CN217305555U - 大辐射场伽马能谱在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大辐射场伽马能谱在线测量装置，包括探测器单元、多道脉冲幅度分析器(2)和上位机(3)，所述多道脉冲幅度分析器(2)具有两个，所述探测器单元包括高能探测子单元(11)和低能探测子单元(12)，高能探测子单元(11)与低能探测子单元(12)的量程范围不同，分别与一个多道脉冲幅度分析器(2)连接，两个多道脉冲幅度分析器(2)与上位机(3)电信号连接。本实用新型提供的大辐射场伽马能谱在线测量装置，能量分辨率高，能够兼顾高、低能量程，且避免了高能谱对低能谱的干扰。

Description

大辐射场伽马能谱在线测量装置

技术领域

本实用新型涉及核辐射监测领域，具体涉及一种大辐射场伽马能谱在线测量装置。

背景技术

裂变反应堆在运行时，会释放出伽马射线，准确获取堆内伽马能谱，可以用来识别堆内放射性核素种类，计算活度及推算辐射剂量水平，从而分析、验证反应堆运行工况不同功率下的功率控制及功率效应。

然而，裂变反应堆环境，包括核反应堆、核设施周边、核事故现场等环境，属于大辐射场环境，其具有伽马射线能量范围跨度大、环境本底剂量率高等特点，现有的伽马能谱测量装置并不能适应此环境，其测量值会有较大偏差，甚至出现完全无法获得测量值的情况。

因此，有必要提出一种针对裂变反应堆类的大辐射场环境使用的伽马能谱测量装置。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了深入研究，设计出一种大辐射场伽马能谱在线测量装置，包括探测器单元、多道脉冲幅度分析器2和上位机3，所述探测器单元用于将伽马射线转化为核脉冲信号；所述多道脉冲幅度分析器2用于将核脉冲信号转化为能谱信号，所述上位机3用于记录和显示能谱信号，

进一步地，所述多道脉冲幅度分析器2具有两个，所述探测器单元包括高能探测子单元11和低能探测子单元12，高能探测子单元11与低能探测子单元12的量程范围不同，分别与一个多道脉冲幅度分析器2连接，两个多道脉冲幅度分析器2与上位机3电信号连接。

在一个优选的实施方式中，所述高能探测子单元11和低能探测子单元12都包括依次连接的闪烁体晶体、光电倍增管和前置放大器，其中，高能探测子单元11中闪烁体晶体的长度大于低能探测子单元12中闪烁体晶体的长度，使得高能探测子单元11可测量的射线能量高于低能探测子单元12。

在一个优选的实施方式中，高能探测子单元11中闪烁体晶体的截面直径小于低能探测子单元12中闪烁体晶体的截面直径。

在一个优选的实施方式中，所述高能探测子单元11中闪烁体晶体为Φ38x38mm的碘化钠晶体；所述高能探测子单元11中闪烁体晶体为Φ25x200mm的碘化钠晶体。

在一个优选的实施方式中，与高能探测子单元11连接的多道脉冲幅度分析器2的增益低于与低能探测子单元12连接的多道脉冲幅度分析器2。

在一个优选的实施方式中，与高能探测子单元11连接的多道脉冲幅度分析器2的中设置有衰减电路。

在一个优选的实施方式中，在高能探测子单元11和低能探测子单元12的外侧设置有屏蔽准直部分。

本实用新型所提供的大辐射场伽马能谱在线测量装置，有以下有益效果：

(1)能量分辨率高，能够兼顾高、低能量程；

(2)分别获得高、低能谱谱图，避免了高能谱对低能谱的干扰；

(3)极大提高了装置的脉冲通过率，使得装置能够应用于大辐射场环境下。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的大辐射场伽马能谱在线测量装置结构示意图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的大辐射场伽马能谱在线测量装置探测器单元结构示意图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的大辐射场伽马能谱在线测量装置多道脉冲幅度分析器结构示意图。

附图标号说明：

11-高能探测子单元；

12-低能探测子单元；

2-多道脉冲幅度分析器；

3-上位机。

具体实施方式

下面通过附图和实施方式对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供了一种大辐射场伽马能谱在线测量装置，包括探测器单元、多道脉冲幅度分析器2和上位机3，所述探测器单元用于将伽马射线转化为核脉冲信号；所述多道脉冲幅度分析器2用于将核脉冲信号转化为能谱信号，所述上位机3用于记录和显示能谱信号，如图1所示，

在本实用新型中，所述多道脉冲幅度分析器2具有两个，所述探测器单元包括高能探测子单元11和低能探测子单元12，高能探测子单元11与低能探测子单元12的量程范围不同，分别与一个多道脉冲幅度分析器2连接，两个多道脉冲幅度分析器2与上位机3电信号连接。

所述上位机可以是电脑、平板等能够显示结果的装置，在本发明中不做限定。

发明人发现，高量程伽马辐射场内的伽马能谱测量装置多采用单一BGO探头，希望兼顾高、低能量程，虽然BGO探测效率高，可以解决一部分高能射线探测效率低的问题，但是其能量分辨率低，系统测量能谱解析能力差，影响核素识别以及能谱分析结果。

在本发明中，采用高能探测子单元11和低能探测子单元12分别对高、低量程的能量进行检测，提高了测量的准确性。

在一个优选的实施方式中，所述高能探测子单元11和低能探测子单元12都包括依次连接的闪烁体晶体、光电倍增管和前置放大器，如图2所示，其中，高能探测子单元11中闪烁体晶体的长度大于低能探测子单元12中闪烁体晶体的长度，优选地，所述高能探测子单元11中闪烁体晶体的长度为100-300mm，所述低能探测子单元12中闪烁体晶体的长度为10-60mm，使得高能探测子单元11可测量的射线能量高于低能探测子单元12。

所述闪烁体晶体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料制成的晶体，为辐射探测设备中常用器件之一，分为无机闪烁体晶体和有机闪烁体晶体，在本实用新型中，优选采用无机闪烁体晶体，更优选为碘化钠晶体，其对γ射线的探测效率高。

所述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，为光学测量仪器和光谱分析仪器中的常用器件，在本实用新型中，对其型号和结构不做限制，例如可以采用英国ET Enterprises光电倍增管。

所述前置放大器用于将信号放大，提高信号的信噪比，并减少外界干扰的相对影响，在本实用新型中，对其型号不做特别限制，可以是任意一种已知的前置放大器，例如EV-550前置放大器。

进一步地优选地，高能探测子单元11中闪烁体晶体的截面直径小于低能探测子单元12中闪烁体晶体的截面直径，更优选地，所述高能探测子单元11中闪烁体晶体的截面直径为30-50mm，所述低能探测子单元12中闪烁体晶体的截面直径为10-30mm。

在本实用新型中，高能测量需要细、长探测器，让高能射线能量尽量在高能探测子单元11中沉积，低能射线测量需要粗、短探测器，一是有利于低能射线能量沉积、收集，二是降低高能射线的反应截面，减少高能射线康普顿效应对低能的影响。

进一步地，本实用新型中通过高能探测子单元和低能探测子单元组合使用，解决了大幅射场内伽马射线能量量程跨度大的问题。

在一个更优选的实施方式中，所述高能探测子单元11中闪烁体晶体为Φ38x38mm的碘化钠晶体；所述高能探测子单元11中闪烁体晶体为Φ25x200mm的碘化钠晶体。

上述尺寸是根据大辐射场源项情况设计的，使得高能探测子单元11能够测量30keV～14MeV的高能射线，低能探测子单元12能够测量30keV～3MeV的低能射线。高能、低能区域的合理划分，解决了单一探头测量时高能射线的低能坪区对低能射线峰区的干扰，有利于辐射场内源项信息的正确分析。

所述多道脉冲幅度分析器是一种测量电脉冲信号幅度分布的仪器，它把脉冲信号按幅度的大小进行分类并记录每类信号的数目；其常用于分析射线探测器的输出信号、测量射线的能谱。多道脉冲幅度分析器把整个被分析的幅度范围划分成若干个相等的区间，一次测量就可以得到输入脉冲的幅度分布谱。

在本实用新型中，所述多道脉冲幅度分析器可以采用任意一种已知的多道脉冲幅度分析器，如申请号为CN201810856767.2的中国专利、申请号为CN202111393838.8的中国专利中涉及到的多道脉冲幅度分析器，其一般包括信号调理单元、ADC和FPGA，如图3所示，其中，调理单元用于对脉冲信号进行调理至预设的幅值，其具有增益或衰减电路。

优选地，与高能探测子单元11连接的多道脉冲幅度分析器2的增益低于与低能探测子单元12连接的多道脉冲幅度分析器2，对于低能探测子单元12，其探测能量低，探测器输出的信号幅度低，采用高增益设置，能提高检测精度。

通过增益对高、低探测子单元的适配，实现不同量程测量的动态范围匹配，辅助针对性的参数设置以及浮动基线的调节方式，解决高计数通过率下的能谱测量。

在一个优选的实施方式中，与高能探测子单元11连接的多道脉冲幅度分析器2的中设置有衰减电路，以降低信号幅度，所述衰减电路可以是任意一种能够实现上述功能的电路，例如与申请号为CN201810856767.2的中国专利中的多道脉冲幅度分析器中的结构相同，高能探测子单元11探测的能量高，输出幅度高，采用衰减电路能够实现动态范围匹配，同时，大幅度提高了装置的脉冲通过率，使得装置的脉冲通过率大于200kcps，使得装置能够应用于大辐射场环境下。

优选地，与申请号为CN201810856767.2的中国专利中的多道脉冲幅度分析器相同，所述多道脉冲幅度分析器中采用数控浮动基线的方式，用以解决高剂量率下由于高计数效应引起的信号基线下移。

在一个优选的实施方式中，在高能探测子单元11和低能探测子单元12的外侧还设置有屏蔽准直部分，在本实用新型中，对所述屏蔽准直部分的结构不做特别限定，可以采用任意一种已知的探头屏蔽准直部分，例如采用申请号为CN202011454926.X的中国专利中涉及到的屏蔽准直部分，屏蔽准直部分包裹在高能探测子单元11或低能探测子单元12的外侧，使得射线仅能从闪烁体晶体的一端入射。

在本实用新型中，通过高能探测子单元11和低能探测子单元12分别对高、低量程的伽马射线进行测量，获得高、低范围的谱图，其中，低能谱图汇聚了大量的人工核素信息，可以用来反映辐射场内的核素成分信息，同时也避免了大量高能射线的低能谱区对低能射线的干扰；高能谱图用来反映辐射场内的辐射水平，可以依据谱图进行剂量率的换算，区域活度的分析等。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大辐射场伽马能谱在线测量装置，包括探测器单元、多道脉冲幅度分析器(2)和上位机(3)，所述探测器单元用于将伽马射线转化为核脉冲信号；所述多道脉冲幅度分析器(2)用于将核脉冲信号转化为能谱信号，所述上位机(3)用于记录和显示能谱信号，其特征在于，

所述多道脉冲幅度分析器(2)具有两个，所述探测器单元包括高能探测子单元(11)和低能探测子单元(12)，高能探测子单元(11)与低能探测子单元(12)的量程范围不同，分别与一个多道脉冲幅度分析器(2)连接，两个多道脉冲幅度分析器(2)与上位机(3)电信号连接。

2.根据权利要求1所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

所述高能探测子单元(11)包括依次连接的闪烁体晶体、光电倍增管和前置放大器，所述低能探测子单元(12)包括依次连接的闪烁体晶体、光电倍增管和前置放大器；

其中，高能探测子单元(11)中闪烁体晶体的长度大于低能探测子单元(12)中闪烁体晶体的长度，使得高能探测子单元(11)可测量的射线能量高于低能探测子单元(12)。

3.根据权利要求2所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

高能探测子单元(11)中闪烁体晶体的截面直径小于低能探测子单元(12)中闪烁体晶体的截面直径。

4.根据权利要求3所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

所述高能探测子单元(11)中闪烁体晶体为Φ38x38mm的碘化钠晶体；所述高能探测子单元(11)中闪烁体晶体为Φ25x200mm的碘化钠晶体。

5.根据权利要求1所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

与高能探测子单元(11)连接的多道脉冲幅度分析器(2)的增益低于与低能探测子单元(12)连接的多道脉冲幅度分析器(2)。

6.根据权利要求1所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

与高能探测子单元(11)连接的多道脉冲幅度分析器(2)的中设置有衰减电路，以降低信号幅度。

7.根据权利要求1所述的大辐射场伽马能谱在线测量装置，其特征在于，

在高能探测子单元(11)和低能探测子单元(12)的外侧设置有屏蔽准直部分。

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