【摘要】：通道式輻射測量系統(tǒng)是一種應用于礦山、邊境、海關進出口以及同位素應用甚至突發(fā)場合的快速測量γ射線的系統(tǒng),系統(tǒng)具有快速檢測出通過通道的車輛貨物中的放射性物質(zhì),并且在環(huán)境放射性監(jiān)測中從變化、漲落的天然輻射本底中區(qū)別出天然放射性和人工放射性的特點。通道式輻射測量系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的使用γ能譜方法識別和定量分析人工放射性核素,所需的測量裝備和資源大大簡化,測量時間大大減短,達到毫秒到秒級別,并且,對于高度屏蔽的人工放射源也具有非常高的探測效率。本文立足于成都理工大學和福州智元儀器設備有限公司聯(lián)合開發(fā)項目“通道式輻射測量系統(tǒng)設計”,主要研制基于通道式車載監(jiān)測系統(tǒng)的γ射線快速測量以及區(qū)分天然放射性核素和人工放射性核素的一整套系統(tǒng)。本論文重點研究通道式輻射測量系統(tǒng)的核信號采集處理電路、上位機管理軟件的開發(fā)以及基于NBR技術的輻射測量識別算法。本論文的主要研究內(nèi)容可分為以下幾個方面:1.通過分析測量需求確定測量方案,完成對探測器的選型。當前技術環(huán)境下對γ射線的測量方式較多,可使用的探測器類型也較為豐富。通道式輻射測量系統(tǒng)采用大面積塑料閃爍體探測作為傳感器,塑料閃爍體探測器是屬于有機閃爍體的一種,相對于譜探測器從結構材質(zhì)上來說更為結實,而且可以做的足夠大面積,有較高的靈敏度,比較適合通道式測量環(huán)境。從與γ射線作用方面,γ輻射與有機閃爍體作用時主要發(fā)生的是康普頓散射,探測器分辨本領差,對能譜細節(jié)不靈敏,通道式輻射測量系統(tǒng)采用的算法即是基于有機閃爍體的此特性進行快速測量識別的。2.本底處理算法以及基于NBR技術的快速識別分析γ射線算法的研究。研究通道式輻射測量的主要難點有兩個,一是如何快速識別,目前的γ能譜分析方法耗時太久,不適合通道式測量環(huán)境,二是如何區(qū)分天然放射性與人工放射性。在實際的測量環(huán)境中,自然本底的變化性以及車輛經(jīng)過通道造成的本底下降都會給測量造成較大的影響。大面積塑料閃爍體與γ射線作用時主要發(fā)生的是康普頓散射,對能譜細節(jié)不靈敏,對于天然γ射線輻射本底的脈沖分布譜幾乎不變,根據(jù)此特性,即可形成一種特征參考脈沖幅度分布,從而構成判斷有無人工輻射源的參考參數(shù)。在實際的測量中,如果測得的此參數(shù)明顯高于天然本底參數(shù),即可判定有人工γ源存在。參考參數(shù)是通過設定甄別閾而測量計算得到的,本系統(tǒng)設計采用兩個脈沖幅度能閾。高閾取值為可探測到的人工輻射源的最高γ能量,低能γ發(fā)射體只有少數(shù)脈沖能夠通過高閾,低閾取值盡量低,只要卡住電子學噪聲即可。在有人工γ輻射時,高閾以上的計數(shù)與有沒有輻射源無關,而低閾以上的計數(shù)與有無人工輻射源有關。在實際監(jiān)測中測量此高低閾值上的脈沖積分計數(shù),在無人工放射源時,低閾積分計數(shù)率與高閾積分計數(shù)率的比值為常數(shù),即為參考參數(shù)。將實測的低、高能閾計數(shù)率數(shù)據(jù)計算出比值后,與天然γ輻射參考參數(shù)比較。如果與天然γ輻射參數(shù)符合,或者在誤差范圍內(nèi)符合,那么即可認為無人工γ輻射源,如果兩者誤差大于設定的最大參考值,那么即可判斷有人工輻射源存在。最大參考值的設定理論上是需要通過實驗不斷糾正確定,恰當?shù)膮⒖贾禃蟠蠼档驼`報警率,提高系統(tǒng)的探測效率,經(jīng)過實驗確定誤差參考值在20%-30%之間取值。3.探測器信號處理電路的研究設計。大面積塑料閃爍體晶體與γ射線作用后激發(fā)出光子,經(jīng)過光電倍增管的轉換倍增后在陽極匯集輸出電信號,采用電流靈敏前置放大電路將信號進行放大處理供給后續(xù)處理。4.采集器控制模塊的研究設計。采集器主要實現(xiàn)信號的采集計數(shù)功能,將核信號通過甄別電路進行信號甄別,然后進行脈沖整形,對脈沖進行計數(shù),得到計數(shù)率信息。本設計設置了四個采集器,每個采集器一方面從下端的探測器部分采集核信號,進行信號甄別,脈沖成形,脈沖計數(shù),另一方面又與上端的主控模塊進行數(shù)據(jù)通信,既向上傳遞計數(shù)率數(shù)據(jù),又接收來自主控模塊的甄別閾等參數(shù)控制甄別電路。5.主控模塊的研究設計。主控器在系統(tǒng)中作為信號的中轉控制模塊,一方面與四個采集器進行信息數(shù)據(jù)通信,另一方面與上位機軟件進行數(shù)據(jù)的交互,而且還接收外接的其他設備如速度傳感器信號以及控制聲光報警、閘機等,主控模塊的主要功能就是對接收到的有用信號進行解包分析以及打包傳送。6.上位機管理軟件的研究設計。上位機軟件采用全中文化軟件管理系統(tǒng),在軟件的編程中使用模塊化設計思路。整個軟件系統(tǒng)由串口數(shù)據(jù)通信模塊,數(shù)據(jù)存儲與查看模塊,數(shù)據(jù)實時更新顯示模塊、視頻監(jiān)控與車牌識別模塊,儀器控制模塊,報表生成模塊,閘機控制與聲光報警控制,聯(lián)網(wǎng)操作功能模塊等各個模塊構成。綜上所述,本論文對通道式輻射測量系統(tǒng)的各個部分做了詳細的研究,并在后期使用標準放射源對儀器進行了實驗標定校準,在實際的通道式環(huán)境測量中完全達到了預期的效果,儀器各項性能指標都完全達到了國家相關標準的要求。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TL81

【參考文獻】

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1 嚴文勛;李建軍;鄭建明;朱金連;封亞輝;程薇;;進口礦產(chǎn)品的放射性遠程監(jiān)測設備及其探測器選擇[J];中國輻射衛(wèi)生;2011年01期

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本文編號：2686917