CN115390121A - 放射源方位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方位定位误差小于30°，且定向精度高、体积小、重量轻、造价低的放射源方位测量装置及测量方法，所述放射源方位测量装置包括呈圆形盒体状的壳体，在壳体内设有主控板、探测器和屏蔽块，所述屏蔽块安装在壳体底部，置于主控板下端，呈十字形，屏蔽块采用多块铅板连接而成，且外端与壳体内壁相接，并与壳体一起将盒体内部分隔为四个屏蔽空间；所述探测器设有四个，对应安装在四个屏蔽空间内，每个探测器均与主控板相接，用于采集环境中的γ射线，并产生脉冲数后传递到主控板上，由主控板根据各个探测器所反馈的脉冲数判断放射源方位。

Description

放射源方位测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及辐射监测领域，具体涉及一种放射源方位测量装置及测量方法。

背景技术

放射源广泛应用于国民经济的各个领域，包括工业、农业、医学等，极大的造福了人类，但是由于放射源可以释放高能射线或粒子，如γ射线、中子等，造成电离辐射，破坏人体细胞组织，伤害人体；放射源泄露、丢失、盗窃事件时有发生，放射源的使用具有潜在危险性，因此除了需要对放射源进行严格管理外，还需要有效的监控或监测，当放射源发生泄露、丢失或盗窃事件时，能够对放射源进行快速寻找和定位，以降低其带来的危害。

目前常规的放射源定位普遍采用人工或车辆对疑似区域进行地毯式搜索，根据剂量率的变化情况以确定放射源所在位置。该方法存人员易受沾染、寻源效率低缺点。

现有公告号为110794443的中国专利公开了一种快速准确定位放射源的探测器装置及定位方法，该装置，包括电路电子模块，固定螺栓，带有螺纹孔的圆环，端盖屏蔽结构，放射性探测器，放射性探测器的固定座，主体屏蔽结构，基座屏蔽结构。其中，主体屏蔽机构为一个上端周向均匀设有多个安装槽的圆柱体，在每个安装槽内均安装有一个放射线探测器，使用时，通过多个探测器与屏蔽结构的合理结合，对不同方向的剂量率进行准确测量，并采用电路电子系统对不同方向的剂量率进行计算，最终准确得出放射源的方位。该装置方位识别与探测器数量有关，每个探测器对应测量一个方向，因此在测量方位精度较高时需要用多个探测器进行测量，从而造成方位测量装置体积大，重量较重等缺点。同时，该装置整体结构较为复杂，造价较高，不适宜大范围推广。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种方位定位误差小于30°，且定向精度高、体积小、重量轻、造价低的放射源方位测量装置及测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种放射源方位测量装置，包括呈圆形盒体状的壳体，在壳体内设有主控板、探测器和屏蔽块，所述屏蔽块安装在壳体底部，置于主控板下端，呈十字形，屏蔽块采用多块铅板连接而成，且外端与壳体内壁相接，并与壳体一起将盒体内部分隔为四个屏蔽空间；所述探测器设有四个，对应安装在四个屏蔽空间内，每个探测器均与主控板相接，用于采集环境中的γ射线，并产生脉冲数后传递到主控板上，由主控板根据各个探测器所反馈的脉冲数判断放射源方位。这样，所设置的屏蔽块呈十字形，从而将一个圆形空间分割为四个九十度的屏蔽空间，相对应的，每个空间内设置一个探测器，从而当对应侧的探测器探测到放射源后，位于该放射源同侧的探测器会产生大量脉冲计数，其他探测器由于铅板的作用，计数明显偏小。从而，主控板根据脉冲计数，即可判定放射源的大致方位。同时，位于放射源相邻两侧的探测器所探测数据小于具有放射源一侧的数据，当放射源位于该区域的中部(即该区域45度位置)时，放射源所发出的数据，到左右两侧铅板厚度和路径一致，相邻两侧探测器所能探测的脉冲计数一致，根据该数值，即可计算出放射源的具体方位；若放射源在中部以外位置，则会导致相邻两侧探测器所探测的脉冲计数有差异，具体来说，距离放射源较近一侧的探测器所探测脉冲计数会小于另一侧，从而根据相邻两侧脉冲计数之间的比值计算，能够得到该放射源的放射线到其中一侧铅板之间的夹角，进而将放射源方位确定在30度范围内。采用上述装置后，相较于一个探测器实现一个方位定位的传统方位场装置，能够通过少量探测器实现多个方位角的定位，满足辐射剂量率和放射源方位的同时测量，在进行水平方位测量的同时，可满足一定精度的空间角度定位。解决了传统方位场结构体积较大，成本较高，定位角度精度低，无法进行空间角度定位等缺点。

进一步的，所述探测器置于屏蔽空间内侧，以屏蔽块的中心为圆心周向均匀设置。这样，探测器处于内侧，与铅板距离更近，各个探测器以屏蔽块的中心为圆心周向均匀设置，能确保辐射测量的准确性。

进一步的，所述壳体由呈瓶盖状的下盒体和安装在下盒体开口侧的上密封盖组成，采用低原子序数铝合金材料制作而成。这样，壳体采用上述材料后，密度较低、耐腐蚀强、导电性能好、强度较高，在保证强度的前提下尽可能减小仪器的重量以达到便携的要求。

进一步的，在上密封盖上周向均匀设有十二个与主控板电连接的方位指示灯。这样，相邻两个方位指示灯之间的角度为30°，当主控板根据计算确定放射源的方位后，主控板即能够控制所对应两个方位指示灯点亮，直观地为使用者展示放射源方位。

进一步的，在壳体上还设有一报警器，所述报警器与主控板相接。这样，当探测器探测到有放射源后，主控板即可为报警器通电，控制报警器进行报警，提醒使用者。

进一步的，在壳体内设有多个电池，所述电池与主控板电连接，为主控板供电。这样，所设置电池能够为主控板供电，电池体量小，供电方便。

进一步的，在壳体上还设有一凸盖，在凸盖上设有一显示屏和控制按钮，所述显示屏和控制按钮均与主控板电连接。这样，所设置的显示屏能够显示方位和所接收的最大脉冲计数，为使用人员提供信息展示，而所设置控制按钮能够用于使用者开启电源等操作。

进一步的，在凸盖上还设有一个呈弧形的握把，所述握把两端均与凸盖可转动连接。这样，握把可便于使用者提起该装置，移动方便。

进一步的，在壳体下端设有一电源/充电插座和调试插座，所述电源/充电插座、调试插座均与主控板电连接。这样，所设置的充电插座为电池充电，接电源插座后可由外接电源进行供电，并对电池充电，接调试插座可下载主控板程序。

一种放射源方位测量方法，包括采用如上所述的放射源方位测量装置，将放射源方位测量装置放置在被测区域中，并控制四个探测器对外部环境进行γ射线的采集，并在射线采集后，将所采集到的脉冲计数发送到主控板；主控板通过所接收到的各个探测器所发出的脉冲计数进行对比，确定脉冲计数最大一侧所对应区域，即为具有放射源区域，从而确定放射源方位；然后，主控板再通过如下公式计算出放射源所发出放射线到相邻一侧铅板之间的夹角θ，

式中，a1为放射源所在区域内探测器的读数，a2和a3为靠近放射源两侧屏蔽区域内探测器的读数。这样，在探测放射源方位时，只需将装置放到被测区域后，通过启动探测器进行探测，将探测后的数据发送到主控板，主控板在接收上述数据后，根据所接收的数据，进行计算，即可确定放射源的方位，将放射源锁定在30°范围内。该探测方法简单、高效。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、屏蔽块呈十字形，从而将一个圆形空间分割为四个九十度的屏蔽空间，相对应的，每个空间内设置一个探测器，从而当对应侧的探测器探测到放射源后，位于该放射源同侧的探测器会产生大量脉冲计数，其他探测器由于铅板的作用，计数明显偏小。使得主控板能够根据放射源一侧和放射源相邻两侧探测器的读数，来确定放射源的方位。具有体积小、重量轻等优点。

2、该发明可通过计算公式，消除因不同放射源衰减厚度差异带来的定向误差影响，从而实现多种不同放射源的定向测量。

3、该发明探测器采用计数管，也可采用晶体探测器。

附图说明

图1为实施例中放射源方位测量装置的剖面结构示意图；

图2为实施例中放射源方位测量装置的立体结构示意图；

图3为实施例中放射源处于北偏西时的计算示列；

图4为实施例中探测器与屏蔽块的布置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

如图1-图4所示，本实施例提供了一种放射源方位测量装置，包括呈圆形盒体状的壳体1，在壳体1内设有主控板4、探测器3和屏蔽块2，所述屏蔽块2安装在壳体1底部，置于主控板4下端，呈十字形，屏蔽块2采用多块铅板连接而成，且外端与壳体1内壁相接，并与壳体1一起将盒体内部分隔为四个屏蔽空间；所述探测器3设有四个，对应安装在四个屏蔽空间内，每个探测器3均与主控板4相接，用于采集环境中的γ射线，并产生脉冲数后传递到主控板4上，由主控板4根据各个探测器3所反馈的脉冲数判断放射源方位。这样，所设置的屏蔽块2呈十字形，从而将一个圆形空间分割为四个九十度的屏蔽空间，相对应的，每个空间内设置一个探测器3，从而当对应侧的探测器3探测到放射源后，位于该放射源同侧的探测器3会产生大量脉冲计数，其他探测器3由于铅板的作用，计数明显偏小。从而，主控板4根据脉冲计数，即可判定放射源的大致方位。同时，位于放射源相邻两侧的探测器3所探测数据小于具有放射源一侧的数据，当放射源位于该区域的中部(即该区域45度位置)时，放射源所发出的数据，到左右两侧铅板厚度和路径一致，相邻两侧探测器3所能探测的脉冲计数一致，根据该数值，即可计算出放射源的具体方位；若放射源在中部以外位置，则会导致相邻两侧探测器3所探测的脉冲计数有差异，具体来说，距离放射源较近一侧的探测器3所探测脉冲计数会大于另一侧，从而根据相邻两侧脉冲计数之间的比值计算，能够得到该放射源的放射线到其中一侧铅板之间的夹角，进而将放射源方位确定在30度范围内。采用上述装置后，相较于一个探测器3实现一个方位定位的传统方位场装置，能够通过少量探测器3实现多个方位角的定位，满足辐射剂量率和放射源方位的同时测量，在进行水平方位测量的同时，可满足一定精度的空间角度定位。解决了传统方位场结构体积较大，成本较高，定位角度精度低，无法进行空间角度定位等缺点。

进一步的，所述探测器3置于屏蔽空间内侧，以屏蔽块2的中心为圆心周向均匀设置。这样，探测器3处于内侧，与铅板距离更近，各个探测器3以屏蔽块2的中心为圆心周向均匀设置，能确保辐射测量的准确性。

进一步的，所述壳体1由上端具有开口且横截面呈环形的下盒体11和安装在下盒体11开口侧的上密封盖12组成，采用低原子序数铝合金材料制作而成。这样，壳体1采用上述材料后，密度较低、耐腐蚀强、导电性能好、强度较高，在保证强度的前提下尽可能减小仪器的重量以达到便携的要求。

进一步的，在上密封盖12上周向均匀设有十二个与主控板4电连接的方位指示灯5。这样，相邻两个方位指示灯之间的角度为30°，当主控板4根据计算确定放射源的方位后，主控板4即能够控制所对应两个方位指示灯5点亮，直观地为使用者展示放射源方位。

进一步的，在壳体1上还设有一报警器8，所述报警器8与主控板4相接。这样，当探测器3探测到有放射源后，主控板4即可为报警器通电，控制报警器进行报警，提醒使用者。

进一步的，在壳体内设有多个电池9，所述电池9与主控板4电连接，为主控板4供电。这样，所设置电池能够为主控板4供电，电池体量小，供电方便。

进一步的，在壳体1上还设有一凸盖13，在凸盖13上设有一显示屏6和控制按钮7，所述显示屏6和控制按钮7均与主控板4电连接。这样，所设置的显示屏能够显示方位和所接收的最大脉冲计数，为使用人员提供信息展示，而所设置控制按钮能够用于使用者开启电源等操作。

进一步的，在凸盖13上还设有一个呈弧形的握把，所述握把两端均与凸盖可转动连接。这样，握把可便于使用者提起该装置，移动方便。

进一步的，在壳体1下端设有一电源/充电插座和调试插座，所述电源/充电插座、调试插座均与主控板4电连接。这样，所设置的充电插座为电池充电，接电源插座后可由外接电源进行供电，并对电池充电，接调试插座可下载主控板4程序。

一种放射源方位测量方法，包括采用如上所述的放射源方位测量装置，将放射源方位测量装置放置在被测区域中，并控制四个探测器3对外部环境进行γ射线的采集，并在射线采集后，将所采集到的脉冲计数发送到主控板4；主控板4通过所接收到的各个探测器3所发出的脉冲计数进行对比，确定脉冲计数最大一侧所对应区域，即为具有放射源区域，从而确定放射源方位；然后，主控板4再通过如下公式计算出放射源所发出放射线到相邻一侧铅板之间的夹角θ，

式中，a1为放射源所在区域内探测器3的读数，a2和a3为靠近放射源两侧屏蔽区域内探测器3的读数。这样，在探测放射源方位时，只需将装置放到被测区域后，通过启动探测器3进行探测，将探测后的数据发送到主控板4，主控板4在接收上述数据后，根据所接收的数据，进行计算，即可确定放射源的方位，将放射源锁定在30°范围内。该探测方法简单、高效。

以图3为例，若放射源在图中北偏西30度和北偏西60度之间，当放射源位置较远时，探测器以及放射源的尺寸可忽略，等效为点与点的计算，对于探测器A、B、C、D都可等效在O点进行几何分析及计算。在测量放射源较远位置时，可忽略水平方向夹角的影响，近距离时，控制水平角度在10°内，对测量影响小于18％。另外，水平方向夹角带来的误差影响可以通过放射源不同位置分析对仪器操作进行消除。

对于A探测器读数为a1,B探测器读数为a2,C探测器读数为a3，放射源北偏西的角度为θ，放射源与A探测器水平面上的夹角为α。因此，

由此，得出

从上述可以可出，角度θ只与探测器A、B、C的读数相关，与放射源的重量(种类)以及空间夹角不相关。因此，在计算过程中，主要考虑探测器的误差影响。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种放射源方位测量装置，包括呈圆形盒体状的壳体，在壳体内设有主控板、探测器和屏蔽块，其特征在于，所述屏蔽块安装在壳体底部，置于主控板下端，呈十字形，屏蔽块采用多块铅板连接而成，且外端与壳体内壁相接，并与壳体一起将盒体内部分隔为四个屏蔽空间；所述探测器设有四个，对应安装在四个屏蔽空间内，每个探测器均与主控板相接，用于采集环境中的γ射线，并产生脉冲数后传递到主控板上，由主控板根据各个探测器所反馈的脉冲数判断放射源方位。

2.根据权利要求1所述的放射源方位测量装置，其特征在于，所述探测器置于屏蔽空间内侧，以屏蔽块的中心为圆心周向均匀设置。

3.根据权利要求1或2所述的放射源方位测量装置，其特征在于，所述壳体由呈瓶盖状的下盒体和安装在下盒体开口侧的上密封盖组成，采用低原子序数铝合金材料制作而成。

4.根据权利要求3所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在上密封盖上周向均匀设有十二个与主控板电连接的方位指示灯。

5.根据权利要求1或2或4所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在壳体上还设有一报警器，所述报警器与主控板相接。

6.根据权利要求5所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在壳体内设有多个电池，所述电池与主控板电连接，为主控板供电。

7.根据权利要求6所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在壳体上还设有一凸盖，在凸盖上设有一显示屏和控制按钮，所述显示屏和控制按钮均与主控板电连接。

8.根据权利要求5或6所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在凸盖上还设有一个呈弧形的握把，所述握把两端均与凸盖可转动连接。

9.根据权利要求1或2或4所述的放射源方位测量装置，其特征在于，在壳体下端设有一电源/充电插座和调试插座，所述电源/充电插座、调试插座均与主控板电连接。

10.一种放射源方位测量方法，其特征在于，包括采用如权利要求1-9任意一项所述的放射源方位测量装置，将放射源方位测量装置放置在被测区域中，并控制四个探测器对外部环境进行γ射线的采集，并在射线采集后，将所采集到的脉冲计数发送到主控板；主控板通过所接收到的各个探测器所发出的脉冲计数进行对比，确定脉冲计数最大一侧所对应区域，即为具有放射源区域，从而确定放射源方位；然后，主控板再通过如下公式计算出放射源所发出放射线到相邻一侧铅板之间的夹角θ，

式中，a1为放射源所在区域内探测器的读数，a2和a3为靠近放射源两侧屏蔽区域内探测器的读数。

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