CN115390124A - 一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置 - Google Patents

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王轶
章红雨
李清华
黄欣杰
江灏
李�瑞
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明属于核辐射防护技术领域，提供一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，包括硅漂移探测器、取样腔室，所述取样腔室顶部开有圆形孔，硅漂移探测器安装于取样腔室上方，铍窗正对该圆形孔，待测气体由进气管进入取样腔室，腔室内气体由出气管流出，出气管与进气管错位布置，前放电路板和信号处理板通过固定卡座安装于硅漂移探测器上方，所述硅漂移探测器、前放电路板和信号处理板设于探测器外壳内，探测器外壳与取样腔室固连，探测器外壳顶部设有连接器。本发明装置可以在计算放射性活度的同时，进行核素识别，本发明装置利用模拟数据与真实X射线数据计算得到γ本底计数，只用一块探测器即可实现相应功能，大大提高了探测器利用率。

Description

一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置
技术领域
本发明属于核辐射防护技术领域，具体涉及一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置。
背景技术
核电站反应堆堆芯的燃料元件在正常运行或破损时都不可避免的有少量的放射性裂变产物从燃料元件的裂缝中渗透到一回路冷却剂中，当一回路发生泄漏时，这些放射性的裂变产物就会容易进入空气中而在密封的安全壳内形成放射性气态分布（惰性气体、气溶胶、碘），而反应堆安全壳在停堆时需要相关专业人员进入安全壳内进行必要的维护和检查工作，因此对安全壳内空气中的放射性进行监测，是保护相关工作人员，维护核电站安全，保证核电站正常运转的重要措施，这就需要配备气载放射性监测系统跟踪监视安全壳内空气的各种放射性指标，以随时应对可能出现的各种安全壳内放射性泄漏事件。
对于85Kr和133Xe等放射性气体的监测，目前多采用探测衰变β粒子的方式进行，但是对于β衰变通常伴随γ射线，γ射线引发的计数会对测量结果产生干扰。此外由于β衰变的能谱为连续谱，因此通常基于β衰变的探测器不具有核素识别能力，无法区分放射性核素的类型。
发明内容
本发明为克服γ射线对β放射性探测的干扰和放射性气体核素的识别问题，提供一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置。该装置具有低能X射线能谱测量功能，通过X射线峰的峰面积以及模拟得到的X射线计数与γ射线计数在硅漂移探测器中的比例关系，将γ射线计数和X射线计数本身扣除，以得到正确的β射线计数率。同时，X射线峰可以给出核素信息，分析后可得到放射性气体中的核素组成。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，包括硅漂移探测器、取样腔室、连接器、前放电路板和信号处理板，所述取样腔室顶部开有圆形孔，硅漂移探测器安装于取样腔室上方，铍窗正对该圆形孔，待测气体由进气管进入取样腔室，腔室内气体由出气管流出，出气管与进气管错位布置，所述前放电路板和信号处理板通过固定卡座安装于硅漂移探测器上方，所述硅漂移探测器、前放电路板和信号处理板设于探测器外壳内，探测器外壳与取样腔室固连，探测器外壳顶部设有连接器。
在上述技术方案中，所述硅漂移探测器采用一体化真空封装设计，其供电、测量信号、温度控制信号、温度反馈信号功能均由背部的引脚进行输入输出，引脚与前放电路板相连，相关功能由前放电路板进行控制，所述硅漂移探测器内部含有温度传感器，温度信息依次通过相关引脚、前放电路板及信号处理板对外输出。
在上述技术方案中，所述进气管位于取样腔室中部偏上位置，出气管位于取样腔室中部偏下的位置，与进气管错位分布。
在上述技术方案中，所述前放电路板为硅漂移探测器供电，控制硅漂移探测器温度，接收温度反馈信号，前放电路板收集硅漂移探测器给出的脉冲信号，进行成形放大、能谱信息采样，将得到的能谱信息输出给信号处理板，所述信号处理板处理能谱信息与计数信息，分析给出放射性气体活度以及核素类别，并将信息通过连接器输出至上位机。
上述放射性气体活度测量是指本发明探测装置能够给出待测气体的活度浓度信息，并能够以Bq/L和Bq/m3等单位输出计算结果。
上述核素类别识别是指本发明探测装置能够给出待测气体中的放射性核素种类，并输出核素信息。
本探测装置采用取样监测方式，待测气体通过取样管路进入到探测装置的取样腔室内，硅漂移探测器的铍窗正对取样腔室，当放射性气体进入到腔体内部并发生β衰变时，衰变电子由铍窗进入到探测器灵敏体积内沉积能量，并被记录下来。
硅漂移探测器适用于低能X射线与带电粒子的测量，因此通过设置前放电路板参数，探测器能量测量范围设置在50keV以下。伴随β衰变产生的X射线与γ射线也会产生相应的计数，keV量级的低能X射线会在β能谱上形成分辨率良好特征峰。对于不同的核素，特征峰的能量不同，特征峰的面积与γ计数的比例也不同，不同核素的比例关系可以通过模拟计算得到。信号处理板通过处理能谱信息，得到真实的β计数率，进而计算得到腔室内气体的放射性活度以及放射性核素类型。
本发明探测装置与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1.本装置利用X射线特征峰，可以在计算放射性活度的同时，进行核素识别。
2.本装置利用模拟数据与真实X射线数据可以计算得到γ本底计数，只用一块探测器即可实现相应功能，大大提高了探测器利用率。
附图说明
图1是本发明探测装置的整体结构示意图。
图中：1.进气管，2.出气管，3.取样腔室，4.硅漂移探测器，5.前放电路板，6.信号处理板，7.固定卡座，8.探测器外壳，9.连接器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明 。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，通过能谱分析技术扣除X射线与γ射线的误计数并实现核素识别功能。该探测装置包括硅漂移探测器4、取样腔室3、进气管1、出气管2、前放电路板5、信号处理板6、固定卡座7、探测器外壳8和连接器9。
在上述实施例中：
进气管1，待测气体由进气管1进入取样腔室3，进气管1位于取样腔室3中部偏上位置。
出气管2，腔室内气体由出气管2流出，出气管2位于取样腔室3中部偏下的位置，与进气管1错位分布。
取样腔室3，采用不锈钢材料，与进气管1、出气管2通过焊接方式连接，并保证接口处有良好的气密性。取样腔室3上方开有圆形孔，硅漂移探测器4安装时，铍窗应正对该圆形孔。
硅漂移探测器4，为真空封装的一体化探测模块，其供电、测量信号、温度控制信号、温度反馈信号等功能均由背部的引脚进行输入输出，引脚与前放电路板5相连，相关功能由前放电路板5进行控制。硅漂移探测器4内部含有温度传感器，温度信息可依次通过相关引脚、前放电路板5及信号处理板6对外输出。
前放电路板5，能够为硅漂移探测器4供电，控制硅漂移探测器4温度，接收温度反馈信号。此外，前放电路板5主要收集硅漂移探测器4给出的脉冲信号，进行成形放大，并进行能谱信息采样，将得到的能谱信息输入到信号处理板6中进行进一步处理。
信号处理板6，处理能谱信息与计数信息，分析给出放射性气体活度以及核素类别等信息，并将信息通过连接器9输出至上位机。
固定卡座7，前放电路板5和信号处理板6通过固定卡座7安装于硅漂移探测器4上方。
探测器外壳8，硅漂移探测器4、前放电路板5和信号处理板6设于探测器外壳8内，探测器外壳8与取样腔室3使用紧固螺钉连接。
连接器9，探测器外壳8顶部设有连接器9，用于探测装置与上位机连接。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，其特征在于：包括硅漂移探测器、取样腔室、进气管、出气管、连接器、前放电路板和信号处理板，所述取样腔室顶部开有圆形孔，硅漂移探测器安装于取样腔室上方，铍窗正对该圆形孔，待测气体由进气管进入取样腔室，腔室内气体由出气管流出，出气管与进气管错位布置，所述前放电路板和信号处理板通过固定卡座安装于硅漂移探测器上方，所述硅漂移探测器、前放电路板和信号处理板设于探测器外壳内，探测器外壳与取样腔室固连，探测器外壳顶部设有连接器。
2.根据权利要求1所述的基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，其特征在于：所述硅漂移探测器采用一体化真空封装设计，其供电、测量信号、温度控制信号、温度反馈信号功能均由背部的引脚进行输入输出，引脚与前放电路板相连，相关功能由前放电路板进行控制，所述硅漂移探测器内部含有温度传感器，温度信息依次通过相关引脚、前放电路板及信号处理板对外输出。
3.根据权利要求1所述的基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，其特征在于：所述进气管位于取样腔室中部偏上位置，出气管位于取样腔室中部偏下的位置，与进气管错位分布。
4.根据权利要求1所述的基于硅漂移探测器的放射性气体探测装置，其特征在于：所述前放电路板为硅漂移探测器供电，控制硅漂移探测器温度，接收温度反馈信号，前放电路板收集硅漂移探测器给出的脉冲信号，进行成形放大、能谱信息采样，将得到的能谱信息输出给信号处理板，所述信号处理板处理能谱信息与计数信息，分析给出放射性气体活度以及核素类别，并将信息通过连接器输出至上位机。
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