CN217007700U - 一种β能谱测量装置 - Google Patents

Abstract

为在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便，本实用新型实施例提供一种β能谱测量装置，包括测量模块；所述测量模块包括：衬底，用于安装β放射源；以及塑料闪烁体，所述塑料闪烁体面向放射源的一侧镀有导电膜。本实用新型实施例通过测量模块采用塑料闪烁体以及在塑料闪烁体面向放射源的一侧镀导电膜，从而使β放射源产生的β射线更好的被吸收并产生用于通过光电倍增管进行信号转换的闪烁光子，从而在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便。

Description

一种β能谱测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种β能谱测量装置。

背景技术

目前国内外测量β放射性核素，传统上使用液闪谱仪完成。液闪谱仪具有计数效率高(高达100％)，适用于低能量如³H，¹⁴C等β放射性粒子的测量，以及无自吸收等优点。但目前液闪谱仪的测量模块，在测量时样品处理流程复杂，且处理过程使用的试剂易造成化学污染。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种β能谱测量装置，以在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便。

本实用新型实施例通过下述技术方案实现：

本实用新型实施例提供一种β能谱测量装置，包括测量模块；所述测量模块包括：衬底，用于安装β放射源；以及塑料闪烁体，所述塑料闪烁体面向放射源的一侧镀有导电膜。

进一步的，所述测量模块还包括：

光电倍增管，紧贴塑料闪烁体的背对放射源的一侧；以及

前置放大器，用于与光电倍增管连接。

进一步的，所述塑料闪烁体为圆柱体结构。

进一步的，所述塑料闪烁体的厚度为6-8mm。

进一步的，β放射源为饼状结构；所述塑料闪烁体与β放射源的距离为大于零且小于或等于2mm。

进一步的，还包括测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块；所述测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块依次连接。

进一步的，所述预处理模块包括：

滤波模块，用于分别与程控放大器和前置放大器连接；以及

程控放大器，用于分别与数据转换模块和滤波模块连接；

所述数据转换模块，包括：

ADC模块，用于与程控放大器连接；以及

FPGA模块，用于分别与ADC模块连接和上位机数据分析模块连接。

进一步的，所述FPGA模块为赛灵思公司ZYNQ系列的XC7Z0202CLG400-2I。

进一步的，所述上位机数据分析模块用于通过混合β能谱的解谱方法进行解谱。

进一步的，所述测量模块设于不锈钢外壳内，所述衬底采用铝制成，所述导电膜采用氧化物半导体材料制成。

本实用新型实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型实施例的一种β能谱测量装置，通过测量模块采用塑料闪烁体以及在塑料闪烁体面向放射源的一侧镀导电膜，从而使β放射源产生的β射线更好的被吸收并产生用于通过光电倍增管进行信号转换的闪烁光子，从而在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为β能谱测量装置的结构示意图。

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，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实施例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

实施例

为在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便，本实用新型实施例提供一种β能谱测量装置，参考图1所示，包括测量模块；所述测量模块包括：衬底，用于安装β放射源；以及塑料闪烁体，所述塑料闪烁体面向放射源的一侧镀有导电膜。

从而，本实用新型实施例通过测量模块采用塑料闪烁体以及在塑料闪烁体面向放射源的一侧镀导电膜，从而使β放射源产生的β射线更好的被吸收并产生用于通过光电倍增管进行信号转换的闪烁光子，从而在满足β能谱数据的采集要求的同时使操作更简便。

进一步的，所述测量模块还包括：光电倍增管，紧贴塑料闪烁体的背对放射源的一侧；以及前置放大器，用于与光电倍增管连接。

进一步的，所述塑料闪烁体为圆柱体结构。可选地，所述测量模块设于不锈钢外壳内，所述衬底采用铝制成。

可选地，塑料闪烁体与导电膜的结构参数由GEANT4进行蒙特卡洛模拟结果确定。进一步的，所述塑料闪烁体的厚度为6-8mm。导电膜可避免高能β-粒子束(负电子束)在塑料闪烁体表面的富集，保证β-粒子束(负电子束)的高穿透率从而保证信号转换。可选地，所述导电膜采用氧化物半导体材料制成。

测量模块包括衬底、塑料闪烁体和光电倍增管；前置放大模块以及合金外壳，结构简单、体积小，衬底由铝制构成，塑料闪烁体为厚度为特定厚度(7mm)的圆柱体，接收β射线一面镀导电膜。光电倍增管紧贴闪烁体另一面(硅油光学耦合)，接收由β射线进入塑料闪烁体产生的闪烁光子，线性放大转换为电流脉冲信号，再经前置放大模块转换为电压脉冲信号。测量时将该测量模块放置于铅室中，β放射源放置于衬底上，紧贴塑料闪烁体。

进一步的，β放射源为饼状结构；所述塑料闪烁体与β放射源的距离为大于零且小于或等于2mm。

进一步的，还包括测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块；所述测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块依次连接。

进一步的，所述预处理模块包括：滤波模块，用于分别与程控放大器和前置放大器连接；以及程控放大器，用于分别与数据转换模块和滤波模块连接；

可选地，预处理模块还包括对数放大模块；滤波模块通过对数放大模块与程控放大器连接。

所述数据转换模块，包括：ADC模块，用于与程控放大器连接；以及FPGA模块，用于分别与ADC模块连接和上位机数据分析模块连接。进一步的，所述FPGA模块为赛灵思公司ZYNQ系列的XC7Z0202CLG400-2I。

经测量模块输出的与入射β射线粒子能量成线性关系的电压脉冲信号进入滤波模块，将信号中特定波段频率滤除，从含有干扰的输入信号中，提取出有用的电压脉冲信号。经滤波后的电压脉冲信号，进入受FPGA控制的程控放大模块进行线性处理，输出适配于信号采集模块中模数转换(ADC)模块的电压脉冲信号。进一步的，所述上位机数据分析模块用于通过混合β能谱的解谱方法进行解谱。

预处理模块处理后的电压脉冲信号输入数据采集模块中，待ACD模块将接收到的模拟电压脉冲信号转换成可供FPGA处理的数字信号后，再由FPGA进一步按上位机数据分析模块传达的指令和参数，来对该数字信号进行处理，采集，存储和上传。同时FPGA也控制预处理模块中程控放大模块进行信号的线性处理。

CAN转USB(Controller Area Network to Universal Serial Bus，控制器域网转通用串行总线，以下均简称CAN转USB)，上位机数据分析模块通过CAN转USB与FPGA连接；CAN转USB将CAN转为USB3.0，在上位机虚拟成为串口进行数据传输，通讯前在上位机数据分析模块设置COM端口，上位机数据分析模块传达通信端口，通讯速率，测量时间，放大倍数，偏置电压，梯形上升点数，梯形平台点数以及数字成型方式等指令和参数给FPGA。

可选地，上位机数据分析模块采用C语言开发，使用Matlab App Designer开发平台，实现了上位机和下位机之间的数据交互及可视化操作。能够在上位机数据分析模块进行参数和命令设置，实时控制数据采集模块，使系统能够工作在用户要求的状态下，完成检测任务。

所述上位机数据分析模块用于通过混合β能谱的解谱方法进行解谱。

混合β能谱的解谱方法包括步骤：

S0.对原始的混合β对数能谱数据进行对数处理，得到起始的混合β对数能谱数据；

S1.对当前混合β对数能谱数据进行傅里叶级数曲线拟合，得到当前的混合β拟合曲线；

S2.设定当前的混合β拟合曲线中能量最高的核素的有效高能窗和有效低能窗；

S3.以有效高能窗和有效低能窗对应计数点作为插值点，使用指定边界条件的样条插值对当前的混合β拟合曲线进行样条插值处理，得到当前的混合β拟合曲线中能量最高的核素的β对数能谱数据；

S4.将当前的混合β对数能谱数据与所述当前的混合β拟合曲线中能量最高的核素的β对数能谱数据作差处理，得到其余核素的混合β对数能谱数据；

S5.判断当前的混合β对数能谱数据是否为当前的混合β拟合曲线中能量最高的核素的β对数能谱数据；若否，则以其余核素的混合β对数能谱数据作为当前的混合β对数能谱数据返回得到当前的混合β拟合曲线的步骤；若是，则完成混合β能谱的解谱或完成混合β能谱的解谱并做活度计算。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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β能谱测量装置，其特征在于，包括测量模块；所述测量模块包括：

衬底，用于安装β放射源；以及

塑料闪烁体，所述塑料闪烁体面向放射源的一侧镀有导电膜。

2.如权利要求1所述β能谱测量装置，其特征在于，所述测量模块还包括：

光电倍增管，紧贴塑料闪烁体的背对放射源的一侧；以及

前置放大器，用于与光电倍增管连接。

3.如权利要求1所述β能谱测量装置，其特征在于，所述塑料闪烁体为圆柱体结构。

4.如权利要求3所述β能谱测量装置，其特征在于，所述塑料闪烁体的厚度为6-8mm。

5.如权利要求4所述β能谱测量装置，其特征在于，β放射源为饼状结构；所述塑料闪烁体与β放射源的距离为大于零且小于或等于2mm。

6.如权利要求1-5任意一项所述β能谱测量装置，其特征在于，还包括测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块；所述测量模块、预处理模块、数据转换模块和上位机数据分析模块依次连接。

7.如权利要求6所述β能谱测量装置，其特征在于，所述预处理模块包括：

滤波模块，用于分别与程控放大器和前置放大器连接；以及

程控放大器，用于分别与数据转换模块和滤波模块连接；

所述数据转换模块，包括：

ADC模块，用于与程控放大器连接；以及

FPGA模块，用于分别与ADC模块连接和上位机数据分析模块连接。

8.如权利要求7所述β能谱测量装置，其特征在于，所述FPGA模块为赛灵思公司ZYNQ系列的XC7Z0202CLG400-2I。

9.如权利要求7所述β能谱测量装置，其特征在于，所述上位机数据分析模块用于通过混合β能谱的解谱方法进行解谱。

10.如权利要求7所述β能谱测量装置，其特征在于，所述测量模块设于不锈钢外壳内，所述衬底采用铝制成，所述导电膜采用氧化物半导体材料制成。

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