CN114488265A - 一种校准实验室用β谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种校准实验室用β谱仪，包括探测模块和能谱数据处理模块，探测模块放置在中央开入射窗的铜外壳内，探测模块包括Si探测器和CZT探测器，Si探测器和CZT探测器用于对接收到的射线进行测量，能谱数据处理模块用于对Si探测器上捕获的事件按事件输出，对Si探测器和CZT探测器进行能量刻度，得到各个事件的沉积能量，并通过符合事件判断后得到总β能谱。采用本发明所公开的一种校准实验室用β谱仪，可以直接测量得到校准标准规定放射源在不同校准位置处的β能谱，根据测量得到的能谱，确定不同校准位置处放射源的剩余最大能量,判断β辐射场是否满足相关标准中的要求,可应用于对β辐射监测仪表进行校准。
Description
技术领域
本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种校准实验室用β谱仪。
背景技术
核防化、核燃料循环、核事故应急及辐射治疗等领域中均会使用β辐射监测仪表，β辐射监测仪表需要在β射线参考辐射场中进行定期校准和检定，经检定合格后的仪表方可投入使用。国际上普遍使用BSS2(Beta Secondary Standard type 2)β射线次级标准装置产生用于校准和确定β辐射监测仪表响应的β射线参考辐射场。该装置产生的β辐射场能够满足ISO6980标准中对β射线参考辐射场的相关要求。BSS2照射装置中配备了147Pm、85Kr和90Sr/90Y三种具有不同平均能量的β放射源。在β仪表校准过程中，被校仪表需要被放置在辐射场中约定真值已知的校准位置处。此时，校准位置处的辐射场信息可由β射线的能谱分布所描述。为了得到上述三种β放射源在不同校准位置处的能谱分布，需要对β射线能谱进行测量。
目前已有文献报道了采用包含双Si“望远镜”型探测器的β谱仪对β射线能谱进行测量，其测量原理为：低能脉冲幅度谱由两个Si探测器的反符合测量得到，高能脉冲幅度谱由两个Si探测器符合测量得到，通过将低能脉冲幅度谱与高能脉冲幅度谱相加得到最终的脉冲幅度谱。这种含双Si“望远镜”型探测器的β谱仪利用双层探测器结构和符合测量方法，可以很好地减弱周围环境中的光子对β能谱测量结果的影响，具有抑制周围散射光子信号的优点。但由于Si探测器的探测效率低，测量高能脉冲幅度谱要求主探测器的Si的厚度满足一定要求，远远超出常规Si探测器的厚度，需要定制，并且制作工艺复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种校准实验室用β谱仪，用于对BSS2装置中147Pm、85Kr和90Sr/90Yβ放射源在特定距离处产生的β射线能谱进行测量，并且可以根据测量得到的β能谱，确定放射源的剩余最大能量，进一步判断β辐射场是否满足相关标准中的要求。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种校准实验室用β谱仪，包括探测模块和能谱数据处理模块，所述探测模块放置在中央开入射窗的铜外壳内，所述探测模块包括Si探测器和CZT探测器，所述Si探测器和所述CZT探测器用于对接收到的射线进行测量，所述能谱数据处理模块用于对所述Si探测器上捕获的事件按事件输出，对所述Si探测器和所述CZT探测器进行能量刻度，得到各个事件的沉积能量，并通过符合事件判断后得到总β能谱。
进一步，将所述Si探测器和所述CZT探测器的沉积能量分别记为LE和HE，设置合适的时间宽度△t，在预设时间宽度内输出的事件将被认定为符合事件，将判断为符合事件的沉积能量进行相加得到HES能谱，否则被判断为独立事件，统计为LES能谱，将所述LES能谱和所述HES能谱进行合并得到总β能谱。
进一步，所述铜外壳入射窗采用遮光镀铝薄膜材质。
进一步，所述Si探测器和CZT探测器的探测面均与所述铜外壳的入射窗相对。
进一步，所述探测模块还包括Si探测器电路板以及CZT探测器电路板，在所述Si探测器电路板以及所述CZT探测器电路板上与所述Si探测器和所述CZT探测器的探测面相对的位置出设置中心开窗。
进一步，所述能谱数据处理模块包括前置放大器、主控板硬件模块、主控板软件模块和上位机软件模块。
进一步，所述前置放大器为采用JFET场效应管作为输入级的电荷灵敏前置放大器。
进一步，所述主控板硬件模块包括高压电路单元、高压监测单元以及环境监测单元；
所述高压电路单元，用于通过单端反激拓扑电路实现；
所述高压监测单元，用于实现对探测器高压的实时监测；
所述环境监测单元，用于对环境温湿度进行监测，保证探测器处在合适的工作环境。
进一步，所述主控板软件模块用于从上位机获取谱仪配置数据以及LES和HES数据，并通过TCP/IP协议发送到上位机软件模块；对环境温湿度数据、探测器高压值数据等状态监测数据处理。
进一步，所述上位机软件模块包括
β谱仪参数配置和数据获取单元，用于通过以太网接口和TCP/IP协议将界面上设置的能谱参数下发到β谱仪设备，并从β谱仪获取能谱数据；
能谱合并单元，用于将从谱仪获取的LES和HES实时进行平滑合并处理，并展示在界面上；
刻度和校准单元，用于提供能量刻度功能；
数据的存储和查看单元；用于按照通用能谱文件格式进行能谱数据的存储和查看以及配置文件的存储和调用；
API接口提供单元，用于提供API接口供外部程序调用，将谱仪通讯相关功能封装为库文件，供二次开发使用，以及将能谱合并等功能进行封装。
本发明的效果在于：采用本发明所公开的一种校准实验室用β谱仪，具有制作工艺简单，成本低的优点，可以直接测量得到校准标准规定放射源在不同校准位置处的β能谱，根据测量得到的能谱，直接确定不同校准位置处147Pm、85Kr和90Sr/90Y放射源的剩余最大能量,判断β辐射场是否满足相关标准中的要求,可应用于对β辐射监测仪表进行校准。
附图说明
图1为本发明所述的一种校准实验室用β谱仪的结构示意图；
图2为本发明所述的一种校准实验室用β谱仪进行β能谱测量过程示意图；
1-铜外壳、2-Si探测器电路板、3-CZT探测器电路板、4-入射窗、5-Si探测器、6-CZT探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施例一
一种校准实验室用β谱仪，包括探测模块和能谱数据处理模块。
如图1所示，探测模块由Si探测器5和CZT探测器6组成，探测模块放置在中央开入射窗4的铜外壳1内，铜外壳1壁厚3mm，开窗尺寸为10mm×10mm，入射窗4材料采用遮光镀铝薄膜。
入射窗4材料采用遮光镀铝薄膜一方面可以进行遮光，减少环境光对铜外壳1内部的探测模块造成信号干扰，另一方面镀铝薄膜透光性好，能够降低其对β射线的能量吸收和损耗。
在本实施例中Si探测器5的尺寸为10mm×10mm×0.3mm，CZT探测器6的尺寸为10mm×10mm×2mm，Si探测器5及CZT探测器6分别封装在电路板2和电路板3上，探测模块与能谱数据处理模块电连接。为了降低β射线的能量损失，Si探测器5和CZT探测器6的探测面均与铜外壳1的入射窗4相对，并且在Si探测器电路板2以及CZT探测器电路板3上与Si探测器5和CZT探测器6的探测面相对的位置出设置中心开窗。
如图2所示，本发明公开的一种校准实验室用β谱仪进行β能谱测量的步骤为
S1、将β谱仪放置在BSS2照射装置前方，探测器窗与Sr-90/Y-90放射源之间的距离为30cm，探测器轴线与放射源轴线重合。通过网线直接将探测器和上位机连接。通过BSS2照射装置控制软件打开放射源快门，之后在β谱仪上位机软件上选择开始测量，对辐射场能谱进行测量。
S2、将Si探测器5和CZT探测器6上捕获的事件按事件输出，对Si探测器5和CZT探测器6进行能量刻度，得到各个事件的沉积能量，分别记为LE和HE；
不同探测器电离能的差异造成的幅度差异也可以通过软件校准为沉积能量。
S3、设置合适的时间宽度△t，在预设时间宽度内输出的事件将被认定为符合事件，将判断为符合事件的沉积能量进行相加得到HES能谱，否则被判断为独立事件，统计为LES能谱。
S4、将LES能谱和HES能谱进行合并得到总β能谱。
能谱数据处理模块包括前置放大器、主控板硬件模块、主控板软件模块和上位机软件模块。
其中，前置放大器为采用JFET场效应管作为输入级的电荷灵敏前置放大器。适用于本β谱仪的前置放大器包括两个电荷灵敏放大通路，并且通过板上的板对板连接器连接到探测器电极。在空间排列上，将两路高压输入分开，并且通过保护环技术对信号输入路径进行保护以消除意外干扰。
主控板硬件模块包括高压电路单元、高压监测单元以及环境监测单元，所述高压电路单元通过单端反激拓扑电路实现；
所述高压监测单元用于实现对探测器高压的实时监测。
所述环境监测单元，用于对环境温湿度进行监测，保证探测器处在合适的工作环境。
主控板软件模块采用FreeRTOS作为底层操作系统进行资源管理和线程调度，使用LWIP协议栈实现基于TCP/IP协议的以太网通信。主控板软件模块用于从上位机获取谱仪配置数据以及LES和HES数据，并通过TCP/IP协议发送到上位机软件模块；监测环境温湿度数据、探测器高压值数据等状态监测数据处理。
上位机软件模块基于.Net平台实现，功能部分采用C#语言编码，用户界面采用Xamarin框架实现，主要包括
β谱仪参数配置和数据获取单元，用于通过以太网接口和TCP/IP协议将界面上设置的能谱参数下发到β谱仪设备，并从β谱仪获取能谱数据。设置内容包括：谱仪高压值；能谱总道数、放大倍数、成型时间参数、下阈值等多道参数；预设采集模式：定时采集/连续采集/连续定时采集
能谱合并单元，用于将从谱仪获取的LES和HES实时进行平滑合并处理，并展示在界面上，界面上提供展示选项：LES/HES和合并的能谱可设置是否展示；能谱展示方式可以设置为点/曲线/填充，颜色可分别设置；平滑方式选择，平滑窗口的宽度可选。
刻度和校准单元，用于提供能量刻度功能。
数据的存储和查看单元；用于按照通用能谱文件格式进行能谱数据的存储和查看；配置文件的存储和调用。
API接口提供单元，用于提供API接口供外部程序调用，将谱仪通讯相关功能封装为库文件，供二次开发使用；将能谱合并等功能封装。
通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种校准实验室用β谱仪，具有制作工艺简单，成本低的优点，便携性好，在实验室中开展能谱测量时可以方便地进行仪器摆放。操作简单，不需要提前准备液氮对探测器进行冷却，对实验人员要求低。可以直接测量得到校准标准规定放射源在不同校准位置处的β能谱，根据测量得到的能谱，直接确定不同校准位置处147Pm、85Kr和90Sr/90Y放射源的剩余最大能量,判断β辐射场是否满足相关标准中的要求,可应用于对β辐射监测仪表进行校准。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (10)
1.一种校准实验室用β谱仪，包括探测模块和能谱数据处理模块，其特征在于，所述探测模块放置在中央开入射窗的铜外壳内，所述探测模块包括Si探测器和CZT探测器，所述Si探测器和所述CZT探测器用于对接收到的射线进行测量，所述能谱数据处理模块用于对所述Si探测器上捕获的事件按事件输出，对所述Si探测器和所述CZT探测器进行能量刻度，得到各个事件的沉积能量，并通过符合事件判断后得到总β能谱。
2.如权利要求1中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：将所述Si探测器和所述CZT探测器的沉积能量分别记为LE和HE，设置合适的时间宽度△t，在预设时间宽度内输出的事件将被认定为符合事件，将判断为符合事件的沉积能量进行相加得到HES能谱，否则被判断为独立事件，统计为LES能谱，将所述LES能谱和所述HES能谱进行合并得到总β能谱。
3.如权利要求1中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述铜外壳入射窗采用遮光镀铝薄膜材质。
4.如权利要求1中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述Si探测器和CZT探测器的探测面均与所述铜外壳的入射窗相对。
5.如权利要求4中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述探测模块还包括Si探测器电路板以及CZT探测器电路板，在所述Si探测器电路板以及所述CZT探测器电路板上与所述Si探测器和所述CZT探测器的探测面相对的位置出设置中心开窗。
6.如权利要求1中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于，所述能谱数据处理模块包括前置放大器、主控板硬件模块、主控板软件模块和上位机软件模块。
7.如权利要求6中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述前置放大器为采用JFET场效应管作为输入级的电荷灵敏前置放大器。
8.如权利要求6中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述主控板硬件模块包括高压电路单元、高压监测单元以及环境监测单元；
所述高压电路单元，用于通过单端反激拓扑电路实现；
所述高压监测单元，用于实现对探测器高压的实时监测；
所述环境监测单元，用于对环境温湿度进行监测，保证探测器处在合适的工作环境。
9.如权利要求6中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述主控板软件模块用于从上位机获取谱仪配置数据以及LES和HES数据，并通过TCP/IP协议发送到上位机软件模块；对环境温湿度数据、探测器高压值数据等状态监测数据处理。
10.如权利要求6中所述的一种校准实验室用β谱仪，其特征在于：所述上位机软件模块包括
β谱仪参数配置和数据获取单元，用于通过以太网接口和TCP/IP协议将界面上设置的能谱参数下发到β谱仪设备，并从β谱仪获取能谱数据；
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