基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪及其测试方法

技术领域

本发明涉及放射性污染检测技术领域，尤其是指一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪及其测试方法。

背景技术

在放射性核素的应用与研究场所，存在着放射性污染的可能性，因此，要对潜在的放射性污染区域进行检测，以避免工作人员以及群众受到不必要的辐射伤害。α粒子和β粒子是放射性污染检测中的重要检测对象，它们虽然穿透能力弱，射程短，但是具有较强的电离能力，误入体内时，对人体健康的威胁性极强。

目前，在表面污染检测领域，对α和β两种粒子的测试主要有以下两种方式，第一种是α/β分开测试，第二种是α/β同时测试，其中第二种方式是目前较为优选的方式，此种方式主要是根据α和β分别在不同闪烁体中产生的信号大小不同来辨别α和β，即根据脉冲幅度大小的不同来区分α和β，其缺点是由于电离辐射的随机性和射线入射方向的不确定性等因素，总是会存在α粒子和β粒子所对应的脉冲高度一致或者相差不大的情况，此时就会出现误判的情况，从而导致该方法测试精度低。例如图1所示为使用脉冲幅度甄别得到的甄别效果图，图中红线左侧为β，右侧为α，虽然阈值可以调整，即红线的位置，但是从图中能够看出，不论向左侧移动还是向右侧移动，总有很大误判的部分。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中根据脉冲幅度区分α和β所带来的测试精度低的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪，包括叠层闪烁体探测器、光电转换器件和脉冲形状甄别模块：

所述叠层闪烁体探测器包括沿辐射粒子入射方向依次设置的ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体，所述ZnS(Ag)闪烁体连接所述塑料闪烁体，辐射粒子在所述ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体中沉积能量，发射出不同衰减时间的光脉冲信号；

所述光电转换器件连接所述塑料闪烁体，用于将所述光脉冲信号转换为电脉冲信号；

所述脉冲形状甄别模块连接所述光电转换器件，用于对不同衰减时间的所述电脉冲信号进行脉冲形状甄别处理，实现辐射粒子种类的区分。

在本发明的一个实施例中，所述ZnS(Ag)闪烁体包括ZnS(Ag)涂层，所述ZnS(Ag)涂层的厚度为30um～40um。

在本发明的一个实施例中，所述塑料闪烁体的直径为45～55mm，厚度为0.5～1.5mm。

在本发明的一个实施例中，所述叠层闪烁体探测器包括外壳，所述外壳包裹住连接的ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体。

在本发明的一个实施例中，所述塑料闪烁体与外壳接触的部分设置有光反射涂层。

在本发明的一个实施例中，所述光电转换器件包括光电倍增管，所述光电倍增管的输入端连接所述塑料闪烁体，所述光电倍增管的输出端连接脉冲形状甄别模块。

在本发明的一个实施例中，所述光电倍增管包括读出电路，所述读出电路连接所述光电倍增管，所述读出电路连接所述脉冲形状甄别模块。

在本发明的一个实施例中，还包括高压模块，所述高压模块连接光电倍增管。

此外，本发明还提供一种如上述所述的基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪的测试方法，包括：

辐射粒子在ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体中沉积能量，发射出不同衰减时间的光脉冲信号；

将所述光脉冲信号转换为电脉冲信号；

对不同衰减时间的所述电脉冲信号进行脉冲形状甄别处理，实现辐射粒子种类的区分。

在本发明的一个实施例中，所述对不同衰减时间的所述电脉冲信号进行脉冲形状甄别处理，实现辐射粒子种类的区分包括：

根据辐射粒子的发光衰减时间长短设置长积分和短积分，得到长积分值和短积分值；

根据所述长积分值和短积分值计算PSD，PSD＝(长积分值-短积分值)/长积分值；

基于所述PSD区分辐射粒子的种类。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明采用ZnS(Ag)闪烁体和塑料闪烁体耦合形成叠层闪烁体探测器，能够在不同入射粒子的情况下发射出不同衰减时间的脉冲信号，利用脉冲形状甄别方式进行信号的处理之后，区分不同辐射粒子，实现了同时在线检测α/β表面污染情况，与传统使用脉冲幅度甄别α/β的方式相比，去除了因幅度相近而误判的情况，大大提高了测试精度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术使用脉冲幅度甄别得到的甄别效果图。

图2是本发明实施例一的结构示意图。

图3是本发明实施例二的测试原理图。

图4是本发明实施例二设置的长积分时间和短积分时间的示意图。

图5是本发明实施例二使用脉冲形状甄别得到的甄别效果图。

说明书附图标记说明：11、ZnS(Ag)闪烁体；12、塑料闪烁体；13、外壳；20、光电转换器件；21、读出电路；30、脉冲形状甄别模块；40、高压模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

下面对本发明提供的一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪实施例一进行介绍，参见图2，实施例一包括：

请参见图2所示，一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪，包括叠层闪烁体探测器、光电转换器件20和脉冲形状甄别模块30，辐射粒子在叠层闪烁体探测器中沉积能量，发射出不同衰减时间的光脉冲信号，由光电转换器件20将光脉冲信号转换为电脉冲信号，并利用脉冲形状甄别模块30对不同衰减时间的电脉冲信号进行脉冲形状甄别处理，实现辐射粒子种类的区分。

叠层闪烁体探测器包括沿辐射粒子入射方向依次设置的ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12，ZnS(Ag)闪烁体11连接塑料闪烁体12。优选的，ZnS(Ag)闪烁体11耦合塑料闪烁体12，例如ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12之间涂有光学硅脂EJ-550，通过光学硅脂EJ-550实现两者之间的光耦合。

ZnS(Ag)闪烁体11包括ZnS(Ag)涂层，ZnS(Ag)涂层的厚度为30um～40um，优选的，ZnS(Ag)涂层的厚度为35um。

塑料闪烁体12的直径为45～55mm，厚度为0.5～1.5mm。优选的，塑料闪烁体12的直径为50mm，厚度为1mm。

叠层闪烁体探测器还包括外壳13，外壳13设置有5um的镀铝Mylar膜，该膜的主要作用是避光，且该膜不影响α/β粒子的入射。外壳13包裹住耦合的ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12，塑料闪烁体12与外壳13接触的部分设置有光反射涂层，光反射涂层可以为TiO2涂层，TiO2涂层的作用是用于光反射，增加光的收集效率。

光电转换器件20包括光电倍增管，光电倍增管包括读出电路21，读出电路21和光电倍增管采用直插式连接，其中光电倍增管连接塑料闪烁体12，读出电路21连接脉冲形状甄别模块30，脉冲形状甄别模块30包括集成电路模块DT5730和个人计算机，其通过BNC同轴线连接到光电倍增管的读出电路21，用于脉冲形状甄别。

还包括高压模块40，高压模块40通过SHV高压同轴线连接到光电倍增管，用于为光电倍增管提供工作电压。

下面从叠层闪烁体的制作、α/β表面污染仪的机械组装以及α/β表面污染仪的参数设置三方面对本发明α/β表面污染仪进行详细的阐述。

叠层闪烁体制作：以薄的塑料闪烁体12为基板，将光学胶和硬化剂按照质量比4：1进行混合形成粘合剂，再加入少量丙酮溶解，搅拌至其完全溶解，再将ZnS(Ag)粉末与粘合剂按照质量比3：1进行混合，搅拌均匀形成ZnS(Ag)悬浮液。使用喷笔，将ZnS(Ag)悬浮液均匀的喷涂在塑料闪烁体12基板上，在喷涂时需要注意，每次喷涂后，需要再将ZnS(Ag)悬浮液搅拌均匀，避免沉淀；每喷涂一层后，等待其干燥之后，对其称重或测试厚度，再喷涂下一层，直至ZnS(Ag)涂层的厚度为30um～40um。

机械组装：取制作好的叠层闪烁体，将塑料闪烁体12未喷涂ZnS(Ag)粉末的一面涂抹少量光学硅脂，与光电倍增管耦合，四周涂抹光反射涂层，将其放置在屏蔽外壳13内，前端窗口，需要有避光层，此避光层需要尽可能薄，且具有一定强度，在避光的同时，也不可易损，屏蔽外壳13的后端留有BNC和SHV接口，用于将光电倍增管和脉冲形状甄别模块30相连接。

参数设置：光电倍增管不同，读出电路21不同，或者闪烁体的种类不同，输出脉冲的时间信息也不同，相应的长短门时间也应该取值不同，以得到较好的测试结果。

实施例二

下面对本发明提供的一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪的测试方法实施例二进行介绍，参阅图3至图5，实施例二包括：

请参阅图3至图5所示，一种基于脉冲形状甄别的α/β表面污染仪的测试方法包括以下步骤：

S100、辐射粒子在ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12中沉积能量，发射出不同衰减时间的光脉冲信号。

示例地，ZnS(Ag)闪烁体11对α粒子和β粒子的光衰减时间不同，α粒子在ZnS(Ag)闪烁体11中沉积能量，发光衰减时间在200ns左右，β粒子在ZnS(Ag)闪烁体11中沉积能量，发光衰减时间在10ns左右；β粒子在塑料闪烁体12中的发光衰减时间在10ns之内。

S200、将光脉冲信号转换为电脉冲信号。

S300、对不同衰减时间的电脉冲信号进行脉冲形状甄别处理，实现辐射粒子种类的区分。

示例地，本发明根据α粒子在ZnS(Ag)闪烁体11中的发光衰减时间长，β粒子在ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12中的发光衰减时间短，可设置如图4所示的长积分时间tlong和短积分时间tshort，得到长积分值Qlong和短积分值Qshort，也称其为长短门；PSD＝(Qlong-Qshort)/Qlong。显然，发光衰减时间长的信号PSD大，发光衰减时间短的信号PSD小，对应的则是α粒子的PSD大，β粒子PSD小，据此即可甄别α粒子和β粒子。如图5所示，靠近上方的为α粒子，靠近下方的为β粒子，对于α和β的甄别能力可达100％。

示例地，用于测试的α放射源为Am-241，β放射源为Sr-90，测试效果图如图5所示，测试环境本底对其影响，得到β本底约为1.8cps，α本底约为0。探测效率测试得到β探测效率约为48％，α探测效率约为80％。

上述采用ZnS(Ag)闪烁体11和塑料闪烁体12耦合形成叠层闪烁体探测器，能够在不同入射粒子的情况下发射出不同衰减时间的脉冲信号，利用脉冲形状甄别方式进行信号的处理之后，区分不同辐射粒子，实现了同时在线检测α/β表面污染情况，与传统使用脉冲幅度甄别α/β的方式相比，去除了因幅度相近而误判的情况，大大提高了测试精度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。