CN116973965A - 一种水体放射性在线监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水体放射性在线监测系统及监测方法，涉及水体放射性监测技术领域，监测系统包括：探头装置，包括β粒子探测器和γ射线探测器，用于对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；探测器驱动及信号处理装置，同时与β粒子探测器和γ射线探测器电连接，用于接收探测信号、对探测信号进行处理并输出探测数据；数据处理装置，与探测器驱动及信号处理装置电连接，用于接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。本发明提供的系统能够实现对水体放射性的在线实时监测，能够实现水体核素含量的监测并识别核素。

Description

一种水体放射性在线监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及水体放射性监测技术领域，具体为一种水体放射性在线监测系统及监测方法。

背景技术

放射性污染是指放射性物质的放射性水平高于天然本底或者超过规定的卫生标准。水是生命之源、生产之要、生态之基。水体一旦受到放射性污染，放射性物质可借助水的输运，在生物体内富集，可对人类健康造成重大危害。水体放射性水平监测是辐射环境监测的重要内容之一，由于水体具有开放性、流动性、渗透性，因此，在源头进行控制是解决水体放射性污染问题最有效的方法。针对可能含有放射性核素废水排放场景进行在线实时放射性监测可以实时监管排放点水体放射性水平，有效避免水体放射性超标排放。

目前水体放射性核素检测对象主要有α、β和γ放射性核素，测量方法有实验室分析和水体现场测量法。实验室分析涉及到水体采样及水样处理等复杂步骤，具体包括水样加酸、蒸发浓缩、絮凝沉淀、高温灼烧等操作，样品前处理麻烦；该方法属于事后监测，无法做到实时监测，更无法及时发现超标排放的现象；此外，该方法的化学处理流程仅能保存一部分放射性核素，其它易挥发、易蒸发核素比如¹⁴C、³H、¹²⁹I、¹³¹I等在处理过程中会损失掉，导致测试结果不准确。水体现场测量一般将采样浓缩过程集成在一套装备中，整套装备位于测量水体旁边，通过自动抽取大量水样然后进行加热蒸发浓缩，其放射性物质浓度达到可测标准再进行测量。该方法的优点在于取样过程由设备自动完成，不需要人工参与。该方法的缺点在于，大体积水样蒸发浓缩会耗费大量能源电力，耗时也长，测量结果滞后；易挥发核素仍然会随着蒸发过程损失掉，造成测量结果不准确。因此，急需提出一种能够实现水体放射性实时监测的技术，用于直接测量水体放射性，解决当前技术的不足。

目前市面上用于水体放射性实时监测的测量装置主要是TAWARA_RTM水体放射性污染监控系统，但该系统只能测量α、β总活度，缺乏γ射线探测能力，且没有核素识别功能；且该系统仅通过减小塑料闪烁体的厚度来降低γ本底，没有进一步优化；对于宇宙射线带来的测量本底也没有有效的处理措施。另外，塑料闪烁体表面镀ZnS(Ag)，镀层易于潮解，不能和水体接触，低活度情况下测量不准。长时间使用会由于镀层潮解使得探测器性能下降，探测器使用寿命短。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水体放射性在线监测系统及监测方法，旨在解决现有用于水体放射性监测设备实时性不好、没有核素识别功能等问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种水体放射性在线监测系统，其中，包括：

探头装置，包括β粒子探测器和γ射线探测器，用于对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；

探测器驱动及信号处理装置，同时与所述β粒子探测器和γ射线探测器电连接，用于接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

数据处理装置，与所述探测器驱动及信号处理装置电连接，用于接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。

可选地，所述β粒子探测器包括离子注入型钝化硅探测器。

可选地，所述探头装置还包括环绕在所述γ射线探测器周围的屏蔽体。

可选地，所述γ射线探测器包括：

闪烁体，用于吸收γ射线并发射光信号；

光电倍增管，与所述闪烁体光学耦合连接，用于将所述光信号转换成电信号；

电路系统，与所述光电倍增管电连接，用于对所述电信号进行处理得到γ射线探测信号。

可选地，所述闪烁体的材料包括碘化钠、碘化铯、锗酸铋、钆镓铝石榴石中的至少一种。

可选地，所述探测器驱动及信号处理装置包括：

电压驱动模块，用于为所述β粒子探测器和γ射线探测器提供驱动电压；

信号处理模块，用于接收所述探测信号，对所述探测信号进行处理并输出探测数据。

可选地，所述数据处理装置包括β比活度计算模块、γ比活度计算模块、γ能谱分析模块、核素识别及活度分析模块、数据定期存储及上报模块、报警模块。

可选地，所述γ射线探测器设置在所述β粒子探测器上部；所述水体放射性在线监测系统还包括防沉积清洁装置，所述防沉积清洁装置包括阻挡膜，所述阻挡膜位于所述β粒子探测器的下方。

可选地，所述防沉积清洁装置还包括：

放卷机构、收卷机构、设置在所述放卷机构与所述收卷机构之间的两个间隔设置的滚动轴、设置在靠近所述收卷机构一侧的滚动轴与所述收卷机构之间的清洁机构；

所述阻挡膜以膜卷的形式设置在所述放卷机构上，所述膜卷一端的阻挡膜依次经过所述两个间隔设置的滚动轴，由收卷机构进行收卷；

所述位于两个间隔设置的滚动轴之间的阻挡膜位于所述β粒子探测器的下方。

本发明的第二发明，提供一种基于本发明如上所述的水体放射性在线监测装置的水体放射性在线监测方法，其中，包括步骤：

利用包括β粒子探测器和γ射线探测器的探头装置对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；

利用探测器驱动及信号处理装置接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

利用数据处理装置接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。

有益效果：本发明无需先进行采样及样品处理过程，探头装置可直接对排放处水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号，探测器驱动及信号处理装置接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据，最后通过数据处理装置对所述探测数据进行分析得到监测结果，进而实现对水体放射性的在线实时监测，有效解决现有的事后检测不能及时发现超标排放的问题，避免采样及对样品处理过程中对样品中的放射性核素所带来的影响，尤其是能够避免易挥发、易蒸发核素在处理过程中含量损失对监测结果所带来的影响，进而提高了监测结果的准确性。同时，γ射线探测器用来测量核素的γ能谱，能对核素进行有效识别，还可以通过反符合的方式剔除宇宙射线对测量本底的贡献，有效解决现有装置实时性不好、辐射测量本底干扰大测量不准及没有核素识别功能等问题。

附图说明

图1为本发明实施例中水体放射性在线监测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中探头装置的结构示意图。

图3为本发明实施例中探头装置的爆炸图。

图4为本发明实施例中下端卡座的结构示意图。

图5为本发明实施例中探头装置进行机械装配时各部件的位置示意图。

图6为本发明实施例中顶盖的结构示意图。

图7为本发明实施例中防沉积清洁装置的结构示意图。

图中标号说明：

1、探头装置；11、β粒子探测器；12、γ射线探测器；121、闪烁体；122、光电倍增管；1221、上端卡座；1222、下端卡座；1223、光电倍增管本体；1224、第一出线口；1225、第二出线口；1226、螺丝定位孔；123、电路系统；13、屏蔽体；14、壳体；141、第一本体；1411、第一通孔；1412、配合槽；142、第二本体；1421、固定部；143、探测窗；144、顶盖；1441、插座槽；1442、第二通孔；2、探测器驱动及信号处理装置；21、电压驱动模块；211、第一电压驱动模块；212、第二电压驱动模块；22、信号处理模块；221、模拟信号处理模块；222、数字信号处理模块；3、数据处理装置；31、β比活度计算模块；32、γ比活度计算模块；33、γ能谱分析模块；34、核素识别及活度分析模块；35、数据定期存储及上报模块；36、报警模块；4、防沉积清洁装置；41、阻挡膜；42、放卷机构；43、收卷机构；44、滚动轴；45、清洁机构；5、报警装置；6、水体；7、不锈钢支架。

具体实施方式

本发明提供一种水体放射性在线监测系统及监测方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语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方式的目的，不是旨在于限制本发明。

本文所使用的术语如“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

当元件被称为“固定于”或“设置于”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。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

另外，需要说明的是，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供一种水体放射性在线监测系统，其中，如图1和2所示，包括：

探头装置1，所述探头装置1包括β粒子探测器11和γ射线探测器12，用于对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号(β粒子探测信号和γ射线探测信号)；

探测器驱动及信号处理装置2，同时与所述β粒子探测器11和γ射线探测器12电连接，用于接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

数据处理装置3，与所述探测器驱动及信号处理装置2电连接，用于接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。

本实施例中，无需先进行采样及样品处理过程，探头装置可直接对排放处水体(可为核医学放射性废液、铀矿山渗出液、核电站废水等含有β放射性核素废水)中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号(β粒子探测信号和γ射线探测信号)，探测器驱动及信号处理装置接收所述探测信号，对所述探测信号进行处理并输出探测数据，最后通过数据处理装置对所述探测数据进行分析得到监测结果，进而实现对水体放射性的在线实时监测，有效解决现有的事后检测(先进行采样及样品处理的检测为一种事后的检测)不能及时发现超标排放的问题，避免采样及对样品处理过程中对样品中的放射性核素所带来的影响，尤其是易挥发、易蒸发核素(比如¹⁴C、³H、¹²⁹I、¹³¹I等)，在处理过程中这些核素会损失掉，进而提高了监测结果的准确性。同时，γ射线探测器用来测量核素的γ能谱，能对核素进行有效识别(即确定水体中具体有哪些核素)，还可以通过反符合的方式剔除宇宙射线对测量本底的贡献，有效解决现有装置实时性不好、辐射测量本底干扰大测量不准及没有核素识别功能等问题。

具体应用时，可将探头装置设置在待测水体处，将探测器驱动及信号处理装置、数据处理装置设置在本地控制节点，探头装置、探测器驱动及信号处理装置和数据处理装置电连接(例如通过多芯电缆连接)，生成测量结果数据，通过数据线进行信号传输上报人工操控室(或监控总站)。

本实施例中，探测器驱动及信号处理装置同时与所述β粒子探测器和γ射线探测器电连接，即所述β粒子探测器和γ射线探测器为并列关系，分别与所述探测器驱动及信号处理装置电连接，例如所述β粒子探测器和γ射线探测器分别与所述探测器驱动及信号处理装置通过多芯电缆连接。

β核素发射的β粒子具有连续能量分布、低能粒子比重较大的特点。由于水体中β粒子需要穿透水介质才能被探测到，进一步降低了β粒子的能量。因此，在一些实施例中，所述β粒子探测器包括离子注入型钝化硅(PIPS)探测器。PIPS探测器是基于大面积钝化平面硅的高灵敏β粒子探测器，可实现对低活度β放射性水体的无接触在线监测，有效解决现有方法无法实现低活度β放射性水体的在线监测的问题，且避免了采样及处理过程对样品中放射性核素测量带来的影响。具体地，当β粒子穿过硅晶体时，会和硅原子中电子发生相互作用，使得电子从原子中被电离出来，这些电离电子会被晶体中的电场加速，并在探测器电极上形成感应电荷，感应电荷总量和能量大小成正比，因此可以通过测量电荷总量来确定β粒子的能量大小，进而确定水体中的放射性大小或水体总放射性核素的含量。本实施方式中，PIPS探测器可直接购买获得，其内部含有超低噪声的电路系统，用于对测得的电荷量信号进行处理并输出β粒子探测信号。

在一些实施例中，如图2所示，所述γ射线探测器12包括：

闪烁体121，用于吸收γ射线并发射光信号，所述闪烁体121靠近所述β粒子探测器11设置；

光电倍增管122，与所述闪烁体121光学耦合连接，用于将所述光信号转换成电信号；

电路系统123，与所述光电倍增管122电连接，用于对所述电信号进行处理得到γ射线探测信号。所述电路系统123还可为所述光电倍增管122提供高压。

通过本实施例中的γ射线探测器实现对γ射线的探测，并输出γ射线探测信号。

在一些实施例中，所述闪烁体的材料包括碘化钠、碘化铯、锗酸铋(BGO)、钆镓铝石榴石(GAGG)中的至少一种，但不限于此。其中碘化钠的综合性能最佳、成本最低。

在一些实施例中，所述光电倍增管122与所述闪烁体121通过硅脂光学耦合连接。

在一些实施例中，如图2所示，所述探头装置1还包括环绕在所述γ射线探测器12周围的屏蔽体13。进一步地，所述屏蔽体13环绕在所述闪烁体121和所述光电倍增管122周围。在闪烁体和光电倍增管周围环绕设置屏蔽体，可实现对闪烁体和光电倍增管的有效屏蔽，同时能够在保证屏蔽效果的前提下降低屏蔽体重量。

在一些实施例中，所述屏蔽体的材料包括铅、钨、铁、锡中的至少一种，但不限于此。

在一些实施例中，所述屏蔽体的材料为铅。所述铅屏蔽体可屏蔽闪烁体和光电倍增管周围环境γ辐射80％以上立体角。

下面对探头装置1进行详细说明，如图2和3所示，所述探头装置1包括：

壳体14；

β粒子探测器11，设置在所述壳体14中；

γ射线探测器12，设置在所述壳体14中，并设置在所述β粒子探测器11上部，所述γ射线探测器12包括从下至上设置的闪烁体121、光电倍增管122、电路系统123(闪烁体121、光电倍增管122、电路系统123的连接关系参见上文)；

屏蔽体13，设置在所述壳外，并环绕在所述闪烁体121、光电倍增管122周围；

探测窗143，设置在所述壳体14上，并设置在所述β粒子探测器11下方，用于实现β粒子探测。

本实施例中，由于γ射线穿透能力强，不需要与水体直接接触，因此设置在所述β粒子探测器上部。

其中，壳体的材料可为不锈钢或铝合金，其中不锈钢的抗腐蚀性能好，铝合金的重量轻，可根据实际需要选择适合的壳体材料。

进一步地，如图3所示，所述壳体14包括：

第一本体141，用于放置γ射线探测器12；

第二本体142，用于放置β粒子探测器11，所述第二本体142通过固定部1421固定在所述第一本体141上；

顶盖144，盖设在所述第一本体141上部；

其中，第一本体和第二本体均可为圆柱形筒体。

如图3所示，所述光电倍增管122包括：上端卡座1221、下端卡座1222、光电倍增管本体1223，所述光电倍增管本体1223的两端分别卡设置在所述上端卡座1221、下端卡座1222中。

进行组装时，将光电倍增管本体1223的两端分别卡设在所述上端卡座1221、下端卡座1222中，形成光电倍增管122，然后将光电倍增管122放置于第一本体141中，同时还需按上文所述的位置关系同时将闪烁体121(未在图3中示意出)和电路系统123(未在图3中示意出)放置在所述第一本体141中，然后将顶盖144盖设在所述第一本体141上部。进一步地，将所述β粒子探测器11放置在所述第二本体142中，然后通过所述固定部1421将内部放置有β粒子探测器11的第二本体142固定在所述第一本体141上。

如图3所示，所述上端卡座1221上设置有第一出线口1224；

所述下端卡座1222上设置有第二出线口1225，根据实际情况，当需要引出连接线时，从此第一出线口、第二出线口引出。

如图4所示，所述下端卡座1222上预留有螺丝定位孔1226，用于将下端卡座进行定位。

如图5所示，所述第一本体141的下部设置有第一通孔1411(这样更有利用γ射线穿透β粒子探测器而直接射到闪烁体上)，所述第一通孔1411在垂直于所述第一本体141轴向方向的平面上的投影覆盖所述β粒子探测器11在垂直于所述第一本体141轴向方向的平面上的投影，所述通第一通孔1411两侧设置有一对配合槽1412；所述第二本体142的底部设置有探测窗143，所述第二本体142的两侧设置有固定部1421(例如一对定位耳)，所述固定部1421与所述配合槽1412配合，用于将所述第二本体142固定在所述第一本体141上。在组成探头装置时，将所述β粒子探测器11放置在所述第二本体142中，同时，将固定部1421(如定位耳)卡设在配合槽1412中，用螺丝拧紧，实现将β粒子探测器设置在第二本体中并将两者固定在第一本体141上。

如图6所示，所述顶盖144的内部设置有插座槽1441，用于容纳电路系统123。所述插座槽内部设置有第二通孔1442。保证探头装置内部的连接线可通过此第二通孔穿出与外界相连。

在一些实施例中，如图1所示，所述探测器驱动及信号处理装置2包括：

电压驱动模块21，用于为所述β粒子探测器11和γ射线探测器12提供驱动电压；

信号处理模块22，用于接收所述探测信号，对所述探测信号进行处理并输出探测数据。

其中，所述电压驱动模块21包括并列设置的第一电压驱动模块211和第二电压驱动模块212。所述第一电压驱动模块为β粒子探测器和γ射线探测器提供其正常工作需要的高压偏压电源，所述第二电压驱动模块为电路系统123及β粒子探测器内部含有的电路系统提供正常工作需要的低压电源，这两种电源无干扰，且具有低波纹系数(纹波峰峰值不超过5mV)。

所述信号处理模块用于实现探头装置输出的探测信号(β粒子探测信号和γ射线探信号)的数字化、降噪、甄别、能谱获取、时间信息获取及数字反符合等。信号处理模块22包括模拟信号处理模块221和数字信号处理模块222，模拟信号处理模块221和数字信号处理模块222电连接。

模拟信号处理模块包括信号放大器和高速数据采集卡，从探头装置输出的探测信号被模拟信号处理模块接收后，先输入到信号放大器，通过信号放大器进行滤波放大后，输出模拟信号，然后通过高速数据采集卡将所述模拟信号转换成数字信号，并输送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块(基于FPGA可编程逻辑技术)接收所述数字信号，并进行数字降噪、波形甄别、能谱获取、时间信息获取及数字反符合处理后，输出探测数据，所述探测数据被后面的数据处理装置3接收并处理。

本发明不限定所述探测器驱动及信号处理装置的供电方式，示例性地可采用9V电池供电。

如图1所示，所述数据处理装置3包括β比活度计算模块31、γ比活度计算模块32、γ能谱分析模块33、核素识别及活度分析模块34、数据定期存储及上报模块35、报警模块36。

β比活度计算模块用于对所述探测数据进行β比活度计算；γ比活度计算模块用于对所述探测数据进行γ比活度计算；γ能谱分析用于对所述探测数据进行γ能谱分析，具体地，可通过对探测数据中的γ能谱进行分析，得到放射性核素中γ射线的能量和数量特征，来确定放射性核素的含量；核素识别及活度分析模块用于对所述探测数据进行核素识别及活度分析，具体地，γ射线的能量仅与原子核的核结构和核性质有关，每种放射性核素在γ射线能量上具有独特的特征，因此可以通过核素识别及活度分析模块对γ能谱分析结果进行分析，对放射性核素进行识别和定量分析；数据定期存储及上报模块用于对所述测试数据进行存储和上报；报警模块中内置有监测结果的规定限值(也即排放阈值)，当得到的监测结果超过规定限值(例如β核素比活度超过规定的限值)，给出报警信号。

如图1所示，所述水体放射性在线监测系统还包括报警装置5，与所述数据处理装置3电连接，所述数据处理装置3输出报警信号被报警装置5接收，并发出报警。

在一些实施例中，数据处理系统还配备操作界面和显示界面(用于显示监测结果)。具体地，在实际应用时，当数据处理装置给出待测物理量随着时间变化的实测曲线时，操作界面和显示界面方便监管者根据曲线走势判断排出废水所含β放射性的变化趋势，并采取必要的预警措施。

如图1和7所示，所述γ射线探测器12设置在所述β粒子探测器11上部；所述水体放射性在线监测系统还包括防沉积清洁装置4，所述防沉积清洁装置4包括阻挡膜41，所述阻挡膜41位于在所述β粒子探测器11的下方。

所述防沉积清洁装置4还包括：

放卷机构42、收卷机构43、设置在所述放卷机构42与所述收卷机构43之间的两个间隔设置的滚动轴44、设置在靠近所述收卷机构43一侧的滚动轴44与所述收卷机构43之间的清洁机构45；

所述阻挡膜以膜卷的形式设置在所述放卷机构42上，所述膜卷一端的阻挡膜依次经过所述两个间隔设置的滚动轴44，由收卷机构进行收卷43；所述位于两个间隔设置的滚动轴之间的阻挡膜41位于在所述β粒子探测器11的下方。

如图1所示，防沉积清洁装置用来改善长时间无人值守条件下水体6中悬浮物、可沉积物、析出矿物等对探头装置本身的损害和给测量结果带来的的不准确性，避免水中悬浮物在β粒子探测器表面的附着而导致的放射性核素分布异常。使用时利用阻挡膜(能够被β粒子有效穿透)阻挡水体中悬浮物、可沉积物、析出矿物，避免这些物质接触探头装置，同时利用收卷机构(如步进电机等)经过固定的时间(比如一天或者12小时)前进一定距离(不小于阻挡膜接触水体表面的长度)，带动阻挡膜移动，进行对β粒子探测器下方的水体中的阻挡膜的定期自动更换保证阻挡膜的洁净，滚动轴用来控制阻挡膜的运动方向。

所述阻挡膜包括聚酰亚胺(kapton)薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种，但不限于此。其中，kapton薄膜防水，耐磨，厚度薄，机械性能好，优选地可采用kapton薄膜，宽度不小于60cm。

进一步地，所述清洁机构45包括清洁刷，用于刷掉沉积在阻挡膜上的来源于水体中的悬浮物、可沉积物、析出矿物等。

本实施例中，如图1和7所示，所述放卷机构42、收卷机构43可设置在不锈钢支架7上。

下面对所述水体放射性在线监测装置的监测原理进行详细说明。

将探头装置设置在待测水体处，并使得其中的β粒子探测器(如PIPS探测器，其是基于大面积钝化平面硅的高灵敏β粒子探测器，可探测低活度β放射性水体)与水体接触，当β粒子穿过硅晶体时，会和硅原子中电子发生相互作用，使得电子从原子中被电离出来，这些电离电子会被晶体中的电场加速，并在探测器电极上形成感应电荷，得到电荷总量信号(感应电荷总量和能量大小成正比，因此可以通过测量电荷总量来确定β粒子的能量大小)，PIPS探测器内置的电路系统对得到的电荷量信号进行处理并输出β粒子探测信号；同时水体中的γ射线穿透能力强，可穿透β粒子探测器被γ射线探测器接受，γ射线探测器中的闪烁体吸收γ射线发射光信号，与闪烁体光耦合连接的光电倍增管接收所述光信号，并将所述光信号转换成电信号，与光电倍增管电连接的电路系统对所述电信号进行处理得到γ射线探测信号。

与探头装置通过多芯电缆连接的探测器驱动及信号处理装置接收到β粒子探测信号和γ射线探测信号，在探测器驱动及信号处理装置中，β粒子探测信号和γ射线探测信号先输入到信号放大器进行滤波放大后，输出模拟信号，然后通过高速数据采集卡将所述模拟信号转换成数字信号，并输送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块(基于FPGA可编程逻辑技术)接收所述数字信号，并进行数字降噪、波形甄别、能谱获取、时间信息获取及数字反符合处理后，输出探测数据，所述探测数据在数据处理装置被接收并处理，在数据处理装置中可进行β比活度计算、γ比活度计算、γ能谱分析、核素识别及活度分析，得到监测结果并进行显示，实现对核素含量的监测和对核素的识别。数据处理装置内置有监测结果的规定限值(也即排放阈值)，当得到的监测结果超过规定限值(例如β核素比活度超过规定的限值)，给出报警信号。

因此，所述监测系统可以在不进行采样处理的条件下直接对低活度β放射性核素污染的废水进行长时间无人值守监测，实时给出排放水体中的β放射性核素水平并在超出排放限值的时候实时给出报警信息，用于β放射性核素废水排放的监管，且便于及时掌握超标排放，方便监管。

本发明实施例还提供一种基于本发明实施例如上所述的水体放射性在线监测装置的水体放射性在线监测方法，其中，包括步骤：

S1、利用包括β粒子探测器和γ射线探测器的探头装置对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；

S2、利用探测器驱动及信号处理装置接收所述探测信号，对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

S3、利用数据处理装置接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果、并显示所述监测结果。

本发明实施例提供的监测方法可实现对水体放射性的在线实时监测，无需先进行采样及样品处理过程，避免采样及对样品处理过程中对样品中的放射性核素所带来的影响，尤其是易挥发、易蒸发核素，在处理过程中这些核素会损伤掉，进而提高了监测结果的准确性，有效解决现有的事后检测不能及时发现超标排放的问题。同时，能够实现对核素含量的监测和对核素的识别。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种水体放射性在线监测系统，其特征在于，包括：

探头装置，包括β粒子探测器和γ射线探测器，用于对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；

探测器驱动及信号处理装置，同时与所述β粒子探测器和γ射线探测器电连接，用于接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

数据处理装置，与所述探测器驱动及信号处理装置电连接，用于接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。

2.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述β粒子探测器包括离子注入型钝化硅探测器。

3.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述探头装置还包括环绕在所述γ射线探测器周围的屏蔽体。

4.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述γ射线探测器包括：

闪烁体，用于吸收γ射线并发射光信号；

光电倍增管，与所述闪烁体光学耦合连接，用于将所述光信号转换成电信号；

电路系统，与所述光电倍增管电连接，用于对所述电信号进行处理得到γ射线探测信号。

5.根据权利要求4所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述闪烁体的材料包括碘化钠、碘化铯、锗酸铋、钆镓铝石榴石中的至少一种_。

6.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述探测器驱动及信号处理装置包括：

电压驱动模块，用于为所述β粒子探测器和γ射线探测器提供驱动电压；

信号处理模块，用于接收所述探测信号，对所述探测信号进行处理并输出探测数据。

7.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述数据处理装置包括β比活度计算模块、γ比活度计算模块、γ能谱分析模块、核素识别及活度分析模块、数据定期存储及上报模块、报警模块。

8.根据权利要求1所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述γ射线探测器设置在所述β粒子探测器上部；所述水体放射性在线监测系统还包括防沉积清洁装置，所述防沉积清洁装置包括阻挡膜，所述阻挡膜位于所述β粒子探测器的下方。

9.根据权利要求8所述的水体放射性在线监测系统，其特征在于，所述防沉积清洁装置还包括：

放卷机构、收卷机构、设置在所述放卷机构与所述收卷机构之间的两个间隔设置的滚动轴、设置在靠近所述收卷机构一侧的滚动轴与所述收卷机构之间的清洁机构；

所述阻挡膜以膜卷的形式设置在所述放卷机构上，所述膜卷一端的阻挡膜依次经过所述两个间隔设置的滚动轴，由收卷机构进行收卷；

所述位于两个间隔设置的滚动轴之间的阻挡膜位于所述β粒子探测器的下方。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的水体放射性在线监测装置的水体放射性在线监测方法，其特征在于，包括步骤：

利用包括β粒子探测器和γ射线探测器的探头装置对水体中的β粒子和γ射线进行探测并输出探测信号；

利用探测器驱动及信号处理装置接收所述探测信号、对所述探测信号进行处理并输出探测数据；

利用数据处理装置接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析得到监测结果。