通道式辐射测量系统设计

发布时间：2020-05-29 12:17

【摘要】：通道式辐射测量系统是一种应用于矿山、边境、海关进出口以及同位素应用甚至突发场合的快速测量γ射线的系统,系统具有快速检测出通过通道的车辆货物中的放射性物质,并且在环境放射性监测中从变化、涨落的天然辐射本底中区别出天然放射性和人工放射性的特点。通道式辐射测量系统区别于传统的使用γ能谱方法识别和定量分析人工放射性核素,所需的测量装备和资源大大简化,测量时间大大减短,达到毫秒到秒级别,并且,对于高度屏蔽的人工放射源也具有非常高的探测效率。本文立足于成都理工大学和福州智元仪器设备有限公司联合开发项目“通道式辐射测量系统设计”,主要研制基于通道式车载监测系统的γ射线快速测量以及区分天然放射性核素和人工放射性核素的一整套系统。本论文重点研究通道式辐射测量系统的核信号采集处理电路、上位机管理软件的开发以及基于NBR技术的辐射测量识别算法。本论文的主要研究内容可分为以下几个方面:1.通过分析测量需求确定测量方案,完成对探测器的选型。当前技术环境下对γ射线的测量方式较多,可使用的探测器类型也较为丰富。通道式辐射测量系统采用大面积塑料闪烁体探测作为传感器,塑料闪烁体探测器是属于有机闪烁体的一种,相对于谱探测器从结构材质上来说更为结实,而且可以做的足够大面积,有较高的灵敏度,比较适合通道式测量环境。从与γ射线作用方面,γ辐射与有机闪烁体作用时主要发生的是康普顿散射,探测器分辨本领差,对能谱细节不灵敏,通道式辐射测量系统采用的算法即是基于有机闪烁体的此特性进行快速测量识别的。2.本底处理算法以及基于NBR技术的快速识别分析γ射线算法的研究。研究通道式辐射测量的主要难点有两个,一是如何快速识别,目前的γ能谱分析方法耗时太久,不适合通道式测量环境,二是如何区分天然放射性与人工放射性。在实际的测量环境中,自然本底的变化性以及车辆经过通道造成的本底下降都会给测量造成较大的影响。大面积塑料闪烁体与γ射线作用时主要发生的是康普顿散射,对能谱细节不灵敏,对于天然γ射线辐射本底的脉冲分布谱几乎不变,根据此特性,即可形成一种特征参考脉冲幅度分布,从而构成判断有无人工辐射源的参考参数。在实际的测量中,如果测得的此参数明显高于天然本底参数,即可判定有人工γ源存在。参考参数是通过设定甄别阈而测量计算得到的,本系统设计采用两个脉冲幅度能阈。高阈取值为可探测到的人工辐射源的最高γ能量,低能γ发射体只有少数脉冲能够通过高阈,低阈取值尽量低,只要卡住电子学噪声即可。在有人工γ辐射时,高阈以上的计数与有没有辐射源无关,而低阈以上的计数与有无人工辐射源有关。在实际监测中测量此高低阈值上的脉冲积分计数,在无人工放射源时,低阈积分计数率与高阈积分计数率的比值为常数,即为参考参数。将实测的低、高能阈计数率数据计算出比值后,与天然γ辐射参考参数比较。如果与天然γ辐射参数符合,或者在误差范围内符合,那么即可认为无人工γ辐射源,如果两者误差大于设定的最大参考值,那么即可判断有人工辐射源存在。最大参考值的设定理论上是需要通过实验不断纠正确定,恰当的参考值会大大降低误报警率,提高系统的探测效率,经过实验确定误差参考值在20%-30%之间取值。3.探测器信号处理电路的研究设计。大面积塑料闪烁体晶体与γ射线作用后激发出光子,经过光电倍增管的转换倍增后在阳极汇集输出电信号,采用电流灵敏前置放大电路将信号进行放大处理供给后续处理。4.采集器控制模块的研究设计。采集器主要实现信号的采集计数功能,将核信号通过甄别电路进行信号甄别,然后进行脉冲整形,对脉冲进行计数,得到计数率信息。本设计设置了四个采集器,每个采集器一方面从下端的探测器部分采集核信号,进行信号甄别,脉冲成形,脉冲计数,另一方面又与上端的主控模块进行数据通信,既向上传递计数率数据,又接收来自主控模块的甄别阈等参数控制甄别电路。5.主控模块的研究设计。主控器在系统中作为信号的中转控制模块,一方面与四个采集器进行信息数据通信,另一方面与上位机软件进行数据的交互,而且还接收外接的其他设备如速度传感器信号以及控制声光报警、闸机等,主控模块的主要功能就是对接收到的有用信号进行解包分析以及打包传送。6.上位机管理软件的研究设计。上位机软件采用全中文化软件管理系统,在软件的编程中使用模块化设计思路。整个软件系统由串口数据通信模块,数据存储与查看模块,数据实时更新显示模块、视频监控与车牌识别模块,仪器控制模块,报表生成模块,闸机控制与声光报警控制,联网操作功能模块等各个模块构成。综上所述,本论文对通道式辐射测量系统的各个部分做了详细的研究,并在后期使用标准放射源对仪器进行了实验标定校准,在实际的通道式环境测量中完全达到了预期的效果,仪器各项性能指标都完全达到了国家相关标准的要求。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL81

【参考文献】