CN115524733A - 一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统 - Google Patents

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温左蔚
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张进文
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Abstract

本发明属于辐射剂量实时监测技术领域，具体涉及一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统。本发明包括探测器，所述探测器安置于待监测装置的附近区域，所述探测器通过线缆与监测主机相连，所述监测主机内包含低压电源模块、高压电源模块、信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块，所述探测器产生电荷信号后，依次通过信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块传递，所述FPGA模块，对信号进行分析处理，传送至上位机；所述高压电源模块用于向中子探测器提供高压，所述低压电源模块用于向信号处理模块和信号采集模块提供低压。本发明具备高时间分辨能力，能够精确、有效、直接地测量磁约束核聚变装置运行期间产生的电离辐射水平。

Description

一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统
技术领域
本发明属于辐射剂量实时监测技术领域，具体涉及一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统。
背景技术
磁约束核聚变装置在运行时会产生中子、伽马射线、X射线等核辐射。对于工作人员，由于身处放射性环境中，需要时刻了解所处环境的核辐射水平，避免遭受超过安全剂量的辐射照射，从而对身体健康造成伤害甚至危及生命。
磁约束核聚变装置通常为脉冲式运行，因而核辐射也为脉冲式产生。同时，装置运行时等离子体参量变化快，辐射剂量水平也相应地随时间快速且大幅度变化。因此，辐射剂量监测系统需要满足快时间响应、高时间分辨和具备脉冲式运行等要求。
发明内容
本发明解决的技术问题，提供一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，具备高时间分辨能力，能够精确、有效、直接地测量磁约束核聚变装置运行期间产生的电离辐射水平。
本发明采用的技术方案：
一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，包括探测器，所述探测器安置于待监测装置的附近区域，所述探测器通过线缆与监测主机相连，所述监测主机内包含低压电源模块、高压电源模块、信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块，所述探测器产生电荷信号后，依次通过信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块传递，所述FPGA模块，对信号进行分析处理，传送至上位机；所述高压电源模块用于向中子探测器提供高压，所述低压电源模块用于向信号处理模块和信号采集模块提供低压。
所述探测器为中子探测器、伽马/X探测器中的一种或结合，用于在接收到中子或光子后产生电荷信号响应。
所述信号处理模块包括放大电路和成形电路，所述放大电路用于对电荷信号进行放大，所述成形电路用于对电荷信号进行成形。
所述信号采集模块包括ADC单元，所述ADC单元用于将模拟信号转换为数字信号。
所述探测器产生电荷信号后，通过线缆将电荷信号送至信号处理模块对信号进行放大和成形，之后将处理后的信号送至信号采集模块，所述信号采集模块，对信号进行采集和将模拟信号转换为数字信号；采集后的信号送至FPGA模块，对信号进行分析处理，获得辐射剂量率的测量结果并传送至上位机。
所述FPGA模块接收待监测装置开始运行时输送给各个系统的触发信号。
通过所述上位机内的软件读取辐射剂量率的测量结果，显示并保存辐射剂量率数据。
上位机支持对采集的所有辐射数据随时调取，并提供显示、查询功能，实现对辐射剂量数据的有效监管；当辐射剂量率大于设定值时，会产生报警提醒。
所述中子探测器和伽马/X探测器的时间分辨率为100毫秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，有效地解决了辐射剂量快速、大幅变化条件下的测量问题，提高了辐射剂量监测结果的准确度，适用于磁约束核聚变装置的脉冲式运行方式。
附图说明
图1快响应脉冲式辐射剂量监测系统框图；
图2快响应脉冲式辐射剂量监测系统控制流程图。
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。
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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
本发明提供的一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，包括中子探测器，所述中子探测器安置于待监测装置的附近区域，多区域的监测可设置多组探测器，所述中子探测器也可以为伽马/X探测器，用于在接收到中子或光子后产生电荷信号响应，并根据待测区域的辐射剂量水平选择合适的探测器种类；
所述中子探测器安装于待监测区域后，通过线缆将探测器和监测主机相连。所述监测主机内包含低压电源模块、高压电源模块、信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块，
中子探测器探测到中子，产生电荷信号后，通过线缆将电荷信号送至信号处理模块对信号进行放大和成形，之后将处理后的信号送至信号采集模块，所述信号采集模块，对信号进行采集和将模拟信号转换为数字信号；采集后的信号送至FPGA模块，对信号进行分析处理，获得辐射剂量率的测量结果并传送至上位机；所述高压电源模块用于向中子探测器提供高压，所述低压电源模块用于向信号处理模块和信号采集模块提供低压；所述FPGA模块可以接收待监测装置开始运行时输送给各个系统的触发信号。
通过上位机内的软件读取辐射剂量率的测量结果，显示并保存辐射剂量率数据。辐射剂量监测系统的上位机支持对采集的所有辐射数据随时调取，并提供显示、查询等功能，实现对辐射剂量数据的有效监管。当辐射剂量率大于设定值时，会产生报警提醒。
如图2所示，辐射剂量监测系统每次运行时，需首先打开监测主机和上位机及软件，系统在开机后会进行初始化和自检，当系统自检发现错误时需关闭监测主机和上位机进行维修。当系统自检通过后，系统即进入待运行状态，等待触发信号的输入。当系统接收到触发信号后，开始启动测量，每100毫秒输出一个测量结果。当完成设定时间的测量后，系统停止测量，并将测量数据上传至上位机进行显示和存储。同时，系统又一次进入待机状态等待下一次的触发脉冲信号。当辐射剂量监测系统需停止运行，可直接关闭主机和上位机。
本发明的辐射剂量监测系统对中子的能量响应范围为热中子至14MeV，可探测的剂量率为0.1μSv/h至10mSv/h；对伽马/X射线的能量响应范围为50keV至1.5MeV，可探测的剂量率为0.1μSv/h至1Sv/h。中子探测器和伽马/X探测器的时间分辨率均小于100毫秒。
所述中子探测器和伽马/X探测器的时间分辨率为100毫秒。
所述信号处理模块包括放大电路和成形电路，所述放大电路用于对模拟信号进行放大，所述成形电路用于对模拟信号进行成形。
所述信号采集模块包括ADC单元，所述ADC单元用于将模拟信号转换为数字信号。
所述FPGA模块包括信号处理采集控制单元、触发信号接收和处理单元、测量数据临时存储和传输单元。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，包括探测器，所述探测器安置于待监测装置的附近区域，所述探测器通过线缆与监测主机相连，所述监测主机内包含低压电源模块、高压电源模块、信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块，所述探测器产生电荷信号后，依次通过信号处理模块、信号采集模块和FPGA模块传递，所述FPGA模块，对信号进行分析处理，传送至上位机；所述高压电源模块用于向中子探测器提供高压，所述低压电源模块用于向信号处理模块和信号采集模块提供低压。
2.根据权利要求1所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述探测器为中子探测器、伽马/X探测器中的一种或结合，用于在接收到中子或光子后产生电荷信号响应。
3.根据权利要求1所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括放大电路和成形电路，所述放大电路用于对电荷信号进行放大，所述成形电路用于对电荷信号进行成形。
4.根据权利要求3所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述信号采集模块包括ADC单元，所述ADC单元用于将模拟信号转换为数字信号。
5.根据权利要求4所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述探测器产生电荷信号后，通过线缆将电荷信号送至信号处理模块对信号进行放大和成形，之后将处理后的信号送至信号采集模块，所述信号采集模块，对信号进行采集和将模拟信号转换为数字信号；采集后的信号送至FPGA模块，对信号进行分析处理，获得辐射剂量率的测量结果并传送至上位机。
6.根据权利要求5所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述FPGA模块接收待监测装置开始运行时输送给各个系统的触发信号。
7.根据权利要求5所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，通过所述上位机内的软件读取辐射剂量率的测量结果，显示并保存辐射剂量率数据。
8.根据权利要求7所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，上位机支持对采集的所有辐射数据随时调取，并提供显示、查询功能，实现对辐射剂量数据的有效监管；当辐射剂量率大于设定值时，会产生报警提醒。
9.根据权利要求2所述的快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统，其特征在于，所述中子探测器和伽马/X探测器的时间分辨率为100毫秒。
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