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環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法

文檔序號:8281389閱讀:908來源:國知局
環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射探測領域,具體來說涉及到一種測量環(huán)境X、Y輻射的環(huán)境Y能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境輻射劑量率監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測的一個重要方面,通過監(jiān)測儀實時監(jiān)測大氣環(huán)境中的X、γ射線(以下簡稱射線)輻射劑量率,獲取大氣環(huán)境中放射性物質(zhì)強度的變化情況,監(jiān)測大氣環(huán)境中放射性物質(zhì)的異常變化,為環(huán)境評估及事故報警提供依據(jù)。傳統(tǒng)的環(huán)境輻射劑量率監(jiān)測儀主要采用GM管及高氣壓電離室兩種類型的核輻射探測器。其中,GM管因為使用壽命較短、統(tǒng)計漲落大,很少作為精確測量儀表使用。高氣壓電離室由于結(jié)構(gòu)簡單、工作性能穩(wěn)定、使用壽命長,被廣泛用于環(huán)境輻射監(jiān)測領域。但也存在一定的缺點,絕大多數(shù)高氣壓電離室均采用不銹鋼材料制作,電離室壁材料對低能射線阻擋非常嚴重,導致探測器可測量到的射線能量下限非常高,從而降低了電離室對低能射線的響應。通常不銹鋼電離室的射線能量測量下限在SOkeV左右,而一些常見的放射性核素如241Am發(fā)出的γ射線能量為60keV左右,而且這部分放射性物質(zhì)對人的傷害也不容忽視。因此,有必要拓寬環(huán)境監(jiān)測用高氣壓電離室的能量下限,加強對中、低能射線的監(jiān)測。
[0003]采用不銹鋼材料制作的高氣壓電離室還存在能量響應線性差的缺點,對相同輻射劑量率、不同能量的γ輻射場測量的結(jié)果偏差很大,造成測量結(jié)果準確度不夠高、數(shù)據(jù)可靠性差等缺點。一些結(jié)構(gòu)不合理的探測器,還存在各向同性差、電磁兼容性差等缺點,從而限制了高氣壓電離室在環(huán)境監(jiān)測中的推廣。
[0004]在輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設中,高壓電離室和GM管大量用作連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的探測裝置,但是這些探測器報警限高,并且無法給出相關(guān)核素信息,更無法給出是哪種核素的深度升高導致的劑量率升高,因此對于核事故的發(fā)生無法進行快速響應。這對于核電站周邊環(huán)境監(jiān)測問題尤為嚴峻,就需要引入能譜型探測器。環(huán)保部出臺的“十二五”全國輻射環(huán)境監(jiān)測體系建設實施方案中,則明確提出了對能譜監(jiān)測系統(tǒng)的需求。目前國內(nèi)市場上國內(nèi)/外相關(guān)產(chǎn)品較少,且以國外產(chǎn)品為主,探測器基本采用采用3〃Χ3〃的碘化鈉晶體探測器。
[0005]能譜儀在使用過程中,探測器的發(fā)光效率,光電倍增管的增益,放大器的增益,高壓的穩(wěn)定性等會隨著環(huán)境溫度、溫度的改變而變化,能譜儀測得的能譜形狀及峰位會受到環(huán)境影響而發(fā)生漂移。為克服峰漂,需要峰漂校正(穩(wěn)譜)。常用的峰漂校正方法采用已知能量的參考源(內(nèi)置放射源、內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線、天然本底譜特征峰等),將參考源的信號選擇出來,通過對計數(shù)率的比較,調(diào)節(jié)放大器或高壓,補償有關(guān)變化,使參考源給出的信號幅度不變,從而使被測信號幅度也可穩(wěn)定,達到穩(wěn)譜的目的。調(diào)節(jié)放大器或高壓的參數(shù)要反復進行,穩(wěn)譜所需時間長,穩(wěn)譜精度低。
[0006]另外,內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線穩(wěn)譜,只能補償光電倍增管的增益,放大器的增益,高壓變化帶來的峰漂,而探測器的發(fā)光效率變化帶來的峰漂沒有校正,穩(wěn)譜精度較低;內(nèi)置放射源穩(wěn)譜,放射源的使用會帶來監(jiān)管和安全等一系列問題;天然本底譜特征峰穩(wěn)譜,由于天然本底變化大,在天然放射性核素含量低的地區(qū),穩(wěn)譜時間長,甚至無法穩(wěn)譜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題,本發(fā)明提供一種用于輻射環(huán)境監(jiān)測用的環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及其工作方法,該環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)置天然物質(zhì)自動穩(wěn)譜,靈敏度高,分辨率好,可靠性好,使用方便,主要用于環(huán)境γ空氣吸收劑量率的連續(xù)監(jiān)測,能進行環(huán)境中γ核素的分析與識別,可進行半定量核素濃度水平分析。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),包括用于探測射線的探測器及用于顯示和控制的終端,所述探測器包括外殼、以及設置在所述外殼內(nèi)的探頭和電子學系統(tǒng);
所述探頭包括屏蔽外殼、以及安裝于所述屏蔽外殼內(nèi)的穩(wěn)譜裝置、探測元件、光導元件、光電倍增管和前置放大電路;所述穩(wěn)譜裝置位于所述探測元件前端,所述探測元件、光導元件、光電倍增管和前置放大電路設置依次互相連接,所述前置放大電路的輸出端與所述電子學系統(tǒng)的信號輸入端連接;
所述電子學系統(tǒng)包括放大器、多道分析器、控制器、存儲器、高壓電源和低壓電源,所述放大器的信號輸入端與所述探頭的信號輸出端連接,所述探頭經(jīng)放大器的輸出端依次連接多道分析器和控制器,所述控制器與存儲器連接,所述高壓電源與所述探測器連接,所述控制器還與所述終端連接,對所述終端的操作作出相應響應;
所述探測元件為NaI (Tl)晶體或LaBr3(Ce)晶體中的一種;所述穩(wěn)譜裝置包括殼體以及設置于殼體中的穩(wěn)譜物質(zhì)。
[0009]進一步的,所述探測元件為NaI (Tl)晶體,所述穩(wěn)譜物質(zhì)為含天然放射性核素鉀、鈾、釷的物質(zhì)。
[0010]進一步的,所述探測元件為LaBr3(Ce)晶體晶體,所述穩(wěn)譜物質(zhì)為含天然放射性核素鈾、釷的物質(zhì)。
[0011 ] 進一步的,所述穩(wěn)譜物質(zhì)壓成餅狀,放置于所述殼體中。
[0012]進一步的,所述低壓電源分別與探頭、放大器、多道分析器、控制器、存儲器和高壓電源連接。
[0013]所述環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法,包括如下步驟:
首先在特定溫度下,采用多種標準源對環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)進行能量刻度,取得多道分析器道址(^與γ射線能量Ei的對應關(guān)系Ei = f (Ci),并將其存儲于電子學系統(tǒng)中;所述環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)具有開機穩(wěn)譜模式和測量模式,工作過程如下:
所述環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)開機自檢后,運行開機穩(wěn)譜模式,執(zhí)行以下動作:
D采集能譜,采集時間為設定的時間t。;
2)在全譜范圍內(nèi)進行尋峰計算,得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征γ射線的峰位Cp;穩(wěn)譜物質(zhì)分別為含鉀、鈾、釷的物質(zhì)時,特征γ射線能量Ε。分別為1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV ;
3)將(;參數(shù)存儲在電子學系統(tǒng)的存儲器中;
開機穩(wěn)譜模式執(zhí)行完畢后,環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)進入測量模式,執(zhí)行以下動作:
a)采集能譜,采集時間為設定的測量時間tm; b)能譜采集完成后,然后讀取存儲在電子學系統(tǒng)的存儲器中的Cp參數(shù),在Cp左右各η道,即Cp-n至Cp+n范圍內(nèi)進行尋峰計算,得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征γ射線的新的峰位Cp’ ;
c)令(;=(;’,將Cp參數(shù)存儲在電子學系統(tǒng)的存儲器中,替換上次得到的穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征γ射線的峰位cp;
d)在存儲器中讀取預置的道址與對應的γ射線能量的對應關(guān)系Ei= f (Ci),得到Cp道對應的能量Ep;
e)重新對環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)進行能量刻度,道址(^與γ射線能量Ei的對應關(guān)系變SEi = f (Ci)*Ep/E。;
f)在全譜范圍內(nèi)進行尋峰計算,根據(jù)新的道址(^與γ射線能量Ei的對應關(guān)系Ei= f(Ci)*Ep/E。,對尋到的峰進行能譜分析及核素識別;根據(jù)新的道址(^與γ射線能量Ei的對應關(guān)系Ei = f (Ci) *EP/E。,由獲得的能譜計算劑量率;
g)將測量結(jié)果存儲于存儲器中,上傳至終端并顯示;
h)重復a-g的動作。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果如下:
1、采用非放射源穩(wěn)譜技術(shù),無需放射源校正,內(nèi)置穩(wěn)譜物質(zhì)(非放射源)自動穩(wěn)譜,穩(wěn)譜速度快,精度高,使用安全方便。
[0015]2、采用NaI (Tl)晶體或LaBr3(Ce)晶體探測器,靈敏度遠高于現(xiàn)有的高氣壓電離室及GM管,不但可測量劑量率,還可以進行能譜測量及核素分析,給出相關(guān)核素信息。尤其是LaBr3 (Ce)晶體探測器,比起NaI (Tl)晶體探測器,靈敏度更高,分辨率更好,測量結(jié)果更加準確。
[0016]3、探測器采用高可靠性設計,防鹽霧、防腐蝕、防風沙、防霉變、防震動、沖擊等,適合野外監(jiān)測使用。
[0017]本發(fā)明的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的探測器結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明所述的探頭的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明所述的穩(wěn)譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為本發(fā)明所述的電子學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解,下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明所述的環(huán)境γ能譜連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),包括用于探測射線的探測器及用于顯示和控制的終端。如圖1所示,所述探測器,包括外殼30,以及設置在外殼30中的探頭10和電子學系統(tǒng)20。
[0021]如圖2所示,所述探頭10包括屏蔽外殼11、穩(wěn)譜裝置12、探測元件13、光導元件14、光電倍增管15和前置放大電路16 ;所述穩(wěn)譜裝置12、探測元件13、光導元件14、光電倍增管15和前置放大電路16設置在所述屏蔽外殼11內(nèi),所述穩(wěn)譜裝置12置于所述探測元件13前端,所述探測元件13、光導元件14、光電倍增管15和前置放大電路16設置依次互相連接,所述前置放大電路16的輸出端與所述電子學系統(tǒng)20的信號輸入端連接。
[0022]如圖3所示,所述穩(wěn)譜裝置12包括殼體120及放置在殼體120中的穩(wěn)譜物質(zhì)121,所述穩(wěn)譜物質(zhì)121壓成餅狀,置于殼體120中。
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