CN211653159U

CN211653159U - 辐射检测装置

Info

Publication number: CN211653159U
Application number: CN201922450671.9U
Authority: CN
Inventors: 吕晓侠; 姚顺和; 陈细林; 朱宝吉; 武昌平; 朱亨�
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2029-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种辐射检测装置，包括：检测模块(1)，所述检测模块(1)包括检测腔室(11)以及安装于所述检测腔室(11)的多个光传感器(12)；数据获取模块(2)，设置为获取所述多个光传感器(12)输出的电信号；以及处理模块(3)，设置为基于所述电信号，计算检测结果；其中，在进行检测时，待测样品和闪烁体置于所述检测腔室(11)内，所述闪烁体能够在辐射作用下发出光子。

Description

辐射检测装置

技术领域

本实用新型的实施例涉及核辐射测量技术领域，特别涉及一种辐射检测装置。

背景技术

工业、能源、食品和医学等领域所造成的放射性污染会危害人体健康，对人类生存、生活造成严重威胁。因此，对相关物品和环境进行放射性检测具有重要意义，有助于人们及时了解到放射性危害品的存在及其放射性大小，从而能够及时对其进行处理或者选择规避。

然而，现有技术中用于检测核辐射的装置体积较大、结构复杂，适于在实验室中使用，而不适用于进行现场测量。因此，有必要研究一种体积小、方便携带、能够满足现场测量需求的辐射检测装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种辐射检测装置，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本实用新型的一个方面，提出一种辐射检测装置，包括检测模块，所述检测模块包括检测腔室以及安装于所述检测腔室的多个光传感器；数据获取模块，设置为获取所述多个光传感器输出的电信号；以及处理模块，设置为基于所述电信号，计算检测结果；其中，在进行检测时，待测样品和闪烁体置于所述检测腔室内，所述闪烁体能够在辐射作用下发出光子。

根据一些实施方式，所述闪烁体为液体闪烁体；所述装置还包括收集单元，设置为容纳待测样品和所述液体闪烁体。

根据一些实施方式，还包括送样模块，设置为将所述收集单元送至所述检测腔室。

根据一些实施方式，所述检测腔室外设有屏蔽层。

根据一些实施方式，所述光传感器的数量为三个，相互之间成120°安装。

根据一些实施方式，所述数据获取模块设置为：获取3个双重符合信号以及双重符合相加信号。

根据一些实施方式，所述处理模块设置为：基于所述双重符合相加信号的计数率以及双重符合相加信号的检测效率，获取待测样品的放射性活度，其中，

N_D表示双重符合相加信号的计数率，ε_D表示双重符合相加信号的检测效率，A表示放射性活度。

根据一些实施方式，所述处理模块设置为：基于TDCR值与双重符合相加信号的检测效率之间的关系曲线，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率。

根据一些实施方式，所述数据获取模块还设置为获取三重符合信号；所述处理模块设置为：基于所述三重符合信号的计数率和所述双重符合相加信号的计数率，获取待测样品的TDCR值，其中，

N_T表示三重符合信号的计数率，N_D表示双重符合相加信号的计数率。

根据一些实施方式，所述处理模块设置为：通过求解下式的最小值，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率：

其中，

N_AB、N_BC、N_AC表示3个双重符合信号的计数率，N_T表示三重符合信号的计数率，ε_AB、ε_BC、ε_AC表示3个双重符合信号的检测效率，ε_T表示三重符合信号的检测效率，ε_D表示双重符合相加信号的检测效率，S(E)表示信号能谱分布，E表示入射粒子能量，Q(E)表示电离猝灭修正，E_max表示入射粒子最大能量，λ_A、λ_B、λ_C表示待求解的3个光传感器的自由参数。

在根据本实用新型的实施例的辐射检测装置中，通过多个光传感器对闪烁体在辐射作用下发出的光子进行检测，并通过处理模块对多个光传感器输出的电信号进行处理，从而能够基于处理结果了解到待测样品的放射性大小。并且，所述辐射检测装置结构简单，可以制成小体积形式，便于携带，适用于现场测量。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的辐射检测装置的示意图；

图2示出了图1的辐射检测装置的检测模块的示意图；

图3示出了TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间的关系曲线图；以及

图4示出了图1的辐射检测装置获取的信号能谱分布图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的辐射检测装置的示意图，图2示出了图1的辐射检测装置的检测模块1的示意图，如图1和图2所示，所述辐射检测装置包括检测模块1，检测模块1包括检测腔室11以及安装于检测腔室11的多个光传感器12；数据获取模块2，设置为获取多个光传感器12输出的电信号；以及处理模块3，设置为基于所述电信号，计算检测结果；其中，在进行检测时，待测样品和闪烁体置于检测腔室11内，所述闪烁体能够在辐射作用下发出光子。

在根据本实用新型的实施例的辐射检测装置中，通过多个光传感器12对闪烁体在辐射作用下发出的光子进行检测，并通过处理模块3对多个光传感器12输出的电信号进行处理，从而能够基于处理结果了解到待测样品的放射性大小。并且，所述辐射检测装置结构简单，可以制成小体积形式，便于携带，适用于现场测量。

检测腔室11能够提供避光环境，便于多个光传感器12对闪烁体发出的荧光进行准确检测，以免受到外部环境干扰。检测腔室11的材料可以包括漫反射材料，其中，漫反射是指投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。通过采用漫反射材料，可以使得闪烁体发出的荧光更加全面地被多个光传感器12检测到。检测腔室11外可以设有屏蔽层14，用于屏蔽辐射，以减小测量本底值。

在本实用新型的实施例中，所述闪烁体可以为液体闪烁体，液体闪烁体包括溶剂分子和闪烁体分子，溶剂分子吸收射线能量成为激发态，再回到基态时将能量传递给闪烁体分子，闪烁体分子由激发态回到基态时，发出荧光光子。在进行检测时，将待测样品与所述液态闪烁体混合，形成稳定、均匀的液体闪烁源。当待测样品具有放射性时，所述液体闪烁体受到放射性核素发射的粒子或光子激发，发射荧光。在本实用新型的实施例中，所述装置还包括收集单元13，设置为容纳待测样品和所述液体闪烁体。收集单元13可以为收集瓶的形式。

多个光传感器12能够收集闪烁光并将其转化为电信号而被探测。在本实用新型的实施例中，光传感器12可以为光电倍增管，光电倍增管是一种将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件，具有极高灵敏度和超快时间响应。基于多个光传感器12输出的电信号，能够了解到闪烁体发出的荧光信号信息，进而能够了解到待测样品的放射性大小。

所述装置还可以包括送样模块4，设置为将收集单元13送至检测腔室11。送样模块4可以包括第一送样单元以及与所述第一送样单元连接的第二送样单元，设置为分别在两个不同方向上对收集单元13进行输送，例如，第一送样单元可以在水平方向上输送收集单元13，第二送样单元可以在竖直方向上输送收集单元13。由此能够将收集单元13顺利送至检测腔室11内的预设位置处。第一送样单元和第二送样单元包括传动结构。当然，在其他实施例中，送样模块4也可以只包括一个送样单元，设置为在竖直方向上输送收集单元13。

在本实用新型的实施例中，光传感器12的数量为三个，相互之间成120°安装。三个光传感器12水平安装，各自从检测腔室11的中心位置向外延伸，收集单元13可以置于所述中心位置上。例如，三个光传感器12可以连接到一起，连接处设为载物台，所述载物台安装于检测腔室11的中心位置处，收集单元13置于所述载物台上。

数据获取模块2可以包括数据采集卡，其具有3路信号输入通道，用于接收三个光传感器12输出的电信号。数据采集卡可写入FPGA(现场可编程逻辑门阵列)，用于进行数字脉冲处理，实现采样数据压缩。

本实用新型通过设置三个光传感器12互成120°布置的形式，可以提供9路信号输出，包括：对应于三个光传感器12的3个单路信号A、B、C，通过对三个光传感器12中两两组合得到的3个双重符合信号AB、BC和AC，通过对三个光传感器12组合得到的三重符合信号T(即ABC)，对3个单路信号进行相加的单路相加信号A+B+C，对3个双重符合信号进行相加的双重符合相加信号D(即AB+BC+AC)。这种设计提供了各路信号的计数率之间的相互验证，也保证了检测装置的准确性。

其中，符合是指信号在时间上有相关性，也就是多个信号在一定的时间间隔里能够到达，即在一个给定的时间间隔中，选定的两道或更多道上出现脉冲，其表示辐射源的一个核事件能够被多个探测器探测到。

数据获取模块2可以设置为：获取3个双重符合信号AB、BC和AC以及双重符合相加信号D。

处理模块3可以设置为：基于所述双重符合相加信号D的计数率以及双重符合相加信号的检测效率，获取待测样品的放射性活度，其中，

N_D表示双重符合相加信号的计数率，ε_D表示双重符合相加信号的检测效率，A表示放射性活度。计数率表示单位时间内的脉冲计数。

放射性活度是指处于某一特定能态的放射性核在单位时间内的衰变数，可以利用放射性活度来表示放射性核的放射性强度。放射性活度的国际单位制单位是贝可勒尔(Bq)。

在一个实施例中，处理模块3还设置为：基于TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间的关系曲线，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率ε_D。

图3示出了TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间的关系曲线图，如图3所示，TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间具有特定的关系曲线，基于待测样品检测的TDCR值，即可获取与之相对应的双重符合相加信号的检测效率ε_D。图3标记了TDCR值为0.334时在所述关系曲线上的对应点，该点指示的双重符合相加信号的检测效率ε_D为34.1％。

数据获取模块2还设置为获取三重符合信号T；处理模块3设置为：基于所述三重符合信号T的计数率和所述双重符合相加信号D的计数率，获取待测样品的TDCR值，其中，

由此可见，基于获取的双重符合相加信号D和三重符合信号T，通过计算各自的计数率，即可基于计数率计算待测样品的TDCR值；然后基于关系曲线能够获取对应于待测样品的TDCR值的双重符合相加信号的检测效率ε_D；基于双重符合相加信号D的计数率和双重符合相加信号的检测效率ε_D能够得到待测样品的放射性活度A，从而了解待测样品的放射性强度。

在另一实施例中，处理模块3设置为：通过求解下式(3)的最小值，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率：

其中，

N_AB、N_BC、N_AC表示3个双重符合信号的计数率，N_T表示三重符合信号的计数率，ε_AB、ε_BC、ε_AC表示3个双重符合信号的检测效率，ε_T表示三重符合信号的检测效率，ε_D表示双重符合相加信号的检测效率，S(E)表示信号能谱分布，E表示入射粒子能量，Q(E)表示电离猝灭修正，E_max表示入射粒子最大能量，λ_A、λ_B、λ_C表示待求解的3个光传感器12的自由参数。

图4示出了图1的辐射检测装置获取的信号能谱分布图，其表示计数随电荷的分布情况。猝灭作用是指处于激发态的分子通过外界环境影响或分子内某个取代基团所导致的无辐射跃迁过程而失活的作用。自由参数(FOM)的意义为光传感器的光阴极产生一个光电子所需要的有效能量。λ_A、λ_B、λ_C三者相互独立。

通过求解式(3)的最小值，可以获取λ_A、λ_B、λ_C的值，再将其代入式(8)，可以计算得出待测样品的双重符合相加信号的检测效率ε_D。然后基于双重符合相加信号D的计数率和双重符合相加信号的检测效率ε_D能够得到待测样品的放射性活度A，从而了解待测样品的放射性强度。

处理模块3可以包括软件模块，设置为基于获取的数据进行处理和计算。所述辐射检测装置还包括交互模块，设置为获取用户的输入以及显示所述装置获取的数据并显示软件操作界面。软件模块能够接收用户对多个参数的设定，所述多个参数可以包括阈值(例如甄别阈)、积分时间区间、直流补偿、脉冲极性选择、触发时间补偿等。软件模块能够实时提供装置所测量的信号能谱分布图、脉冲信号波形图、幅值、TDCR实时测量数据、脉冲形状甄别(PSD)情况。软件模块能够对历史测量数据长期保存，从而可调用存储数据进行离线分析。本实用新型可以采用PSD技术进行α/β甄别。软件模块可以配置TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间的关系曲线。软件操作界面简洁、合理，具有可视化特点，可对测量数据集中显示与可视化监控。

参照图1，所述装置还包括电源模块16，用于为多个光传感器12供电，电源模块16可以包括程控高压电源。所述装置还包括控制模块5，控制模块5可以对电源模块16进行控制，控制模块5可以控制处理单元3也可以接收处理模块3的指示而进行控制。控制模块5可以包括微机。

下面描述操作本实用新型的辐射检测装置的软件模块以获取检测结果的方法。

步骤S1，测量光传感器的坪特性曲线，选择坪区电压作为工作电压；其中，坪特性曲线是指在放射源活度不变的情况下，计数率和外加电压之间的关系曲线；坪区是指随外加电压变化，计数率几乎不变的区域，该区域对应的外加电压为坪区电压；

步骤S2，设置采集参数，包括：通过观察信号波形图，设置每路信号的甄别阈，排除噪声干扰，并设置合理的积分时间；

设置的基本采集参数可以包括：

CH0、CH1、CH2、CH3：表示可选择的通道，四个通道均可开启或关闭采样；

以CH0通道为例进行说明，其中：

CH0_SHORT_GATE：表示短窗积分长度(ns)；

CH0_LONG_GATE：表示长窗积分长度(ns)；

CH0_DC_OFFSET：表示直流补偿的设定值(范围：0x0000-0xFFFF)；

CH0_THRESHOLD：表示通道的触发阈值(mV)；

CH0_POLARITY：表示选择通道的极性；

其余各通道与之类似；另外，参数还包括：

GATA_OFFSET：表示设定形状甄别积分起点先于触发点的值(ns)；

PRE_TRG：表示设置每个事件在触发点前采集的点数目；

步骤S3，设置符合参数，包括：通过测量样品活度随符合时间和积分电荷阈值的变化情况，设置合理的符合时间以及积分电荷阈值；其中，符合表示对多路信号进行组合以得到前述的双重符合信号、双重符合相加信号、三重符合信号；积分电荷阈值包括用于确定积分区间的第一电荷阈值和第二电荷阈值；

设置的符合参数可以包括：

选择数据库：表示选择要读取数据所存储在的数据库；

选择存储表：表示选择要读取数据所存储在的存储表格；

符合时间窗长(ns)：表示设置符合时间；

谱数据显示每道宽度：表示选择所测量能谱的显示精度；

电荷上限、电荷下限：表示设置β射线能谱对应的道址，一般以横坐标作为道址；

固定死区时间长度：表示设置脉冲死区时间间隔，死区时间表示导通延迟时间；

甄别系数：表示选择本底/信号的甄别参数；

测量过程可以实时显示双重符合相加信号的能谱或三重符合信号的能谱，两者可以切换显示，并可以实时显示9路信号的计数率；图4示出了在一个实施例中双重符合相加信号的能谱图；

步骤S4，计算待测样品的放射性活度，包括：调用所配置的TDCR值与双重符合相加信号的检测效率ε_D之间的关系曲线，基于所测得的待测样品的TDCR值，获取对应的待测样品的双重符合相加信号的检测效率ε_D；根据公式(1)计算待测样品的放射性活度A。由此完成整个测量过程。

利用本实用新型的检测装置对³H标准源进行检测，测得其放射性活度为(1.911±0.023)kBq，与国防科技工业电离辐射一级计量站建立的液体闪烁计数器标准装置的检测结果进行比较，后者所测得的放射性活度为(1.923±0.025)kBq，因此本装置测量结果的相对偏差为0.6％，两装置给出的测量结果在不确定度范围(2σ)内一致。本实用新型检测装置的测量结果的合成不确定度为1.2％，标准装置的测量结果的合成不确定度为1.3％。由此可见，本实用新型的辐射检测装置的测量准确性较高。

本实用新型的辐射检测装置结构简单，采用数字化测量方案，提供多种的信号分析手段，能够满足现场测量要求，也适用于计量科学研究。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本实用新型总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本实用新型总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims

1.一种辐射检测装置，其特征在于，包括：

检测模块(1)，所述检测模块(1)包括检测腔室(11)以及安装于所述检测腔室(11)的多个光传感器(12)；

数据获取模块(2)，设置为获取所述多个光传感器(12)输出的电信号；以及

处理模块(3)，设置为基于所述电信号，计算检测结果；

其中，在进行检测时，待测样品和闪烁体置于所述检测腔室(11)内，所述闪烁体能够在辐射作用下发出光子。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闪烁体为液体闪烁体；所述装置还包括收集单元(13)，设置为容纳待测样品和所述液体闪烁体。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括送样模块(4)，设置为将所述收集单元(13)送至所述检测腔室(11)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测腔室(11)外设有屏蔽层(14)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光传感器(12)的数量为三个，相互之间成120°安装。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据获取模块(2)设置为：获取3个双重符合信号以及双重符合相加信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块(3)设置为：基于所述双重符合相加信号的计数率以及双重符合相加信号的检测效率，获取待测样品的放射性活度，其中，

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块(3)设置为：基于TDCR值与双重符合相加信号的检测效率之间的关系曲线，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数据获取模块(2)还设置为获取三重符合信号；

所述处理模块(3)设置为：基于所述三重符合信号的计数率和所述双重符合相加信号的计数率，获取待测样品的TDCR值，其中，

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块(3)设置为：通过求解下式的最小值，获取待测样品的双重符合相加信号的检测效率：

其中，

N_AB、N_BC、N_AC表示3个双重符合信号的计数率，N_T表示三重符合信号的计数率，ε_AB、ε_BC、ε_AC表示3个双重符合信号的检测效率，ε_T表示三重符合信号的检测效率，ε_D表示双重符合相加信号的检测效率，S(E)表示信号能谱分布，E表示入射粒子能量，Q(E)表示电离猝灭修正，E_max表示入射粒子最大能量，λ_A、λ_B、λ_C表示待求解的3个光传感器(12)的自由参数。