CN114859394A - 一种α表面污染成像监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种α表面污染成像监测仪，属于环境放射性测量技术领域。该监测仪包括射线探测单元和数据处理电路，射线探测单元与数据处理电路通信连接。射线探测单元用于探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号，数据处理电路用于对电信号进行处理，计算得到α粒子的位置，从而具备位置分辨能力，能够得到表面污染的具体位置分布，从而针对性的进行表面污染的去除，提高去污效率。
Description
技术领域
本发明涉及环境放射性测量技术领域，特别是涉及一种具备位置分辨和能量分辨的α表面污染成像监测仪。
背景技术
在核设施场所中，由于放射性物质会发生泄漏，而与放射性物质相接触会造成放射性物质的表面污染，这些表面污染会形成放射性气溶胶，被人体吸入后造成内照射伤害，因此必须对核设施场所内的表面污染进行监测。
而现有的α表面污染仪通常使用闪烁体或正比计数管探测器，通过对表面污染发射的α粒子进行计数来测量污染水平，但此类α表面污染仪只能得到α污染的计数水平，无法得到表面污染的具体位置分布。在面对不易去除的固定表面污染时，无法简单使用擦拭方法进行去污，仅计数的表面污染仪无法提高实际的去污效率。
基于此，亟需一种具备位置分辨的α表面污染成像监测仪。
发明内容
本发明的目的是提供一种α表面污染成像监测仪，能够得到表面污染的具体位置分布，从而针对性的进行表面污染的去除，提高去污效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种α表面污染成像监测仪，所述监测仪包括射线探测单元和数据处理电路；所述射线探测单元与所述数据处理电路通信连接；
所述射线探测单元用于探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号；
所述数据处理电路用于对所述电信号进行处理，计算得到α粒子的位置。
在一些实施例中，所述射线探测单元包括沿射线粒子入射方向依次设置的密封铝膜、闪烁晶体和硅光电倍增管阵列；所述密封铝膜包裹所述闪烁晶体和所述硅光电倍增管阵列；所述闪烁晶体和所述硅光电倍增管阵列通过光导耦合连接；
所述闪烁晶体用于探测表面污染发射的射线粒子，将射线粒子沉积能量转换为闪烁光；所述硅光电倍增管阵列用于将所述闪烁光转换为电信号。
在一些实施例中，所述密封铝膜的内层涂覆有反射材料；所述反射材料用于反射所述闪烁光，增加光收集效率。
在一些实施例中，所述射线探测单元还包括金属保护栅网；所述金属保护栅网位于所述密封铝膜外侧，所述金属保护栅网用于保护所述密封铝膜。
在一些实施例中，所述数据处理电路包括依次连接的阵列读出电路、A/D转换电路、波形甄别电路和位置计算电路；
所述阵列读出电路用于采用电阻网络将所述电信号简化为四路模拟输出信号；
所述A/D转换电路用于将所述四路模拟输出信号转换为四路数字输出信号；
所述波形甄别电路用于采用电荷积分法对所述四路数字输出信号进行波形甄别，得到α粒子对应的甄别后输出信号；
所述位置计算电路用于利用重心法对所述甄别后输出信号进行处理，得到α粒子的位置。
在一些实施例中，所述电阻网络为均匀电荷分配电阻网络。
在一些实施例中，所述位置计算电路还用于将所述甄别后输出信号相加，得到α粒子的能量。
在一些实施例中，所述监测仪还包括数据显示模块，所述数据显示模块与所述数据处理电路通信连接；所述数据显示模块用于对所述α粒子的位置和能量进行显示，生成α表面污染实时图像。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明用于提供一种α表面污染成像监测仪，包括射线探测单元和数据处理电路，射线探测单元与数据处理电路通信连接。射线探测单元用于探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号，数据处理电路用于对电信号进行处理，计算得到α粒子的位置，从而具备位置分辨能力，能够得到表面污染的具体位置分布，从而针对性的进行表面污染的去除，提高去污效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例1所提供的α表面污染成像监测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例1所提供的射线探测单元的结构示意图。
符号说明：
1-射线探测单元；2-数据处理电路；3-数据显示模块；11-密封铝膜；12-闪烁晶体；13-光导；14-硅光电倍增管阵列。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种α表面污染成像监测仪，能够得到表面污染的具体位置分布，从而针对性的进行表面污染的去除，提高去污效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例用于提供一种α表面污染成像监测仪，如图1所示，所述监测仪包括射线探测单元1和数据处理电路2，射线探测单元1与数据处理电路2通信连接。
射线探测单元1用于探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号；数据处理电路2用于对电信号进行处理，计算得到α粒子的位置。
本实施例利用射线探测单元1探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号，并利用数据处理电路2对电信号进行处理，计算得到α粒子的位置，能够获得α粒子的位置分布，在去除表面污染时能够针对性的进行去污，去污效率高。
本实施例的射线探测单元1用于探测表面污染发射的射线粒子，并将测量到的射线粒子的信息转换为电信号。具体的，如图2所示，射线探测单元1包括沿射线粒子入射方向依次设置的密封铝膜11、闪烁晶体12和硅光电倍增管阵列14(简称为SiPM阵列)，密封铝膜11包裹闪烁晶体12和硅光电倍增管阵列14，闪烁晶体12和硅光电倍增管阵列14通过光导13耦合连接，并在连接处涂有光学硅脂，闪烁晶体12可为一整块闪烁体薄片。闪烁晶体12是一种可探测射线，将射线沉积能量转换为光子的晶体，则本实施例的闪烁晶体12用于探测表面污染发射的射线粒子，将射线粒子沉积能量转换为闪烁光，硅光电倍增管阵列14用于探测闪烁光，并将该闪烁光转换为电信号。通过设置该射线探测单元1，不同位置的射线粒子在闪烁晶体12内沉积能量，发射出光脉冲信号(即闪烁光)，被相应位置的硅光电倍增管阵列14所探测，并将其转换为电信号。
传统表面污染仪体积通常较大，对于在核设施场所内如管道、手套箱窗口、设备平台间的空隙等空间狭小的区域，传统表面污染仪对此类狭小区域的表面污染直接测量较为困难，测量结果误差较大。而本实施例由于采用SiPM阵列进行探测，相比于传统的光电倍增管，体积更小，所以适合狭小区域的测量。
作为一种可选的实施方式，本实施例的密封铝膜11的内层涂覆有反射材料，涂覆有反射材料的密封铝膜11可被称为铝反射膜，铝反射膜用于反射闪烁晶体12产生的闪烁光，增加光收集效率。本实施例的射线探测单元1还包括金属保护栅网，金属保护栅网位于密封铝膜11外侧，该金属保护栅网用于保护密封铝膜11，防止其破损。
数据处理电路2对射线探测单元1输出的包含射线粒子脉冲信息的电信号进行处理，首先通过脉冲波形甄别扣除β、γ粒子，然后计算得到α粒子入射到探测器的具体位置以及沉积能量。本实施例的数据处理电路2包括依次连接的阵列读出电路、A/D转换电路、波形甄别电路和位置计算电路。
阵列读出电路用于采用电阻网络将硅光电倍增管阵列14的多路输出电信号简化为四路模拟输出信号，减少后续电路处理的信号数量。该电阻网络可为均匀电荷分配电阻网络，将射线粒子事件的位置信息编码到四路模拟输出信号中，后续可通过对四路模拟输出信号进行运算，得到射线粒子事件的原始位置。
A/D转换电路也可称为模拟数字转换电路ADC，其用于对阵列读出电路输出的四路模拟输出信号进行采样，并将四路模拟输出信号转换为四路数字输出信号。
波形甄别电路用于采用电荷积分法对四路数字输出信号进行波形甄别，得到α粒子对应的甄别后输出信号。具体的，波形甄别电路基于A/D转换电路输出的四路数字输出信号，利用不同粒子信号的脉冲衰减时间不同，通过电荷积分法完成β和γ射线甄别，通过对脉冲衰减部分和总脉冲进行积分，并计数比较脉冲衰减部分和总脉冲的比值，由于不同粒子的脉冲衰减时间不同，则这个比值的大小不同，通过设置合适的阈值，即可将粒子进行区分，从而获得α粒子对应的甄别后输出信号。本实施例的波形甄别电路通过光脉冲信号的不同衰减时间进行甄别，实现对其他粒子的区分。
位置计算电路用于利用重心法对甄别后输出信号进行处理，得到α粒子的位置。
由于仅计数的表面污染仪无法得到α粒子能量，不能区分表面污染是由何种放射性元素产生，为了解决这一问题，本实施例的位置计算电路还用于将甄别后输出信号相加，得到α粒子的能量。即位置计算电路将甄别后输出信号进行计算，通过重心法得到α粒子的位置，并将四路信号相加，得到α粒子的能量。具体计算公式如下：
位置计算公式：
式中，X、Y为α粒子的位置坐标，X+、X-、Y+、Y-为四路数字输出信号。
能量计算公式：
E＝X++X-+Y++Y-；
作为一种可选的实施方式，本实施例的监测仪还包括数据显示模块3，数据显示模块3与数据处理电路2通信连接，在数据处理电路2利用重心法完成粒子入射位置计算，并将四路输出信号相加计算得到粒子能量信息后，数据显示模块3用于对α粒子的位置和能量进行显示，生成α表面污染实时图像。具体的，数据显示模块3包含一个显示屏，在获得表面污染产生的α粒子的位置和能量信息后，将结果传输至显示屏实时显示，α表面污染实时图像的每个像点既有位置信息也有能量信息，能量信息通过能谱显示。
本实施例可对整个检测区域进行分区域探测，每一个小区域可得到单次α污染点的位置信息和能量信息，再通过得到的多个α粒子的信息叠加，形成整个检测区域内α粒子污染实时图像。
为了解决传统α表面污染仪存在无法得到污染分布、无法得到粒子能量区分污染元素、狭窄处等不易测量等问题，本实施例提出了一种对α表面污染具备位置分辨和能量分辨的监测仪，包括射线探测单元1、数据处理电路2和数据显示模块3。射线探测单元1用于探测表面污染发射的射线粒子，并将测量得到的射线粒子信息转换为电信号，数据处理电路2对射线探测单元1输出的电信号进行处理，通过脉冲波形甄别掉β和γ粒子，然后根据重心法计算探测到的α粒子在射线探测单元1发生的位置和沉积能量，数据显示模块3则将数据处理电路2得到的α粒子事件位置和能量进行显示，产生α表面污染的实时图像。本实施例提供的α表面污染成像的监测装置，可对α表面污染的位置分布和能量实时测量并显示结果，解决了现有污染仪只能测量计数的不足，并具有区分β污染的能力，对表面污染监测有重要的意义。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种α表面污染成像监测仪，其特征在于，所述监测仪包括射线探测单元和数据处理电路；所述射线探测单元与所述数据处理电路通信连接；
所述射线探测单元用于探测表面污染发射的射线粒子，生成电信号；
所述数据处理电路用于对所述电信号进行处理，计算得到α粒子的位置。
2.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述射线探测单元包括沿射线粒子入射方向依次设置的密封铝膜、闪烁晶体和硅光电倍增管阵列；所述密封铝膜包裹所述闪烁晶体和所述硅光电倍增管阵列；所述闪烁晶体和所述硅光电倍增管阵列通过光导耦合连接；
所述闪烁晶体用于探测表面污染发射的射线粒子，将射线粒子沉积能量转换为闪烁光；所述硅光电倍增管阵列用于将所述闪烁光转换为电信号。
3.根据权利要求2所述的监测仪，其特征在于，所述密封铝膜的内层涂覆有反射材料；所述反射材料用于反射所述闪烁光，增加光收集效率。
4.根据权利要求2所述的监测仪，其特征在于，所述射线探测单元还包括金属保护栅网；所述金属保护栅网位于所述密封铝膜外侧，所述金属保护栅网用于保护所述密封铝膜。
5.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述数据处理电路包括依次连接的阵列读出电路、A/D转换电路、波形甄别电路和位置计算电路；
所述阵列读出电路用于采用电阻网络将所述电信号简化为四路模拟输出信号；
所述A/D转换电路用于将所述四路模拟输出信号转换为四路数字输出信号；
所述波形甄别电路用于采用电荷积分法对所述四路数字输出信号进行波形甄别，得到α粒子对应的甄别后输出信号；
所述位置计算电路用于利用重心法对所述甄别后输出信号进行处理，得到α粒子的位置。
6.根据权利要求5所述的监测仪，其特征在于，所述电阻网络为均匀电荷分配电阻网络。
7.根据权利要求5所述的监测仪，其特征在于，所述位置计算电路还用于将所述甄别后输出信号相加，得到α粒子的能量。
8.根据权利要求7所述的监测仪，其特征在于，所述监测仪还包括数据显示模块，所述数据显示模块与所述数据处理电路通信连接；所述数据显示模块用于对所述α粒子的位置和能量进行显示，生成α表面污染实时图像。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220805 |
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