CN114488255A - 一种放射性测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种放射性测量装置及方法，涉及放射性测量技术领域，包括具有内腔的屏蔽壳体，在屏蔽壳体上还形成有将内腔与外部连通的扩散通道，在内腔中设置有探测器和具有处理电路的电路板，处理电路包括第一阈值电路和第二阈值电路，探测器分别与处理电路的第一阈值电路和第二阈值电路连接，探测器用于接收经扩散通道进入内腔的α粒子和γ射线并形成模拟信号，第一阈值电路和第二阈值电路用于根据模拟信号输出α粒子测量信号和γ射线测量信号。实现了同时对氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子和γ射线进行测量，并且进一步的简化了放射性探测装置的结构，尤其适用于室内测量、便携性要求较高的环境中使用。

Description

一种放射性测量装置及方法

技术领域

本申请涉及放射性测量技术领域，具体而言，涉及一种放射性测量装置及方法。

背景技术

氡及其子体是天然放射性系列中的铀系、钍系衰变产生的，是人类受天然辐射主要的来源之一。每年约1.3msv，占天然辐射的54％，其中室内氡的贡献为lmsv。而氡及其子体广泛存在于大气中，因此，如何对室内环境中氡及其子体的浓度进行检测是多学科共同所关心的问题。此外，γ射线的辐射也对于身体具有一定影响。

基于此开发一款室内用放射性测量装置对于人们的身体健康十分必要与迫切，然而目前尚未有能够同时对γ射线与室内氡浓度进行检测的小体积便携测量装置。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种放射性测量装置及方法，以解决现有放射性测量装置难以在小型化的基础上，同时对室内的γ射线与氡浓度进行测量的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种放射性测量装置，包括：具有内腔的屏蔽壳体，在屏蔽壳体上还形成有将内腔与外部连通的扩散通道，在内腔中设置有探测器和具有处理电路的电路板，处理电路包括第一阈值电路和第二阈值电路，探测器分别与处理电路的第一阈值电路和第二阈值电路连接，探测器用于接收经扩散通道进入内腔的α粒子和γ射线并形成模拟信号，第一阈值电路和第二阈值电路用于根据模拟信号输出α粒子测量信号和γ射线测量信号。

可选的，探测器与屏蔽壳体之间具有电位差，以在探测器与屏蔽壳体之间形成电场，使α粒子在电场的作用下入射探测器。

可选的，屏蔽壳体与电路板的接地端连接。

可选的，探测器位于内腔中心，且设置于电路板，扩散通道位于电路板设置有探测器的一侧。

可选的，探测器和处理电路分别位于电路板的相对两侧，探测器通过电路板分别与第一阈值电路和第二阈值电路连接。

可选的，在屏蔽壳体内壁上设置有定位柱，定位柱与电路板卡接，以将处理电路与屏蔽壳体绝缘隔离。

可选的，在屏蔽壳体上还设置有与电路板连接的信号端口，信号端口用于与外部控制器连接。

可选的，在屏蔽壳体上还设置有容置信号端口的凹槽，信号端口的插接口位于凹槽内部以在信号端口的插接口和凹槽的槽口之间形成台阶。

可选的，屏蔽壳体包括相互对合以形成内腔的盖体和底座，在盖体和底座的对合处形成有间隙，以作为扩散通道。

本申请实施例的另一方面，提供一种放射性测量方法，包括采用上述任一种的放射性测量装置进行测量，预设第一阈值电路的触发阈值大于第二阈值电路的触发阈值，第一阈值电路的触发阈值小于α粒子对应的阈值且大于γ射线对应的阈值，第二阈值电路的触发阈值小于γ射线对应的阈值，方法包括：获取探测器输出的模拟信号；将模拟信号与第一阈值电路的触发阈值比较，若模拟信号大于第一阈值电路的触发阈值，则第一阈值电路输出α粒子测量信号；将模拟信号与第二阈值电路的触发阈值比较，若模拟信号大于第二阈值电路的触发阈值，则第二阈值电路输出总测量信号；将总测量信号和α粒子测量信号做差得出γ射线测量信号。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种放射性测量装置及方法，包括：具有内腔的屏蔽壳体，在屏蔽壳体上还形成有将内腔与外部连通的扩散通道，在内腔中设置有探测器和具有处理电路的电路板，处理电路包括第一阈值电路和第二阈值电路，探测器分别与处理电路的第一阈值电路和第二阈值电路连接，探测器用于接收经扩散通道进入内腔的α粒子和γ射线并形成模拟信号，第一阈值电路和第二阈值电路用于根据模拟信号输出α粒子测量信号和γ射线测量信号。由此，实现了由本申请的放射性测量装置同时对环境中的氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子和γ射线进行测量，并通过测量可以最终输出量化的结果，从而便于用户获知当前环境中的氡及其子体的浓度，γ射线的强度。由于本申请仅需要通过屏蔽壳体、电路板、处理电路和探测器便可以实现上述测量功能，因此，进一步的简化了放射性探测装置的结构，从而使其小型化成为了可能，尤其适用于室内测量、便携性要求较高的环境中使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种放射性测量装置的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种底座的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种盖体的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种放射性测量装置的结构示意图之二；

图5为本申请实施例提供的一种放射性测量方法的流程示意图。

图标：100-屏蔽壳体；110-底座；111-定位柱；120-盖体；121-环形槽；130-信号端口；140-探测器；150-电路板；160-处理电路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等仅是为了便于描述本申请和简化描述，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

随着人类物质生活水平的提高，越来越多的人们在装修时会使用大理石与瓷砖等建筑材料。大理石与瓷砖等建筑材料中含有天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40等放射性核素。而《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)中，包括大理石在内的装饰装修材料被划分为A、B、C三类。镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足I_Ra(内照射指数)≤1.0和I_γ(外照射指数)≤1.3要求的为A类，其产销与使用范围不受限制；而B类建筑材料不可用于住宅、厂房、公共生活用房等，可应用于构筑物(如门楼、亭、阁、水塔、烟囱、电杆等)而C类材料须限制其销售，只能应用于路基、水坝等远离人们生活场所的地方。而家装建材又与我们每个人的生活息息相关，因此加强家装建材的放射性检测十分有必要。

大气中的放射性气溶胶主要分为天然核素放射性气溶胶和人工放射性气溶胶。天然放射性气溶胶由天然存在的放射性气体氡和钍经衰变产生的一系列氡、钍子体被吸附在大气悬浮物上而形成。氡及其子体是天然放射性系列中的铀系、针系衰变产生的，是人类受天然辐射主要的来源之一。每年约1.3msv，占天然辐射的54％，其中室内氡的贡献为lmsv。环境中的氡己经成为除吸烟外导致肺癌的第二因素。冬季由于气温比较低，房间的门窗密闭，氡气容易在室内累积。天气冷人们更愿意留在室内，长时间在高氡浓度的环境中生活，会增加发生肺癌的危险度。因此氡及氡子体的测量和控制己经是多学科共同所关心的问题。

基于此开发一款家用放射性测量装置对于人们的身体健康十分必要与迫切。在研发室内用的放射性测量装置时，需要使其能够同时对γ射线与室内氡浓度进行检测的功能，这就需要考虑到因为天然放射性核素衰变出的γ射线能量相对较高，所以一方面要求探测器140对于γ射线的探测效率较高，另一方面还要保证氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子能够顺利入射探测器140的入射窗。此外，还要考虑到家用放射性测量装置的一个主要特点就是小巧便携，因此放射性测量装置在满足前述功能的基础上还必须具有尺寸小的特点。

本申请实施例的一方面，提供一种放射性测量装置，请结合图1至图4所示，包括：具有内腔的屏蔽壳体100，通过屏蔽壳体100可以对后续设置于内腔中的电子器件进行电磁屏蔽，避免干扰。在屏蔽壳体100上形成有将内腔与外部连通的扩散通道，由此，可以方便屏蔽壳体100所处的外部环境中的气溶胶顺利以扩散的形式进入屏蔽壳体100内部。

为了实现对扩散进入屏蔽壳体100内部的氡及其子体所形成的气溶胶进行测量，可以通过测量氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子进而实现对氡及其子体的浓度的测量。

如图4所示，为了实现氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子和γ射线的测量，在内腔中设置有探测器140和具有处理电路160的电路板150，处理电路160包括第一阈值电路和第二阈值电路，探测器140则分别与处理电路160的第一阈值电路和第二阈值电路电连接。

在实际测量时，可以将放射性测量装置放置于需要测量的环境中，由此，在外部环境中的氡及其子体所形成的气溶胶便会由扩散通道进入内腔中，此时，便可以通过探测器140对位于内腔中的氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子进行接收，同时，探测器140还可以对外部环境中的γ射线进行接收，以此由探测器140对应形成模拟信号，应当理解的是，由探测器140产生的模拟信号应当与接收到的α粒子和γ射线的数量呈正相关，即当接收到数量较多时，产生的模拟信号也较强，反之，则产生的模拟信号较弱。

在产生模拟信号后，模拟信号输入处理电路160，模拟信号在由处理电路160进行处理时，可以使得模拟信号分别经过第一阈值电路和第二阈值电路，当模拟信号通过第一阈值电路后，便可以对应输出α粒子测量信号，当模拟信号通过第二阈值电路后便可以得出总测量信号，结合第一阈值电路输出的α粒子测量信号后，便可以得出γ射线测量信号，由此，实现了由本申请的放射性测量装置同时对环境中的氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子和γ射线进行测量，并通过测量可以最终输出量化的结果，从而便于用户获知当前环境中的氡及其子体的浓度，γ射线的强度。

由于本申请仅需要通过屏蔽壳体100、电路板150、处理电路160和探测器140便可以实现上述测量功能，因此，进一步的简化了放射性探测装置的结构，从而使其小型化成为了可能，尤其适用于室内测量、便携性要求较高的环境中使用。

应当理解的是，本申请的放射性测量装置使用场景可以是多种多样，例如家居房屋内部、办公房屋内部、厂房内部等。本申请中的放射性测量装置可以内置供电电源，也可以通过后续实施例中的信号端口130由外部取电。本申请中的放射性测量装置在使用时，如图4所示，可以使得探测器140朝上，以便于空气中的气溶胶在重力作用下顺利入射探测器140的入射窗。

在一些实施方式中，形成于屏蔽壳体100上的扩散通道可以是缝隙或孔径较小的孔洞，本申请对其具体形式不做限定。

在一些实施方式中，屏蔽壳体100可以是圆柱形、球形、长方体等等多种形状，本申请对其不做限制。

在一些实施方式中，探测器140可以是碲锌镉(CZT)探测器140，通过CZT探测器140可以同时对环境中的氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子和γ射线进行测量，并且，CZT探测器140的温度响应极限较高，有效提高放射性测量装置的使用范围。

应当理解的是，CZT探测器140的探测原理为：当外界γ射线或气溶胶中氡及其子体衰变的α粒子进入到CZT探测器140时，会与CZT探测器140发生相互作用，产生电子空穴对，电子空穴对在外加电场的作用下向两极漂移形成感应电荷，从而形成感应电流，感应电流经处理电路160的处理输出能够反应外界射线强弱或剂量大小的数字量。

可选的，如图2和图3所示，屏蔽壳体100包括盖体120和底座110，其中，盖体120和底座110可以采用相互对合的形式形成屏蔽壳体100整体，在盖体120和底座110对合后，由两者共同形成内腔。应当理解的是，为了简化结构，可以使得盖体120和底座110对合形成屏蔽壳体100后，不采用螺钉、橡胶圈等措施进行额外的固定和密封，如此，在两者的对合处会形成有微小的间隙，此时，便可以直接将间隙作为扩散通道，由此，进一步的简化放射性测量装置的结构。

在一些实施方式中，如图3所示，在盖体120周缘还可以设置有环形槽121，环形槽121的开口与底座110开口的周缘壁配合，如此，便于实现盖体120与底座110的对合，并且在对合后，通过环形槽121与底座110周壁的限位能够提高两者对合后的稳定性。

在一些实施方式中，屏蔽壳体100可以是金属屏蔽壳体100，盖体120和底座110也对应为金属材质。

可选的，结合图1和图4所示，可以使得探测器140与屏蔽壳体100之间具有电位差，即可以分别对探测器140和屏蔽壳体100连接不同极性的电极，从而在两者之间形成电势差，从而在探测器140与屏蔽壳体100之间形成弱电场，氡及其子体在衰变过程中释放的α粒子处于该弱电场中时，便可以使得α粒子在电场的作用下入射探测器140的入射窗，由此，便可以提高探测器140对α粒子的收集能力，从而提高本申请的放射性测量装置的测量灵敏度。

在一些实施方式中，屏蔽壳体100可以接地，同时，使得探测器140的上表面置负高压，以此，便会在探测器140的上表面和屏蔽壳体100之间形成一个微弱的电场，进入到屏蔽壳体100中的放射性气溶胶中的氡及其子体衰变出的α粒子会被该微弱电场汇聚至探测器140的入射窗处，从而产生信号。

在一些实施方式中，屏蔽壳体100接地的方式可以是与电路板150的接地端连接，从而实现接地。当然，在一些实施方式中，还可以是屏蔽壳体100通过单独的地线接地。

可选的，如图4所示，可以将探测器140设置于电路板150上，并且探测器140位于内腔的中心处，如此，能够便于探测器140较为均匀的接收进入内腔中的氡及其子体衰变出的α粒子。同时，扩散通道位于电路板150设置有探测器140的一侧，如此，能够避免由于电路板150的遮挡干扰探测器140对于氡及其子体衰变出的α粒子的接收。

可选的，如图4所示，探测器140和处理电路160分别位于电路板150的相对两侧，如此，可以在实际使用时，使得探测器140位于电路板150的正面，便于接收α粒子，将无需接收α粒子的处理电路160设置于电路板150的背面，从而能够充分的提高处理电路160和探测器140在内腔中的布设合理性，同时，也能够通过电路板150进行分层，避免处理电路160的元器件和探测器140相互干涉。探测器140通过电路板150上的金属连线分别与第一阈值电路和第二阈值电路连接。

可选的，结合图2和图4所示，在屏蔽壳体100内壁上设置有定位柱111，定位柱111与电路板150卡接，通过定位柱111可以将电路板150抬高，使得位于电路板150上的处理电路160的元器件与屏蔽壳体100隔离开来，从而避免短路。

可选的，如图1和图2所示，在屏蔽壳体100上还设置有与电路板150连接的信号端口130，如此，放射性测量装置便可以通过信号端口130与外部的控制器连接，从而便于在得出α粒子测量信号和γ射线测量信号后，可以通过信号端口130向外输出，以便于在与控制器连接的显示器上进行显示，方便用户查看。此外，还可以由控制器对第一阈值电路和第二阈值电路中的各阈值进行调节，从而按照需求进行灵活设定。

可选的，如图2所示，在屏蔽壳体100上还设置有容置信号端口130的凹槽，其中，信号端口130的插接口位于凹槽内部，即信号端口130插接口可以低于凹槽的开口，换言之，信号端口130的插接口位于凹槽内部，信号端口130插接口与凹槽的开口具有一定间距，如此，能够使得凹槽的开口高于信号端口130的插接口，如此，便可以在信号端口130的插接口和凹槽的槽口之间形成台阶，在线缆插入信号端口130时，便可以由凹槽的槽壁对线缆的端口进行限位，避免其受外力时，直接作用于信号端口130，提高信号端口130的耐用性。

本申请实施例的另一方面，提供一种放射性测量方法，包括采用上述任一种的放射性测量装置进行测量。

在测量前，可以先预设第一阈值电路的触发阈值大于第二阈值电路的触发阈值，第一阈值电路的触发阈值小于α粒子对应的阈值且大于γ射线对应的阈值，第二阈值电路的触发阈值小于γ射线对应的阈值。应当理解的是，氡及其子体衰变出的α粒子具有较高的能量，γ射线相比于α粒子的能量较低，因此，α粒子由探测器140接收后能够触发的最低阈值电压即为α粒子对应的阈值，同理，γ射线由探测器140接收后能够触发的最低阈值电压即为γ射线对应的阈值。

在使用放射性测量装置之前，可以预先设定处理电路160中的第一阈值电路的触发阈值和第二阈值电路的触发阈值。在设定时，可以使得第一阈值电路的触发阈值大于第二阈值电路的触发阈值，并且第一阈值电路的触发阈值还应该满足小于α粒子对应的阈值同时大于γ射线对应的阈值，第二阈值电路的触发阈值还应该满足小于γ射线对应的阈值，例如第一阈值电路的触发阈值设置为3MeV(触发阈值电压为2V至3V)，第二阈值电路的触发阈值设置为30keV(触发阈值电压为30mV至40mV)。如图5所示，方法包括：

S010：获取探测器140输出的模拟信号。

通过探测器140便可以将接收的α粒子和γ射线转换为模拟信号，并输出至处理电路160。

S020：将模拟信号与第一阈值电路的触发阈值比较，若模拟信号大于第一阈值电路的触发阈值，则第一阈值电路输出α粒子测量信号。

处理电路160将模拟信号与第一阈值电路的触发阈值比较，由于只有α粒子才能够触发第一阈值电路的触发阈值，γ射线并不足以触发第一阈值电路的触发阈值，因此，若模拟信号大于第一阈值电路的触发阈值，则第一阈值电路输出α粒子测量信号，α粒子测量信号即可以表征为氡及其子体的浓度。

S030：将模拟信号与第二阈值电路的触发阈值比较，若模拟信号大于第二阈值电路的触发阈值，则第二阈值电路输出总测量信号；

处理电路160将模拟信号与第二阈值电路的触发阈值比较，由于α粒子和γ射线均能够触发第二阈值电路的触发阈值，因此，若模拟信号大于第二阈值电路的触发阈值，则第二阈值电路会输出总测量信号，总测量信号中既包含有α粒子测量信号，也包含有γ射线测量信号。

S040：将总测量信号和α粒子测量信号做差得出γ射线测量信号。

由于总测量信号中既包含有α粒子测量信号，也包含有γ射线测量信号，因此，可以使得总测量信号减去α粒子测量信号，便可以得出γ射线测量信号，γ射线测量信号表征为γ射线的强度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放射性测量装置，其特征在于，包括：具有内腔的屏蔽壳体，在所述屏蔽壳体上还形成有将所述内腔与外部连通的扩散通道，在所述内腔中设置有探测器和具有处理电路的电路板，所述处理电路包括第一阈值电路和第二阈值电路，所述探测器分别与所述处理电路的第一阈值电路和第二阈值电路连接，所述探测器用于接收经所述扩散通道进入内腔的α粒子和γ射线并形成模拟信号，所述第一阈值电路和所述第二阈值电路用于根据所述模拟信号输出α粒子测量信号和γ射线测量信号。

2.如权利要求1所述的放射性测量装置，其特征在于，所述探测器与所述屏蔽壳体之间具有电位差，以在所述探测器与所述屏蔽壳体之间形成电场，使所述α粒子在所述电场的作用下入射所述探测器。

3.如权利要求2所述的放射性测量装置，其特征在于，所述屏蔽壳体与所述电路板的接地端连接。

4.如权利要求1所述的放射性测量装置，其特征在于，所述探测器位于所述内腔中心，且设置于所述电路板，所述扩散通道位于所述电路板设置有所述探测器的一侧。

5.如权利要求1所述的放射性测量装置，其特征在于，所述探测器和所述处理电路分别位于所述电路板的相对两侧，所述探测器通过所述电路板分别与所述第一阈值电路和所述第二阈值电路连接。

6.如权利要求5所述的放射性测量装置，其特征在于，在所述屏蔽壳体内壁上设置有定位柱，所述定位柱与所述电路板卡接，以将所述处理电路与所述屏蔽壳体绝缘隔离。

7.如权利要求1所述的放射性测量装置，其特征在于，在所述屏蔽壳体上还设置有与所述电路板连接的信号端口，所述信号端口用于与外部控制器连接。

8.如权利要求7所述的放射性测量装置，其特征在于，在所述屏蔽壳体上还设置有容置所述信号端口的凹槽，所述信号端口的插接口位于所述凹槽内部以在所述信号端口的插接口和所述凹槽的槽口之间形成台阶。

9.如权利要求1至8任一项所述的放射性测量装置，其特征在于，所述屏蔽壳体包括相互对合以形成内腔的盖体和底座，在所述盖体和所述底座的对合处形成有间隙，以作为所述扩散通道。

10.一种放射性测量方法，其特征在于，包括采用权利要求1至9任一项所述的放射性测量装置进行测量，预设第一阈值电路的触发阈值大于第二阈值电路的触发阈值，所述第一阈值电路的触发阈值小于α粒子对应的阈值且大于γ射线对应的阈值，所述第二阈值电路的触发阈值小于γ射线对应的阈值，所述方法包括：

获取探测器输出的模拟信号；

将所述模拟信号与第一阈值电路的触发阈值比较，若所述模拟信号大于所述第一阈值电路的触发阈值，则所述第一阈值电路输出α粒子测量信号；

将所述模拟信号与第二阈值电路的触发阈值比较，若所述模拟信号大于所述第二阈值电路的触发阈值，则所述第二阈值电路输出总测量信号；

将所述总测量信号和所述α粒子测量信号做差得出γ射线测量信号。

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