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪的使用过程进行说明：

短工具模式

步骤1：设备开机并进入自检流程，自检完毕后设备进行测量前的本底测量；

步骤2：本底测量完毕，打开前门5，提示放入被测物品；

步骤3：关闭前门5，开始对被测物品进行辐射计数测量和重量测量；

步骤4：测量完毕，得到辐射计数总和、6个大面积塑料闪烁体γ探测器2的能谱数据以及被测物体的重量值，根据重量值对能谱数据进行相应的补偿，得到补偿后的能谱数据；通过对补偿后的能谱数据进行融合，得到三个能量区间内的核素分布情况，结合预设的区间参考核素分别对三个区间的计数值转换为活度和比活度并进行显示；

步骤5：根据各大面积塑料闪烁体γ探测器2的计数情况，以及虚拟复合通道的计数情况，通过内部算法进行解析处理，将被测物品划分至27个位置区域对应的27个探测通道上(6探头加21个复合通道)，通过对27个通道数据比对修正后，能够给出污染概率最大的1-3个区域，实现污染位置精细定位；

步骤6：根据被测物品污染与否提示用户；

步骤7：打开前门5(未污染，单门5模式)、打开后门5(未污染，双门5模式)、打开前门5(污染)；

步骤8：关闭前/后门5，测量结果未污染则直接进入本底平滑待测量状态，测量结果为污染则进入强制本底测量。

长工具模式

步骤1：从短工具模式切换至长工具模式；

步骤2：前后门5全部打开，一定时间后重新进行本底测量；

步骤3：进入准备测量状态，长工具测量需分段测量；

步骤4：按测量键开始测量，测量完毕重复测下一段；

步骤5测量完毕后，软件根据测量段数，自动给出长工具虚拟图形，并分段给出污染计数情况和总的能谱分布情况，语音提示污染与否并给出三个能量区间内换算得到的活度值和总活度值；

步骤6：结束测量，测量结果未污染则直接进入本底平滑待测量状态，测量结果为污染则进入强制本底测量。

实施例2

本实施例提供了一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，应用于如实施例1所提供的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，包括以下步骤：

获取大面积塑料闪烁体γ探测器2探测的核脉冲信号，并将其转换为能谱数据；

根据所有的能谱数据的大小将所有的能谱数据划分至3个能量区间；3个能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间；

分别对3个能量区间中的能谱数据进行融合，得到3个能量区间的核素分布情况；

根据核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度。

进一步地，还包括补偿步骤，补偿步骤用于对能谱数据进行修正，包括以下步骤：

获取被测物品的重量值；

根据重量值对融合后的能谱数据进行测量补偿，得到补偿后的能谱数据。

其中，重量值对能谱数据的补偿值为：

Y＝m×R×Ni；

Y表示补偿值，m表示重量，R表示补充系数(内嵌不同材料补偿系数)，Ni为融合后第i能量区域内的计数值(i＝1,2,3)。

进一步地，还包括以下步骤：

获取被测物品的辐射计数测量值和6个大面积塑料闪烁体γ探测器2的探测位置；

根据6个辐射计数测量值和6个探测位置虚拟出21个复合通道；

根据21个复合通道和6个辐射计数测量值将探测腔划分为27个位置区域；

在污染定位时，根据6个辐射计数测量值以及21个复合通道的计数情况，通过内部算法进行解析处理，将被测物品划分至27个位置区域所对应的27个探测通道上；

对27个探测通道的探测数据进行比对修正，得出污染概率最大的1-3个区域。

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)

1.一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，包括内部中空的壳体(1)、控制器、6个大面积塑料闪烁体γ探测器(2)以及6个多道能谱数据采集模块，所述壳体(1)的内壁设置有屏蔽体，6个所述大面积塑料闪烁体γ探测器(2)以4π空间的布局方式设置在所述壳体(1)的屏蔽体上；

所述大面积塑料闪烁体γ探测器(2)将探测得到的核脉冲信号传输至对应的所述多道能谱数据采集模块，所述多道能谱数据采集模块根据所述核脉冲信号得到能谱数据；控制器根据所有的所述能谱数据的大小将所有的所述能谱数据划分至3个能量区间，并分别对3个所述能量区间中的所述能谱数据进行融合，以得到3个所述能量区间的核素分布情况；根据所述核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度；3个所述能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，还包括镂空的称重托盘(3)，所述称重托盘(3)设置于壳体(1)内底部的屏蔽体上，且所述称重托盘(3)未与所述大面积塑料闪烁体γ探测器(2)接触。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，还包括压力传感器(4)，所述压力传感器(4)设置在壳体(1)内底部的屏蔽体下方，且与所述控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，所述屏蔽体包括由上至下依次设置的第一屏蔽层和第二屏蔽层；

所述第一屏蔽层包括不锈钢层和铜板层；

所述第二屏蔽层包括不同厚度的第一铅层、第二铅层以及第三铅层。

5.根据权利要求4所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，所述第一铅层的厚度为10mm、所述第二铅层的厚度为15mm或/和所述第三铅层的厚度为25mm。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，其特征在于，所述壳体(1)的2个对称侧壁上还设置有门(5)，所述门(5)通过电磁锁实现开合。

7.一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测仪，包括以下步骤：

获取所述大面积塑料闪烁体γ探测器(2)探测的核脉冲信号，并将其转换为能谱数据；

根据所有的所述能谱数据的大小将所有的所述能谱数据划分至3个能量区间；3个所述能量区间为低能量区间、中能量区间以及高能量区间；

分别对3个所述能量区间中的所述能谱数据进行融合，得到3个所述能量区间的核素分布情况；

根据所述核素分布情况和预设的区间参考核素进行活度转化，得到活度和比活度。

8.根据权利要求7所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，其特征在于，还包括补偿步骤，所述补偿步骤用于对所述能谱数据进行修正，包括以下步骤：

获取被测物品的重量值；

根据所述重量值对融合后的所述能谱数据进行测量补偿，得到补偿后的所述能谱数据。

9.根据权利要求8所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，其特征在于，所述重量值对所述能谱数据的补偿值为：

Y＝m×R×Ni；

Y表示补偿值，m表示重量，R表示补充系数，Ni为融合后第i能量区域内的计数值(i＝1,2,3)。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的一种适用于大体积物品监测的γ污染监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取被测物品的辐射计数测量值和6个所述大面积塑料闪烁体γ探测器(2)的探测位置；

根据6个所述辐射计数测量值和6个所述探测位置虚拟出21个复合通道；

根据21个所述复合通道和6个所述辐射计数测量值将探测腔划分为27个位置区域；

在污染定位时，根据6个所述辐射计数测量值以及21个所述复合通道的计数情况，通过内部算法进行解析处理，将被测物品划分至27个所述位置区域所对应的27个探测通道上；

根据射线强度在空间衰减特征，对27个所述探测通道的探测数据进行比对修正，得出污染概率最大的1-3个区域。

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