專利名稱：一種放射性物質(zhì)射線能區(qū)探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及計數(shù)式射線探測儀器開發(fā)制造領(lǐng)域，尤其涉及計 數(shù)式射線探測系統(tǒng)中放射性物質(zhì)射線能區(qū)探測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計數(shù)式射線探測系統(tǒng)是探測放射性物質(zhì)射線強(qiáng)度、劑量等常用的 設(shè)備之一。在特殊核材料檢測、放射性物質(zhì)檢測、環(huán)境劑量檢測等領(lǐng) 域，由于其探測速度快、測量靈敏度高、能譜響應(yīng)廣等特點，使它成 為這些領(lǐng)域的常用技術(shù)。
常規(guī)計數(shù)式射線探測系統(tǒng)不具備射線能量識別功能，使儀器對射 線的劑量、能量的敏感度較低。
德國發(fā)明專利(專利號DE 197 11 124 C2)公開的自然背景反 射測量方法能夠準(zhǔn)確快速地區(qū)分自然的和人工的珈瑪射線源，其原理 類似雙能量窗方法，但該專利只是簡單區(qū)分自然的和人工的伽瑪射線 源，未能顯示源能區(qū)幾率，且不能有針對性地改變能窗閾值設(shè)置。
國內(nèi)該類計數(shù)式儀器未見報道釆用雙能窗技術(shù)識別放射源能區(qū) 的算法。

實用新型內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
本實用新型的目的是提供一種設(shè)計簡單、兼容性好，適應(yīng)范圍廣 的放射性物質(zhì)射線能區(qū)探測系統(tǒng)。
(二) 技術(shù)方案
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型釆用如下技術(shù)方案 本實用新型的射線能區(qū)探測系統(tǒng)，包括帶射線能量特性的探測 器、電子學(xué)放大器、數(shù)據(jù)釆集卡、數(shù)字闌值控制器、控制、測量、計
算數(shù)據(jù)庫和射線能區(qū)顯示，其中所述電子學(xué)放大器為數(shù)字雙能窗電子 學(xué)放大器。
其中所述數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器包括射線能量信號的數(shù)字線 性放大器和數(shù)字雙能窗閾值設(shè)置電路。
所述數(shù)字線性放大器包括輸入端Vin、運算放大器、兩個電阻和
數(shù)字電位器；所述數(shù)字雙能窗閾值設(shè)置電路包括標(biāo)準(zhǔn)電壓、另兩個電 阻、另兩個數(shù)字電位器、兩個定標(biāo)單元以及兩個輸出端Voutl和Vout2。
其中所述帶射線能量特性的探測器為大面積塑料閃爍體。 (三)有益效果
本實用新型克服了常規(guī)計數(shù)式射線探測系統(tǒng)所不具備的射線能 量識別功能，既保證了系統(tǒng)對射線的高靈敏特性，又使系統(tǒng)對所探測 射線的能量區(qū)域具有識別功能，并且設(shè)計簡單、兼容性好，適應(yīng)范圍 廣，不需配復(fù)雜設(shè)備，運行成本低，可以方便地應(yīng)用于各種目的計數(shù) 式射線探測系統(tǒng)。


圖l為計數(shù)式射線能區(qū)探測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實用新型的邏輯關(guān)系示意圖； 圖4為本實用新型的工作流程；
圖中1、帶射線能量特性的探測器；2、數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大 器；3、數(shù)據(jù)采集卡；4、數(shù)字閾值控制器；5、控制、測量、計算數(shù) 據(jù)庫；6、射線能區(qū)顯示；7、運算放大器；8、電阻；9、電阻；10、 數(shù)字電位器；11、電阻；12、電阻；13、數(shù)字電位器；14、數(shù)字電位 器；15、定標(biāo)單元；16、定標(biāo)單元。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
本實用新型技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)在計數(shù)式射線探測系統(tǒng)的
電子學(xué)放大器上設(shè)置雙能窗；然后針對所感興趣源的能區(qū)，通過能量 窗閾值自動調(diào)整控制器進(jìn)行能量窗的閾值調(diào)整；用標(biāo)準(zhǔn)的放射源對雙 能窗系統(tǒng)進(jìn)行刻度，所得的刻度系數(shù)即表征了標(biāo)準(zhǔn)源的能量區(qū)域特 性；當(dāng)系統(tǒng)測量環(huán)境的本底、劑量、射線源時，雙能窗系統(tǒng)將獲得一 組與刻度系數(shù)類似的數(shù)據(jù)，如雙窗射線的計數(shù)率；計數(shù)比等，通過邏 輯比較、條件修正、數(shù)學(xué)擬合等算法，即可計算出系統(tǒng)所探測放射性 物質(zhì)的射線能量區(qū)域。
一般射線探測器的輸出信號帶有射線的能量特性，經(jīng)線性放大器 放大輸出后，信號的幅度與射線能量成正比，在模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 的過程中，常規(guī)計數(shù)式探測系統(tǒng)將高于某一閾值的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換計 數(shù)，而將信號的能量信息忽略；雙能窗系統(tǒng)在放大器后設(shè)置多個閾值， 將不同能量區(qū)域的射線進(jìn)行分別計數(shù)，使不同能窗具有不同射線能量 的信息，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)臉?biāo)定，數(shù)學(xué)處理，系統(tǒng)及具備射線能區(qū)識別的 功能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的表述。
在本實施例中，計數(shù)式射線能區(qū)探測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示， 系統(tǒng)包括帶射線能量特性的探測器1、數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器2、 數(shù)據(jù)釆集卡3、數(shù)字閾值控制器4、控制、測量、計算數(shù)據(jù)庫5和射 線能區(qū)顯示6。其中的數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器2的電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包括一個輸入端Vin、兩個輸出端Voutl和Vout2、運算放大器 7、電阻8、 9、 11、 12、數(shù)字電位器IO、 13、 14、定標(biāo)單元15、 16、 數(shù)字閾值控制信號輸入、輸出。
在一個優(yōu)選的實施方式中，采用大面積塑料閃爍體作為帶射線能 量特性的探測器。
圖3為本實用新型的邏輯關(guān)系示意圖，首先調(diào)節(jié)設(shè)置了雙能窗的 放大器，確定識別區(qū)域；然后對雙能窗進(jìn)行閾值調(diào)整，用標(biāo)準(zhǔn)的放射
源進(jìn)行系統(tǒng)刻度，保存刻度參數(shù)；當(dāng)探測到未知射線源后，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)
刻度參數(shù)，與將測量到的未知射線源的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯比較、條件修正 等處理，然后計算出未知射線源的能量區(qū)域。
在本實用新型中采用軟件能區(qū)識別算法進(jìn)行刻度系數(shù)的采集、參 數(shù)的比較和校正、數(shù)學(xué)擬合，其中包括標(biāo)準(zhǔn)放射源能區(qū)刻度方法、參 數(shù)調(diào)用比較校正方法、物理邏輯運算、源能區(qū)顯示幾率計算方法。
其中的數(shù)學(xué)邏輯描述如下環(huán)境本底雙窗計數(shù)率及比值、已知能 區(qū)標(biāo)準(zhǔn)源雙窗凈計數(shù)比值，nlb 、 n2b 、 PBKG、 P"
其中nlb 、 ri2b代表不同窗本底計數(shù)率；PBKG為無源的本底計數(shù) 比，Pj表示不同能量區(qū)標(biāo)準(zhǔn)源的凈計數(shù)比，i = l、 2、 3......n。
測量未知能區(qū)放射源在系統(tǒng)雙窗中的計數(shù)率nl、 n2(1、 2代表 不同窗)；
得到該未知能區(qū)放射源在系統(tǒng)雙窗中的凈計數(shù)率比
Px = (nl- nlb)/ (n2- n2b)， Px表示未知能區(qū)源的凈計數(shù)比； 判斷該未知能區(qū)放射源所處的能量區(qū)間 當(dāng)Py< = Px< = Pz時；
y=( Pz-Px)/( Pz —Py) x R; Z = R_y。
輸出未知能區(qū)放射源能區(qū) y能區(qū)、可信度y%;
z能區(qū)、可信度z%;
其中Py、 Pz表示已知能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)源的凈計數(shù)比；y、 z表示未知 能區(qū)放射源在已知能區(qū)y、 z中的幾率；R為系統(tǒng)修正量。
例如，在放射性物質(zhì)核查、監(jiān)控設(shè)備中，常用大面積塑料閃爍探 測器結(jié)合計數(shù)式電子學(xué)技術(shù)，組成高靈敏的放射性物質(zhì)射線監(jiān)測系 統(tǒng)，但該類系統(tǒng)不能區(qū)分被探測源的能量區(qū)域；而通常使用的射線能 譜儀價格較貴，靈敏度又很難適應(yīng)快速核查、監(jiān)控的需求。如釆用雙 能窗技術(shù)的射線計數(shù)式監(jiān)測系統(tǒng)，則可以針對感興趣區(qū)的射線能量設(shè) 置窗的閾值，如天然鉀肥中的40K放射性元素，當(dāng)鉀肥量較大時成為
計數(shù)式射線監(jiān)測系統(tǒng)的很大干擾，如將雙窗系統(tǒng)的某一個能窗設(shè)置在
40K能區(qū)，則可以有效識別40K能區(qū)和附近能區(qū)的放射性物質(zhì)，提高 系統(tǒng)的靈敏度、準(zhǔn)確度。
在本實施例中， 一個完整的系統(tǒng)工作流程如圖4所示。l.系統(tǒng)探 測能量區(qū)域確定；2.雙能窗的閩值調(diào)整；3.標(biāo)準(zhǔn)放射源對系統(tǒng)進(jìn)行 刻度并保存系數(shù)；4.探測未知能區(qū)射線源的劑量、強(qiáng)度等；5.通過 邏輯比較、條件修正、數(shù)學(xué)擬合等計算；6、顯示所探測射線源的能 量區(qū)域。
本實用新型通過在探測系統(tǒng)中設(shè)置雙能窗，可以區(qū)別人工放射源 (低能量，第一個窗的計數(shù))和自然本底；解決因車輛屏蔽效應(yīng)使探 測靈敏度下降的問題，即前述德國專利的核心(單窗對車輛屏蔽效應(yīng) 無法克服)。還能夠?qū)μ貏e關(guān)心的源能區(qū)進(jìn)行單獨計數(shù)，提高該能區(qū) 的探測靈敏度。此外，在可接受的誤報率和準(zhǔn)確率下，對關(guān)心的報警 源的幾率設(shè)置一個閾值，即可以區(qū)分真假報警。由于雙窗的存在，整 體計數(shù)水平與單窗一樣(在同一計數(shù)閾值區(qū)間內(nèi))，因此不會降低其 他危險放射性同位素報警靈敏度，對一些需特別關(guān)注的危險源，其靈 敏度能夠提得更高。
雖然本實用新型是具體結(jié)合一個優(yōu)選實施例示出和說明的，但熟 悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，其中無論在形式上還是在細(xì)節(jié)上都可 以作出各種改變，這并不背離本實用新型的精神實質(zhì)和專利保護(hù)范 圍。
因此，按照上述的技術(shù)方案，所有計數(shù)式射線(X射線、中子、 帶電粒子)探測系統(tǒng)，釆用雙能窗識別射線源能區(qū)的方案，均屬于本 實用新型的保護(hù)范圍。
并且，按照上述的技術(shù)方案，所有計數(shù)式射線(X射線、中子、 帶電粒子)探測系統(tǒng)，采用有限個(2-10)多能窗來識別射線源能 區(qū)的方案，均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種射線能區(qū)探測系統(tǒng)，包括帶射線能量特性的探測器(1)、電子學(xué)放大器、數(shù)據(jù)采集卡(3)、數(shù)字閾值控制器(4)、控制、測量、計算數(shù)據(jù)庫(5)和射線能區(qū)顯示(6)，其特征在于所述電子學(xué)放大器為數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器(2)。
2、 如權(quán)利要求1所述的射線能區(qū)探測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù) 字雙能窗電子學(xué)放大器(2)包括射線能量信號的數(shù)字線性放大器和 數(shù)字雙能窗閾值設(shè)置電路。
3、 如權(quán)利要求2所述的射線能區(qū)探測系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)字線性放大器包括輸入端Vin、運算放大器(7)、兩個電阻(8、 9) 和數(shù)字電位器(10);所述數(shù)字雙能窗閾值設(shè)置電路包括標(biāo)準(zhǔn)電壓(VCC)、另兩個電阻(ll、 12)、另兩個數(shù)字電位器(13、 14)、兩 個定標(biāo)單元(15、 16)以及兩個輸出端Voutl和Vout2。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的射線能區(qū)探測系統(tǒng)，其特征在于所 述帶射線能量特性的探測器為大面積塑料閃爍體。
專利摘要本實用新型涉及計數(shù)式射線探測儀器開發(fā)制造領(lǐng)域，尤其涉及探測系統(tǒng)中放射性物質(zhì)探測系統(tǒng)。包括帶射線能量特性的探測器、電子學(xué)放大器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字閾值控制器、控制、測量、計算數(shù)據(jù)庫和射線能區(qū)顯示，其中所述電子學(xué)放大器為數(shù)字雙能窗電子學(xué)放大器。本實用新型既保證了系統(tǒng)對放射性物質(zhì)探測的高靈敏特性，又使系統(tǒng)對所探測射線的能量區(qū)域具有識別功能，并且設(shè)計簡單、兼容性好，適應(yīng)范圍廣，不需配復(fù)雜設(shè)備，運行成本低，可以方便地應(yīng)用于各種目的計數(shù)式射線探測系統(tǒng)。
文檔編號G01T1/36GK201004087SQ20062017321
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者朱珈慶, 李建華, 崑 趙, 明 阮 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司