CN208580212U - 一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，液晶屏和按键均位于仪器正面，且按键位于液晶屏下方；组合晶体位于液晶屏后面，光探测器安装在组合晶体底部；电路板和电池依次安装在按键后面，且均位于光探测器下面；组合晶体包括被真空封装在壳体内部并叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体，两个闪烁体之间设有第一光学耦合层；壳体朝向光探测器的一端设有出光窗体，出光窗体与其位置最接近的闪烁体之间设有第二光学耦合层；由于采用了叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体作为组合晶体，结合两者之间以及与出光窗体之间的光学耦合层，既能探测伽马信号又能探测中子信号，还节省了一路光探测器及其配套电路，缩小了体积，也降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及核辐射探测仪器领域，尤其涉及的是一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪。
背景技术
能谱型个人辐射探测仪是一种可佩戴式的核辐射探测仪器，美国标准ANSI/IEEEN42.48已给出该类仪器的基本要求和规范，该类仪器必须具备伽马能谱测量和核素识别功能，而中子探测则属于可选功能。
对于伽马探测而言，目前的伽马探测器主要有CZT半导体探测器和NaI(Tl)、LaBr3或CeBr等闪烁体探测器；因CZT半导体探测器价格很贵，并不太适合用在可佩戴式仪器上；若采用NaI(Tl)、LaBr或CeBr等闪烁体探测器的话，则必须在闪烁体后面增加一个光探测器及其配套电路，才能转换为电信号来进行测量。
而现有技术中的光探测器大都采用的是光电倍增管(PMT)或者光电二极管(PIN)；光电倍增管(PMT)的优点是增益高，但缺点是体积大、需要高电压、不利于低功耗、机械强度差、对磁场还敏感；光电二极管(PIN)的优点是体积小、电压低、机械强度高，但缺点是无增益、信号弱，对电子学要求高，灵敏面积较小，只能搭配尺寸很小的闪烁体，探测效率低。
对于中子探测而言，目前的中子探测器主要有3He气体探测器和LiI(Eu)闪烁体探测器；但气体探测器用于佩戴式仪器会存在若干缺点和限制。
可见，若要能谱型个人辐射探测器既能探测伽马信号又能探测中子信号，则必须采用两个闪烁体探测器，这就意味着必须搭配两个光探测器及其配套电路，由此既不利于可佩戴式仪器体积的减小，也不利于其成本的降低，因此，现有技术尚有待改进和发展。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，体积小、成本低。
本实用新型的技术方案如下：一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，包括安装在仪器内部的组合晶体、光探测器、液晶屏、电路板、按键和电池；所述液晶屏和按键均位于仪器的正面，且按键位于液晶屏的下方；所述组合晶体位于液晶屏的后面，且光探测器安装在组合晶体的底部；所述电路板和电池依次安装在按键的后面，并均位于光探测器的下面；其中：所述组合晶体包括被真空封装在壳体内部并叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体，且伽马闪烁体与中子闪烁体之间设置有第一光学耦合层；所述壳体朝向光探测器的一端设置有出光窗体，所述出光窗体与其位置最接近的闪烁体之间设置有第二光学耦合层。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体中的伽马闪烁体面向出光窗体放置，所述第二光学耦合层位于出光窗体与伽马闪烁体之间。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述伽马闪烁体为NaI(Tl)、LaBr3或CeBr闪烁体。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述中子闪烁体为LiI(Eu)闪烁体。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述第一光学耦合层和第二光学耦合层采用硅油或者硅橡胶制备。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：在所述壳体的内壁表面设置有一层漫反射层。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述漫反射层为TiO2材料层。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述光探测器为阵列式的硅光电倍增器（SiPM）。
所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其中：所述电路板包括信号调理电路、ADC电路和主控电路；所述信号调理电路用于对光探测器探测到的闪烁体信号进行调理处理后输出至ADC电路，所述ADC电路用于对调理之后的闪烁体信号进行模数转换后输出至主控电路，所述主控电路输出连接液晶屏，并输入连接按键，且在该主控电路中安装有双窗口积分脉冲波形甄别软体。
本实用新型所提供的一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，由于采用了叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体作为组合晶体，结合两者之间以及与出光窗体之间的光学耦合层，既能探测伽马信号又能探测中子信号，而且还节省了一路光探测器及其配套电路，缩小了仪器的体积，也降低了仪器的成本。
附图说明
图1是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的外观正面示意图；
图2是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的侧面内部结构示意图；
图3是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例所用组合晶体的结构放大示意图；
图4是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的功能框图；
图5是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例所用双窗口积分脉冲波形甄别软体的工作原理图；
图6是图5具体应用实施例的伽马信号和中子信号曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式。
如图1和2所示，图1是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的外观正面示意图，图2是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的侧面内部结构示意图；该能谱型个人辐射探测仪包括安装在仪器内部的组合晶体100、光探测器200、液晶屏300、电路板400、按键500和电池600；其中：所述液晶屏300和按键500均位于仪器的正面，且按键500位于液晶屏300的下方；所述组合晶体100位于液晶屏300的后面，且光探测器200安装在组合晶体100的底部；所述电路板400和电池600依次安装在按键500的后面，并均位于光探测器200的下面。
结合图3所示，图3是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例所用组合晶体的结构放大示意图，所述组合晶体100包括被真空封装在壳体110内部并叠置的伽马闪烁体120和中子闪烁体130，且伽马闪烁体120与中子闪烁体130之间设置有第一光学耦合层140，用于防止在伽马闪烁体120与中子闪烁体130之间发生全反射，以提高伽马闪烁体120与中子闪烁体130之间的光输出效率；所述壳体110朝向图1中的光探测器200的一端设置有出光窗体150，所述出光窗体150与其位置最接近的伽马闪烁体120(或中子闪烁体130)之间设置有第二光学耦合层160，用于防止在出光窗体150与伽马闪烁体120(或中子闪烁体)之间发生全反射，以提高出光窗体150与伽马闪烁体120(或中子闪烁体)之间的光输出效率。
本实用新型能谱型个人辐射探测仪通过采用组合晶体的做法，减少了一路光探测器及其配套电路，在满足即可探测伽马信号又可探测中子信号的前提下，不仅缩小了仪器的体积，而且也降低了仪器的成本。
因为能谱型个人辐射探测仪以伽马探测为主要探测功能，伽马能谱测量的能量分辨率为关键指标，中子探测则为选配功能；且伽马闪烁体120的尺寸较大，而中子闪烁体130的厚度较薄；在本实用新型能谱型个人辐射探测仪的优选实施方式中，在真空封装组合晶体100时，优选将叠置的伽马闪烁体120和中子闪烁体130中的伽马闪烁体120面向出光窗体150放置，所述第二光学耦合层160位于出光窗体150与伽马闪烁体120之间；由此提高了伽马闪烁体120的输出光光强，进而在需要测量伽马能谱时，保证了其能量分辨率；而对于中子测量而言，只需要测量中子的计数即可，对其能量分辨率的要求较低，因此将中子闪烁体130放置在远离出光窗体150的位置时，尽管中子闪烁体130的输出光光强会减弱，但是对测量的结果影响并不大。
所述组合晶体100采用的伽马闪烁体和中子闪烁体必须具有明显的发光衰减时间差异，以便通过脉冲波形实现区分；具体的，所述伽马闪烁体120优先选用NaI(Tl)、LaBr3、CeBr闪烁体，所述中子闪烁体130优先选用LiI(Eu)闪烁体，所述第一光学耦合层140和第二光学耦合层160优先选用硅油（silicone grease）或者硅橡胶（silicone rubber）材料制备。
为了进一步提高光输出的效率，较好的是，在所述壳体110的内壁表面设置有一层具有高反射率的漫反射层170，该漫反射层170优先选用TiO2材料制备；此外，所述壳体110可优先选用铝壳体制备。
具体的，图1中的所述光探测器200优先选用阵列式的硅光电倍增器（SiPM），因为SiPM的增益高，与PMT相当，且具有工作电压低、体积小、机械强度高、对磁场不敏感的优点；此外，与PIN不同，SiPM更容易实现任意数量的器件拼接，从而做出面积更大的光探测器，以匹配较大尺寸的闪烁体。
结合图4所示，图4是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例的功能框图，具体的，图1中与光探测器200电性连接的电路板400包括信号调理电路410、ADC电路420和主控电路430；所述信号调理电路410用于对光探测器200探测到的闪烁体信号进行调理处理后输出至ADC电路420，所述ADC电路420用于对调理之后的闪烁体信号进行模数转换后输出至主控电路430，所述主控电路430输出连接液晶屏300，并输入连接按键500，且在该主控电路430中安装有双窗口积分脉冲波形甄别软体，用于对转换后的闪烁体信号进行区分。
因为伽马闪烁体120和中子闪烁体130的发光衰减时间不同，表现在波形上就是波形下降随时间快慢不同，由此伽马信号和中子信号的波形不同，例如，采用NaI(Tl)闪烁体作为伽马闪烁体120的发光衰减时间约250ns，而采用LiI(Eu)作为中子闪烁体130的发光衰减时间约1000ns，由此可将两者明显区分开来。
具体的，结合图5所示，图5是本实用新型能谱型个人辐射探测仪实施例所用双窗口积分脉冲波形甄别软体的工作原理图，横坐标代表时间，纵坐标代表信号幅度，曲线A代表中子信号曲线，曲线B代表伽马信号曲线，设置一长一短两个时间积分窗口W1和W2，并分别对这两个窗口内的信号进行积分，得到积分值Q1和Q2，再根据PSD=Q1/(Q1+Q2)的值来确定是伽马信号还是中子信号，PSD为一自定义的量；两个时间积分窗口的时间段长短，可根据伽马信号波形和中子信号波形的差异进行设定，使得两种信号计算得到的PSD值的差异最大化。
例如，结合图6所示，图6是图5具体应用实施例的伽马信号和中子信号曲线图，以NaI(Tl)闪烁体作为伽马闪烁体120，与LiI(Eu)闪烁体作为中子闪烁体130组成组合晶体100为例，P1代表伽马信号曲线的峰值，P2代表中子信号曲线的峰值，W1代表伽马信号曲线的半高宽，W2代表中子信号曲线的半高宽，FOM代表优质因子；经本实用新型能谱型个人辐射探测仪测量，伽马信号的PSD值在0.2-0.3之间，而中子信号的PSD值在0.45-0.55之间，FOM值达4.4，由此达到明显区分开伽马信号和中子信号的目的。
应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，包括安装在仪器内部的组合晶体、光探测器、液晶屏、电路板、按键和电池；其中：所述液晶屏和按键均位于仪器的正面，且按键位于液晶屏的下方；所述组合晶体位于液晶屏的后面，且光探测器安装在组合晶体的底部；所述电路板和电池依次安装在按键的后面，并均位于光探测器的下面；其特征在于：所述组合晶体包括被真空封装在壳体内部并叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体，且伽马闪烁体与中子闪烁体之间设置有第一光学耦合层；所述壳体朝向光探测器的一端设置有出光窗体，所述出光窗体与其位置最接近的闪烁体之间设置有第二光学耦合层。
2.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：叠置的伽马闪烁体和中子闪烁体中的伽马闪烁体面向出光窗体放置，所述第二光学耦合层位于出光窗体与伽马闪烁体之间。
3.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述伽马闪烁体为NaI(Tl)、LaBr3或CeBr闪烁体。
4.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述中子闪烁体为LiI(Eu)闪烁体。
5.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述第一光学耦合层和第二光学耦合层采用硅油或者硅橡胶制备。
6.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：在所述壳体的内壁表面设置有一层漫反射层。
7.根据权利要求6所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述漫反射层为TiO2材料层。
8.根据权利要求1所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述光探测器为阵列式的硅光电倍增器。
9.根据权利要求1至8中任一所述的可同时探测伽马和中子的能谱型个人辐射探测仪，其特征在于：所述电路板包括信号调理电路、ADC电路和主控电路；所述信号调理电路用于对光探测器探测到的闪烁体信号进行调理处理后输出至ADC电路，所述ADC电路用于对调理之后的闪烁体信号进行模数转换后输出至主控电路，所述主控电路输出连接液晶屏，并输入连接按键，且该主控电路用于对转换后的闪烁体信号进行区分。
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