CN206710614U - 放射性惰性气体的测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种放射性惰性气体的测量系统，其中，该系统包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，实时采集β电脉冲信号和γ电脉冲信号，根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据γ电脉冲信号输出γ谱线，当发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，输出计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。该方案可以提高放射性惰性气体测量结果的准确、可靠性。

Description

放射性惰性气体的测量系统

技术领域

本实用新型涉及环境放射性监测技术领域，特别涉及一种放射性惰性气体的测量系统。

背景技术

核设施在运行过程中，可能释放出放射性核素并向大气中扩散，危害环境安全及人员健康。其中，由于燃料包壳破损或堆芯区域物质吸收中子活化，可能产生放射性惰性气体，其监测对于保障核设施的运行安全及环境人员健康具有十分重要的意义。

放射性惰性气体是核设施环境评价的重要监测源项。源项报告是核电站环境影响评价的基础。根据环境影响评价要求，惰性气体是核电站重要的气态流出物的组成部分，核电站反应堆运行时，所排放惰性气体的放射性剂量占总气态流出物排放剂量的99％以上，烟囱气态流出物监测计划中，放射性惰性气体监测为常规监测，是重要的监测源项。

放射性惰性气体核素是核设施运行安全的重要预警信息。核裂变过程中，重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，这就是最初的裂变产物。如⁸⁵Kr及其同位素，作为核反应堆裂变过程中产生的最主要的惰性气体裂变产物，最先释放出来，是重要的核燃料组件破损预警信息，对于核设施安全监测、判断事故类型具有重要意义。

目前，我国不同的核电厂对放射性惰性气体具有不同的监测能力，对于低于探测限的相关测量结果按探测限的二分之一取值，结果具有很大的不确定性，探测限较高是我国核电厂统计的排放量偏高的可能因素之一。我国多年运行的核电基地主要是江苏省田湾、浙江省秦山和广东省大亚湾三个核电基地放射性惰性气体监测能力状况分别如表1所示。

表1

其中：田湾采用的探测器为ORTEC公司GEM45P4高纯锗谱仪，样品量为3L，测量时间为5000s。秦山核电厂取样体积为7.6L、7.8L，测量时间分别为3000、5000、3600s，测量仪器分别为ADCAM-100型DSPECPLUS型、DSPEC型、HpGe多道伽马谱仪。大亚湾采用探测器为LAL2谱仪，取样体积为3L专用钢瓶，测量时间为5000s。

目前，放射性惰性气体主要采用电离室测量的方式，从水平烟道中引出三条取样管线至辐射监测室，通过设置在每条管线的惰性气体探测器，采用β测量方法连续监测排气给出总β活度，无法具体甄别⁴¹Ar、⁸⁵Ke、¹³³Xe等关键核素，甚至该β衰变是否为放射性惰性气体产生，还是由其他天然放射性核素产生都无法辨别。或利用增压泵的方式将烟囱取样惰性气体打到一定体积的不锈钢取样罐中，取样后将不锈钢取样罐拿到实验室高纯锗谱仪进行γ核素活度分析，虽然提高了惰性气体的监测能力，但是，γ测量容易受其他核素干扰，且需要经采样制样流程后，送实验室进行高纯锗测量，费工费时，不利于及时发现环境异常。我国核电厂对于流出物中的⁸⁵Kr监测采取样品γ谱仪分析的方法，其探测限较高，为1.0×10²Bq/m³，与欧盟建议书2004/2/EURATOM中对于轻水反应堆流出物中的⁸⁵Kr的探测限要求值1.0×10^-4Bq/m³相差非常大。同时，无论是采用电离室测量总β衰变还是经复杂制样送实验室进行高纯锗探测器测量γ衰变，所利用的是单一的β衰变或单一的γ衰变，使得影响测量结果的准确、可靠性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种放射性惰性气体的测量系统，以解决现有技术中放射性惰性气体测量结果的准确、可靠性低的技术问题。该系统包括：信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；信号采集处理设备，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述γ电脉冲信号输出γ谱线，所述γ谱线为判断是否存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素提供依据，当发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，输出计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

在一个实施例中，所述信号探测设备，包括：测量室，所述测量室为封闭腔体，所述测量室的侧壁的内侧设置有光导层，所述测量室的侧壁上设置有入口管道和出口管道；抽气设备，与所述出口管道连接，在所述抽气设备启动时，待测试气体样品由所述入口管道进入所述测量室；β探测晶体，所述β探测晶体设置在所述光导层上，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生β射线时，所述β探测晶体与β射线相互作用产生β光脉冲信号；所述光导层，用于传输所述β光脉冲信号；第一光电倍增管，所述第一光电倍增管的第一端设置在所述测量室的侧壁内与所述光导层连接，所述第一光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述光导层传输的所述β光脉冲信号，将所述β光脉冲信号转换为β电脉冲信号；γ探测晶体，所述γ探测晶体设置在所述测量室的腔体内，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生γ射线时，所述γ探测晶体与γ射线相互作用产生γ光脉冲信号；第二光电倍增管，所述第二光电倍增管的第一端与所述γ探测晶体连接，所述第二光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述γ光脉冲信号，将所述γ光脉冲信号转换为γ电脉冲信号；前置放大器，所述前置放大器的输入端与所述第二光电倍增管的第二端连接，用于对所述γ电脉冲信号进行放大处理。

在一个实施例中，所述信号探测设备，还包括：温湿度传感器，设置在所述出口管道上，用于实时采集所述待测试气体样品的温度和湿度数据；压力传感器，设置在所述出口管道上，用于实时采集测量时的气压；流量传感器，设置在所述出口管道上，用于测量所述待测试气体样品的流速。

在一个实施例中，所述信号探测设备，还包括：反射层、遮光层以及屏蔽层，由内向外依次设置在所述光导层的外侧。

在一个实施例中，所述信号采集处理设备，包括：快速模数转换器，与所述第一光电倍增管的第二端连接，用于将所述β电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的β电脉冲信号；第一触发器，与所述快速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的β电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的β电脉冲信号的第一时刻；第一多道分析器，与所述第一触发器连接，用于根据所述数字形式的β电脉冲信号的脉冲幅度输出β谱线；慢速模数转换器，与所述前置放大器的输出端连接，所述慢速模数转换器与所述快速模数转换器的时钟同步，所述慢速模数转换器用于将处理后的γ电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的γ电脉冲信号；第二触发器，与所述慢速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的γ电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻；第二多道分析器，与所述第二触发器连接，用于根据所述数字形式的γ电脉冲信号的脉冲幅度输出γ谱线；比较设备，用于在判断出发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送所述计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

在一个实施例中，还包括：工控机，与所述第二多道分析器206连接，用于将所述γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量；所述比较设备，包括：第一大小比较器208，与所述工控机连接，用于比较特征能量与γ谱线道址对应的能量，在有放射性惰性气体核素的特征能量与γ谱线道址对应的能量满足预设条件时，发出所述计算触发信号中的第一触发信号，其中，该预设条件为E_I-ΔE＜E_γ＜E_I+ΔE，其中，所述E_I为该放射性惰性气体核素的特征能量，E_γ为γ谱线道址对应的能量，ΔE为预设能量波动值。

在一个实施例中，所述比较设备，还包括：第二大小比较器，用于比较所述第一时刻和所述第二时刻，在所述第一时刻和所述第二时刻满足以下公式时，判断发生β衰变和γ衰变的级联衰变，发出所述计算触发信号中的第二触发信号：t_γ-Δt＜t_β＜t_γ，其中，t_γ为所述第二时刻；t_β为所述第一时刻；Δt为时间窗宽度。

在一个实施例中，还包括：显示设备，用于实时显示所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

在一个实施例中，还包括：网络传输设备，用于实时将所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发送至互联网。

在一个实施例中，还包括：外围装置，与所述信号探测设备、所述信号采集处理设备以及所述显示设备连接，该外围装置包括：模数转换器，用于采集所述信号探测设备中温湿度传感器、压力传感器以及流量传感器采集的数据，并将该数据由模拟形式转换为数字形式；数据传输设备，与所述模数转换器、所述信号采集处理设备和所述显示设备连接，用于将数字形式的数据、所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发给所述显示设备进行显示；电源设备，用于为所述放射性惰性气体的测量系统提供电源；数模转换器，与所述信号探测设备和所述信号采集处理设备连接，用于输出模拟形式的触发信号来触发所述信号探测设备和所述信号采集处理设备中各器件的启动或停止；第一放大器，与所述电源设备连接，用于放大或缩小所述电源设备输出的电压值；第二放大器，与所述信号探测设备中的第一光电倍增管和第二光电倍增管连接，用于放大或缩小β电脉冲信号和γ电脉冲信号。

在本实用新型实施例中，通过检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号和待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号，即可以判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，且可以判断是否存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素，当发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，输出计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。由于发生β衰变和γ衰变的级联衰变只能是放射性惰性气体，排除了其他天然放射性核素产生β衰变的情况，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变的情况下计算放射性惰性气体核素的活度的浓度值，有利于提高测量结果的准确、可靠性；同时，由于是根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值，使得可以实现计算任何特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素的活度的浓度值，实现了可以分析具体某种放射性惰性气体核素的活度的浓度值，与现有技术中只能计算总的β活度相比，本申请实现了放射性惰性气体的精确、定量测量，有助于提高环境放射性探测能力水平，是确保辐射环境安全是社会稳步发展的重要保证，对于及时发现核设施的异常泄漏及事故释放、控制环境污染扩散具有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种放射性惰性气体的测量系统的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种具体的放射性惰性气体的测量系统置的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的一种放射性惰性气体的测量系统的部分结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种探测晶体输出的β及γ脉冲信号示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种放射性惰性气体核素⁴¹Ar的衰变纲图；

图6是本实用新型实施例提供的一种脉冲信号处理流程的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型实施例中，提供了一种放射性惰性气体的测量系统，如图1所示，该系统包括：

信号探测设备1，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；

信号采集处理设备2，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，根据所述γ电脉冲信号生成γ谱线，所述γ谱线为判断是否存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素提供依据，在判断出发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

由图1所示可知，在本实用新型实施例中，通过检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号和待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号，即可以判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，且可以判断是否存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。由于发生β衰变和γ衰变的级联衰变只能是放射性惰性气体，排除了其他天然放射性核素产生β衰变的情况，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变的情况下计算放射性惰性气体核素的活度的浓度值，有利于提高测量结果的准确、可靠性；同时，由于是根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值，使得可以实现计算任何特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素的活度的浓度值，实现了可以分析具体某种放射性惰性气体核素的活度的浓度值，与现有技术中只能计算总的β活度相比，本申请实现了放射性惰性气体的精确、定量测量，有助于提高环境放射性探测能力水平，是确保辐射环境安全是社会稳步发展的重要保证，对于及时发现核设施的异常泄漏及事故释放、控制环境污染扩散具有重要意义。

具体实施时，如图2所示，所述信号探测设备1，包括：测量室101，所述测量室为封闭腔体，所述测量室的侧壁的内侧设置有光导层102，所述测量室的侧壁上设置有入口管道103和出口管道104；

抽气设备105，与所述出口管道连接，在所述抽气设备启动时，待测试气体样品由所述入口管道进入所述测量室；

β探测晶体106，所述β探测晶体设置在所述光导层上，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生β射线时，所述β探测晶体与β射线相互作用产生β光脉冲信号；

所述光导层102，用于传输所述β光脉冲信号；

第一光电倍增管107，所述第一光电倍增管的第一端设置在所述测量室的侧壁内与所述光导层连接，所述第一光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述光导层传输的所述β光脉冲信号，将所述β光脉冲信号转换为β电脉冲信号；

γ探测晶体108，所述γ探测晶体设置在所述测量室的腔体内，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生γ射线时，所述γ探测晶体与γ射线相互作用产生γ光脉冲信号；

第二光电倍增管109，所述第二光电倍增管的第一端与所述γ探测晶体连接，所述第二光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述γ光脉冲信号，将所述γ光脉冲信号转换为γ电脉冲信号；

前置放大器116，所述前置放大器的输入端与所述第二光电倍增管的第二端连接，用于对所述γ电脉冲信号进行放大处理。

具体实施时，如图2所示，光导层102直接将β光脉冲信号传输给第一光电倍增管107，避免外部杂散信号的影响。具体的，光导层102可由高透光率的有机玻璃组成，不仅传输光脉冲信号，同时对较薄的β探测晶体进行支撑，β探测晶体与光导层之间可以通过耦合剂进行紧密粘接。

具体实施时，β探测晶体106的厚度可由所探测信号的能量决定，例如，可取1至3mm，一方面需要晶体有一定厚度，确保β能量被晶体完全吸收；另一方面，晶体不能太厚，避免γ光子产生干扰。

具体实施时，为了进一步避免外部信号的影响并减少信号泄露，在本实施例中，如图2所示，还包括：反射层110、遮光层111以及屏蔽层113，由内向外依次设置在所述光导层102的外侧。具体的，反射层110确保产生的β光脉冲信号仅在光导层内部传输，减少信号泄露。避光层111减少外部光进入光导层112，减少外部杂散信号影响。探测晶体外围铅屏蔽层用于屏蔽外界γ射线，减少环境本底的影响。

具体实施时，如图2所示，还包括：温湿度传感器113，设置在所述出口管道上，用于实时采集所述待测试气体样品的温度和湿度数据；压力传感器114，设置在所述出口管道上，用于实时采集测量时的气压；流量传感器115，设置在所述出口管道上，用于测量所述待测试气体样品的流速，所测量的温度和湿度数据、气压以及流速为计算待测试气体样品的体积提供数据基础。

具体实施时，为了实现基于β电脉冲信号和γ电脉冲信号具体计算某种放射性惰性气体核素的活度的浓度值，在本实施例中，如图3所示，所述信号采集处理设备2，包括：快速模数转换器201(例如，快速模数转换器201可以表示为快ADC)，与所述第一光电倍增管107的第二端连接，用于将所述β电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的β电脉冲信号；第一触发器202，与所述快速模数转换器201连接，用于采集并记录数字形式的β电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的β电脉冲信号的第一时刻；第一多道分析器(简称为MCA)203，与所述第一触发器202连接，用于根据所述数字形式的β电脉冲信号的脉冲幅度输出β谱线；

慢速模数转换器204(例如，该慢速模数转换器204可以表示为慢ADC)，与所述前置放大器116的输出端连接，所述慢速模数转换器与所述快速模数转换器的时钟同步，所述慢速模数转换器用于将处理后的γ电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的γ电脉冲信号；第二触发器205，与所述慢速模数转换器204连接，用于采集并记录数字形式的γ电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻；第二多道分析器206，与所述第二触发器205连接，用于根据所述数字形式的γ电脉冲信号的脉冲幅度输出γ谱线；

比较设备，用于在判断出发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送所述计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

具体的，如图3所示，还包括：工控机207，与所述第二多道分析器206连接，用于将所述γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量；所述比较设备，包括：第一大小比较器208，与所述工控机连接，用于比较特征能量与γ谱线道址对应的能量，在有放射性惰性气体核素的特征能量与γ谱线道址对应的能量满足预设条件时，发出所述计算触发信号中的第一触发信号，其中，该预设条件为E_I-ΔE＜E_γ＜E_I+ΔE，其中，所述E_I为该放射性惰性气体核素的特征能量，E_γ为γ谱线道址对应的能量，ΔE为预设能量波动值。

具体的，工控机207可以运行现有的公式或执行现有的程序来实现将γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量，例如，可以是运行现有的公式E＝A×N+B，其中，N为道址，E为道址N对应的能量，A为斜率，B为截距，A与B可以通过试验拟合得出。

具体的，不同探测晶体和放大器相结合输出的脉冲信号结果可能略有不同，但是，如图4所示的由模数转换器转换后得到的电脉冲信号可知，总体为β电脉冲信号上升时间较快且宽度较窄。其中，B_β为β电脉冲信号的基线数值，由每次脉冲触发之前的数据段确定，该数据段反映没有脉冲情况下的基准电平电位。脉冲幅度A_β为原始测量脉冲成形处理后幅度最大值与基线B_β的差值。t_β为脉冲幅度A_β对应的时刻(即上述的第一时刻)。同理，B_γ为γ电脉冲信号的基线数值，由每次脉冲触发之前的数据段确定，该数据段反映没有脉冲情况下的基准电平电位。脉冲幅度A_γ为原始测量脉冲成形处理后幅度最大值与基线B_γ的差值。t_γ为脉冲幅度A_γ对应的时刻(即上述的第二时刻)。两路信号的ADC(模数转换器)由一个系统时钟控制，确保时序同步。

具体实施时，为了判断是否发生β衰变和γ衰变的级联衰变，在本实施例中，如图3所示，上述比较设备，还包括：第二大小比较器209，用于比较所述第一时刻和所述第二时刻，在所述第一时刻和所述第二时刻满足以下公式时，判断发生β衰变和γ衰变的级联衰变：

t_γ-Δt＜t_β＜t_γ

其中，t_γ为所述第二时刻；t_β为所述第一时刻；Δt为时间窗宽度。

具体的，上述第一大小比较器208和第二大小比较器209可以采用两个数值比较器搭建逻辑电路实现，具体的，可以采用两个4位数值比较器，例如，该4位数值比较器可以是74ls158型号的芯片。

具体的，如图5所示，以放射性惰性气体核素⁴¹Ar的衰变纲图为例。其中，横线表示核能级，左上的粗横线表示母核的基态，最下的粗横线表示子核的基态，中间的横线表示子核的激发态。以右下倾斜的箭头表示β衰变，以竖直向下的箭头表示γ衰变。从中可以看出，⁴¹Ar存在β-γ级联衰变事件，即分支比为99.1％、最大能量为1199keV的β衰变之后，紧接着产生了分支比为99.1％、能量为1293keV的γ衰变。

由图5可知，通过比较接收到数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻和接收到数字形式的β电脉冲信号的第一时刻，即可确定是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变。同时，通过将放射性惰性气体核素的特征能量与γ谱线道址对应的能量进行比较，只要满足上述预设条件，即可确定该放射性惰性气体核素发生了γ衰变。具体的，上述比较设备中可以设置存储器，用于存储一个或多个放射性惰性气体核素的特征能量，以便将特征能量与γ谱线道址对应的能量作比较，确定出哪些放射性惰性气体核素发生了γ衰变，进而一一计算这些放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

具体实施时，如图3所示，还包括：显示设备3(例如，显示屏设备)，用于实时显示所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值。具体的，该显示设备4还可以显示上述放射性惰性气体的测量系统中各部件的运行状态。上述放射性惰性气体的测量系统可以接收系统外部设备计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值，并通过显示设备4进行显示。具体的，还可以将上述β谱线和γ谱线合成三维β-γ谱线，在显示设备3上进行显示。

具体实施时，如图3所示，还包括：网络传输设备4，用于实时将所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发送至互联网。具体的，该网络传输设备5还可以接收设定的采样时间、测量时间、探测效率、触发时间、触发幅度、基线计算长度、采样数据长度、成形时间等用于测量计算的参数。还可以接收信号采集处理设备2发送的如脉冲谱线、能量波动ΔE、待分析核素特征能量E_I、时间窗宽度Δt等数据。

具体实施时，如图3所示，还包括：外围装置，与所述信号探测设备、所述信号采集处理设备以及所述显示设备连接，该外围装置包括：模数转换器210，用于采集所述信号探测设备中温湿度传感器、压力传感器以及流量传感器采集的数据，并将该数据由模拟形式转换为数字形式；数据传输设备211，与所述模数转换器210、所述信号采集处理设备2和所述显示设备3连接，用于将数字形式的数据、所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发给所述显示设备进行显示；电源设备212，用于为所述放射性惰性气体的测量系统提供电源；数模转换器213，与所述信号探测设备1和所述信号采集处理设备2连接，用于输出模拟形式的触发信号来触发所述信号探测设备和所述信号采集处理设备中各器件(例如，抽气设备、第一光电倍增管、第二光电倍增管、快速模数转换器、第一多道分析器、慢速模数转换器以及第二多道分析器等器件)的启动或停止；第一放大器214，与所述电源设备连接，用于放大或缩小所述电源设备输出的电压值；第二放大器215，与所述信号探测设备中的第一光电倍增管和第二光电倍增管连接，用于放大或缩小β电脉冲信号和γ电脉冲信号。

具体的，以下结合具体示例描述上述放射性惰性气体的测量系统实现计算放射性惰性气体核素的活度的浓度值的过程，如图6所示，该过程包括以下步骤：

当有γ脉冲信号触发慢速模数转换器204时，第二触发器205开始测量γ脉冲信号的幅度A_γ，时间t_γ和基线B_γ，并根据幅值A_γ计算γ脉冲能量E_γ，第二多道分析器206记录一维γ谱线。E_I为待分析核素的特征能量，可以有一个，也可以有多个，根据分析核素数量而定。ΔE为预设能量波动值，由探测晶体分辨率而定。当E_I-ΔE＜E_γ＜E_I+ΔE时，即表示γ谱线道址对应的能量满足待测核素的γ衰变特征，开始分析β脉冲信号，判断是否满足β衰变和γ衰变的级联衰变条件，第一触发器202开始测量β脉冲幅度A_β、时间t_β和基线B_β；否则，继续等待γ脉冲信号再次触发慢速模数转换204。第一多道分析器203根据β脉冲幅度A_β记录一维β能谱，t_β用于判断衰变时序关系。当t_γ-Δt＜t_β＜t_γ时，表示β衰变和γ衰变之间满足级联衰变时序关系。其中，△t为时间窗宽度，该值由脉冲宽度及传输导线延时决定，生成三维β-γ能谱，触发计算待测核素的活度的浓度值；否则，继续等待γ脉冲信号再次触发慢速模数转换器204。

在本实用新型实施例中，通过检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号和待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号，即可以判断是否发生了β衰变和γ衰变的级联衰变，且可以判断是否存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。由于发生β衰变和γ衰变的级联衰变只能是放射性惰性气体，排除了其他天然放射性核素产生β衰变的情况，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变的情况下触发计算放射性惰性气体核素的活度的浓度值，有利于提高测量结果的准确、可靠性；同时，由于是根据β电脉冲信号和γ电脉冲信号，在发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值，使得可以实现计算任何特征能量与γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素的活度的浓度值，实现了可以分析具体某种放射性惰性气体核素的活度的浓度值，与现有技术中只能计算总的β活度相比，本申请实现了放射性惰性气体的精确、定量测量，有助于提高环境放射性探测能力水平，是确保辐射环境安全是社会稳步发展的重要保证，对于及时发现核设施的异常泄漏及事故释放、控制环境污染扩散具有重要意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，包括：

信号探测设备，用于检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生的β电脉冲信号，检测待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生的γ电脉冲信号；

信号采集处理设备，与所述信号探测设备连接，用于实时采集所述β电脉冲信号和所述γ电脉冲信号，根据所述γ电脉冲信号输出γ谱线，所述γ谱线为判断是否存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素提供依据，当发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，输出计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

2.如权利要求1所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，所述信号探测设备，包括：

测量室，所述测量室为封闭腔体，所述测量室的侧壁的内侧设置有光导层，所述测量室的侧壁上设置有入口管道和出口管道；

抽气设备，与所述出口管道连接，在所述抽气设备启动时，待测试气体样品由所述入口管道进入所述测量室；

β探测晶体，所述β探测晶体设置在所述光导层上，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生β衰变产生β射线时，所述β探测晶体与β射线相互作用产生β光脉冲信号；

所述光导层，用于传输所述β光脉冲信号；

第一光电倍增管，所述第一光电倍增管的第一端设置在所述测量室的侧壁内与所述光导层连接，所述第一光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述光导层传输的所述β光脉冲信号，将所述β光脉冲信号转换为β电脉冲信号；

γ探测晶体，所述γ探测晶体设置在所述测量室的腔体内，用于在所述测量室内的待测试气体样品中的放射性惰性气体核素发生γ衰变产生γ射线时，所述γ探测晶体与γ射线相互作用产生γ光脉冲信号；

第二光电倍增管，所述第二光电倍增管的第一端与所述γ探测晶体连接，所述第二光电倍增管的第二端延伸到所述测量室的侧壁外，用于接收所述γ光脉冲信号，将所述γ光脉冲信号转换为γ电脉冲信号；

前置放大器，所述前置放大器的输入端与所述第二光电倍增管的第二端连接，用于对所述γ电脉冲信号进行放大处理。

3.如权利要求2所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，所述信号探测设备，还包括：

温湿度传感器，设置在所述出口管道上，用于实时采集所述待测试气体样品的温度和湿度数据；

压力传感器，设置在所述出口管道上，用于实时采集测量时的气压；

流量传感器，设置在所述出口管道上，用于测量所述待测试气体样品的流速。

4.如权利要求2所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，所述信号探测设备，还包括：反射层、遮光层以及屏蔽层，由内向外依次设置在所述光导层的外侧。

5.如权利要求2至4中任一项所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，所述信号采集处理设备，包括：

快速模数转换器，与所述第一光电倍增管的第二端连接，用于将所述β电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的β电脉冲信号；

第一触发器，与所述快速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的β电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的β电脉冲信号的第一时刻；

第一多道分析器，与所述第一触发器连接，用于根据所述数字形式的β电脉冲信号的脉冲幅度输出β谱线；

慢速模数转换器，与所述前置放大器的输出端连接，所述慢速模数转换器与所述快速模数转换器的时钟同步，所述慢速模数转换器用于将处理后的γ电脉冲信号由模拟形式转换为数字形式的γ电脉冲信号；

第二触发器，与所述慢速模数转换器连接，用于采集并记录数字形式的γ电脉冲信号的基线数据、脉冲幅度以及接收到所述数字形式的γ电脉冲信号的第二时刻；

第二多道分析器，与所述第二触发器连接，用于根据所述数字形式的γ电脉冲信号的脉冲幅度输出γ谱线；

比较设备，用于在判断出发生β衰变和γ衰变的级联衰变且存在特征能量与所述γ谱线对应的能量满足预设条件的放射性惰性气体核素时，发送所述计算触发信号来触发计算该放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

6.如权利要求5所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，还包括：

工控机，与所述第二多道分析器连接，用于将所述γ谱线转换为该γ谱线道址对应的能量；

所述比较设备，包括：

第一大小比较器，与所述工控机连接，用于比较特征能量与γ谱线道址对应的能量，在有放射性惰性气体核素的特征能量与γ谱线道址对应的能量满足预设条件时，发出所述计算触发信号中的第一触发信号，其中，该预设条件为E_I-ΔE＜E_γ＜E_I+ΔE，其中，所述E_I为该放射性惰性气体核素的特征能量，E_γ为γ谱线道址对应的能量，ΔE为预设能量波动值。

7.如权利要求5所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，所述比较设备，还包括：

第二大小比较器，用于比较所述第一时刻和所述第二时刻，在所述第一时刻和所述第二时刻满足以下公式时，判断发生β衰变和γ衰变的级联衰变，发出所述计算触发信号中的第二触发信号：

t_γ-Δt＜t_β＜t_γ

其中，t_γ为所述第二时刻；t_β为所述第一时刻；Δt为时间窗宽度。

8.如权利要求5所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，还包括：

显示设备，用于实时显示所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值。

9.如权利要求5所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，还包括：

网络传输设备，用于实时将所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发送至互联网。

10.如权利要求8所述的放射性惰性气体的测量系统，其特征在于，还包括：

外围装置，与所述信号探测设备、所述信号采集处理设备以及所述显示设备连接，该外围装置包括：

模数转换器，用于采集所述信号探测设备中温湿度传感器、压力传感器以及流量传感器采集的数据，并将该数据由模拟形式转换为数字形式；

数据传输设备，与所述模数转换器、所述信号采集处理设备和所述显示设备连接，用于将数字形式的数据、所述数字形式的β电脉冲信号、所述数字形式的γ电脉冲信号、所述β谱线、所述γ谱线以及计算得到的放射性惰性气体核素的活度的浓度值发给所述显示设备进行显示；

电源设备，用于为所述放射性惰性气体的测量系统提供电源；

数模转换器，与所述信号探测设备和所述信号采集处理设备连接，用于输出模拟形式的触发信号来触发所述信号探测设备和所述信号采集处理设备中各器件的启动或停止；

第一放大器，与所述电源设备连接，用于放大或缩小所述电源设备输出的电压值；

第二放大器，与所述信号探测设备中的第一光电倍增管和第二光电倍增管连接，用于放大或缩小β电脉冲信号和γ电脉冲信号。