環境γ能譜連續監測系統及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輻射探測領域，具體來說涉及到一種測量環境X、Y輻射的環境Y能譜連續監測系統。
【背景技術】
[0002]環境輻射劑量率監測是環境監測的一個重要方面，通過監測儀實時監測大氣環境中的X、γ射線(以下簡稱射線)輻射劑量率，獲取大氣環境中放射性物質強度的變化情況，監測大氣環境中放射性物質的異常變化，為環境評估及事故報警提供依據。傳統的環境輻射劑量率監測儀主要采用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構簡單、工作性能穩定、使用壽命長，被廣泛用于環境輻射監測領域。但也存在一定的缺點，絕大多數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發出的γ射線能量為60keV左右，而且這部分放射性物質對人的傷害也不容忽視。因此，有必要拓寬環境監測用高氣壓電離室的能量下限，加強對中、低能射線的監測。
[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輻射場測量的結果偏差很大，造成測量結果準確度不夠高、數據可靠性差等缺點。一些結構不合理的探測器，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境監測中的推廣。
[0004]在輻射環境監測網絡建設中，高壓電離室和GM管大量用作連續監測系統的探測裝置，但是這些探測器報警限高，并且無法給出相關核素信息，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生無法進行快速響應。這對于核電站周邊環境監測問題尤為嚴峻，就需要引入能譜型探測器。環保部出臺的“十二五”全國輻射環境監測體系建設實施方案中，則明確提出了對能譜監測系統的需求。目前國內市場上國內/外相關產品較少，且以國外產品為主，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，探測器的發光效率，光電倍增管的增益，放大器的增益，高壓的穩定性等會隨著環境溫度、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境影響而發生漂移。為克服峰漂，需要峰漂校正(穩譜)。常用的峰漂校正方法采用已知能量的參考源(內置放射源、內置LED發光模擬射線、天然本底譜特征峰等)，將參考源的信號選擇出來，通過對計數率的比較，調節放大器或高壓，補償有關變化，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定，達到穩譜的目的。調節放大器或高壓的參數要反復進行，穩譜所需時間長，穩譜精度低。
[0006]另外，內置LED發光模擬射線穩譜，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，而探測器的發光效率變化帶來的峰漂沒有校正，穩譜精度較低；內置放射源穩譜，放射源的使用會帶來監管和安全等一系列問題；天然本底譜特征峰穩譜，由于天然本底變化大，在天然放射性核素含量低的地區，穩譜時間長，甚至無法穩譜。
【發明內容】
[0007]針對上述問題，本發明提供一種用于輻射環境監測用的環境γ能譜連續監測系統及其工作方法，該環境γ能譜連續監測系統內置天然物質自動穩譜，靈敏度高，分辨率好，可靠性好，使用方便，主要用于環境γ空氣吸收劑量率的連續監測，能進行環境中γ核素的分析與識別，可進行半定量核素濃度水平分析。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
環境γ能譜連續監測系統，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的探頭和電子學系統；
所述探頭包括屏蔽外殼、以及安裝于所述屏蔽外殼內的穩譜裝置、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的信號輸入端連接；
所述電子學系統包括放大器、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；所述穩譜裝置包括殼體以及設置于殼體中的穩譜物質。
[0009]進一步的，所述探測元件為NaI (Tl)晶體，所述穩譜物質為含天然放射性核素鉀、鈾、釷的物質。
[0010]進一步的，所述探測元件為LaBr3(Ce)晶體晶體，所述穩譜物質為含天然放射性核素鈾、釷的物質。
[0011 ] 進一步的，所述穩譜物質壓成餅狀，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]所述環境γ能譜連續監測系統的工作方法，包括如下步驟:
首先在特定溫度下，采用多種標準源對環境γ能譜連續監測系統進行能量刻度，取得多道分析器道址(^與γ射線能量Ei的對應關系Ei = f (Ci),并將其存儲于電子學系統中；所述環境γ能譜連續監測系統具有開機穩譜模式和測量模式，工作過程如下:
所述環境γ能譜連續監測系統開機自檢后，運行開機穩譜模式，執行以下動作:
D采集能譜，采集時間為設定的時間t。；
2)在全譜范圍內進行尋峰計算，得到穩譜物質所含天然放射性核素的特征γ射線的峰位Cp;穩譜物質分別為含鉀、鈾、釷的物質時，特征γ射線能量Ε。分別為1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV ；
3)將(；參數存儲在電子學系統的存儲器中；
開機穩譜模式執行完畢后，環境γ能譜連續監測系統進入測量模式，執行以下動作:
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的存儲器中的Cp參數，在Cp左右各η道，即Cp-n至Cp+n范圍內進行尋峰計算，得到穩譜物質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參數存儲在電子學系統的存儲器中，替換上次得到的穩譜物質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射線能量的對應關系Ei= f (Ci),得到Cp道對應的能量Ep;
e)重新對環境γ能譜連續監測系統進行能量刻度，道址(^與γ射線能量Ei的對應關系變SEi = f (Ci)*Ep/E。;
f)在全譜范圍內進行尋峰計算，根據新的道址(^與γ射線能量Ei的對應關系Ei= f(Ci)*Ep/E。，對尋到的峰進行能譜分析及核素識別；根據新的道址(^與γ射線能量Ei的對應關系Ei = f (Ci) *EP/E。，由獲得的能譜計算劑量率；
g)將測量結果存儲于存儲器中，上傳至終端并顯示；
h)重復a-g的動作。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
1、采用非放射源穩譜技術，無需放射源校正，內置穩譜物質(非放射源)自動穩譜，穩譜速度快，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，適合野外監測使用。
[0017]本發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為本發明所述的環境γ能譜連續監測系統的探測器結構示意圖；
圖2為本發明所述的探頭的結構示意圖；
圖3為本發明所述的穩譜裝置的結構示意圖；
圖4為本發明所述的電子學系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例進一步闡述本發明。
[0020]本發明所述的環境γ能譜連續監測系統，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20。
[0021]如圖2所示，所述探頭10包括屏蔽外殼11、穩譜裝置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，所述穩譜裝置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20的信號輸入端連接。
[0022]如圖3所示，所述穩譜裝置12包括殼體120及放置在殼體120中的穩譜物質121，所述穩譜物質121壓成餅狀，置于殼體120中。