一种移动式放射性碘的监测方法

技术领域

本发明属于放射性碘探测技术领域，具体涉及一种移动式放射性碘的监测方法。

背景技术

现有的放射性碘探测装置由于采用端面进气侧面测量的方式，使得对放射性碘的取样不具代表性，不能真正表征环境中放射性碘的实际情况，并且由于侧面测量探测器与取样盒之间的立体角较小，同时NaI探测器晶体尺寸采用25.4mm×30.8mm，导致NaI探测器对放射性碘的探测效率低，从而导致最小可探测活度较高，也就是说探测下限不能满足于使用要求。另一方面，采用侧面横向测量的方式会使整个探测装置体积和重量增大，对于空间有限的地方不能满足实际使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种移动式放射性碘的监测方法，改变现有侧面测量的方式，采用NaI探测器的探测端伸入至屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，对活性炭碘盒中吸附的放射性碘进行探测，能够提升探测效率和降低探测下限，活性炭碘盒和NaI探测器的探测端晶体采用厚的屏蔽层，探测器后端壳体适应性变薄，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定放射性碘探测器并构建移动式放射性碘装置：利用放射性碘探测器对环境中放射性碘进行探测，并利用就地处理箱对放射性碘探测器探测的放射性碘信号进行就地在线处理，就地处理箱和放射性碘探测器均安装在移动车体上，就地处理箱、放射性碘探测器和移动车体构成移动式放射性碘装置；

所述放射性碘探测器包括屏蔽式探测室和设置在所述屏蔽式探测室内的活性炭碘盒，NaI探测器的探测端伸入至所述屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，所述屏蔽式探测室上与NaI探测器的探测端配合位置处安装有内陷式的气室，NaI探测器的探测端外设置有探测器探测端夹壳，探测器探测端夹壳和气室之间形成气腔，空心螺纹杆的一端伸入至所述屏蔽式探测室内且通过盒托支撑活性炭碘盒，出气管的一端穿过空心螺纹杆和盒托与活性炭碘盒的输出端配合，出气管的另一端上安装有取样泵，进气管的一端穿过屏蔽式探测室和气室伸入至气腔内；

所述NaI探测器的中部外侧设置有探测器中部屏蔽体，NaI探测器的输出端外侧设置有探测器输出端夹壳，探测器输出端夹壳的顶部设置有上盖，探测器输出端夹壳的底部覆盖探测器中部屏蔽体的顶部；

所述NaI探测器包括NaI闪烁体、光电倍增管和前置放大电路板；所述屏蔽式探测室包括探测室和设置在探测室外侧的探测室屏蔽体，探测室内形成探测腔体，盒托和活性炭碘盒位于探测腔体内；

步骤二、确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸：根据活性炭碘盒的横截面形状及尺寸确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸，所述NaI闪烁体的横截面与活性炭碘盒的横截面形状尺寸均相同；

步骤三、确定NaI闪烁体的厚度：固定NaI闪烁体的探测端与活性炭碘盒之间的间隙，在MCNP软件中模拟NaI闪烁体不同厚度下的所述NaI探测器的探测器效率，绘制NaI探测器的探测器效率随NaI闪烁体厚度变化的第一曲线，当第一曲线上曲线斜率位于第一曲线斜率阈值区间内时，确定NaI闪烁体的厚度；

步骤四、确定NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距：确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸和厚度，在MCNP软件中模拟NaI闪烁体与活性炭碘盒之间不同间距下的所述NaI探测器的探测器效率，绘制NaI探测器的探测器效率随NaI闪烁体与活性炭碘盒之间间距变化的第二曲线，根据公式L＝L

步骤五、确定探测室屏蔽体的厚度以及探测器中部屏蔽体的厚度和高度，过程如下：

步骤501、确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸、厚度，以及NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距，在MCNP软件中利用不同厚度的全包式屏蔽体对NaI探测器和活性炭碘盒进行包裹，计算不同厚度的全包式屏蔽体条件下NaI探测器对本底辐射的计数率响应值，绘制NaI探测器对本底辐射的计数率响应值随全包式屏蔽体厚度变化的第三曲线，当第三曲线上曲线斜率位于第三曲线斜率阈值区间内时，确定全包式屏蔽体厚度，并记录第三曲线斜率阈值区间内NaI探测器对本底辐射的当前计数率响应值区间；

步骤502、根据全包式屏蔽体厚度确定探测室屏蔽体和探测器中部屏蔽体的厚度，所述探测室屏蔽体和探测器中部屏蔽体的厚度均等于全包式屏蔽体厚度；

步骤503、固定探测室屏蔽体和探测器中部屏蔽体的厚度，在MCNP软件中模拟探测器中部屏蔽体不同高度下，NaI探测器对本底辐射的计数率响应值，当NaI探测器对本底辐射的计数率响应值位于当前计数率响应值区间内时，确定探测器中部屏蔽体的高度；

步骤六、放射性碘的监测，过程如下：

步骤601、开启取样泵，检测气源通过进气管进入活性炭碘盒，再经出气管输出，活性炭碘盒吸附放射性碘，利用放射性碘探测器对环境中放射性碘进行探测，并利用就地处理箱对放射性碘探测器探测的放射性碘信号进行就地在线处理，获取放射性碘探测器测得的计数率随时间变化的计数率曲线；

步骤602、根据公式

步骤603、根据公式

当ε≥ε

当ε＜ε

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述放射性碘探测器和就地处理箱均安装在安装支架上，安装支架和取样泵均设置在移动车体上。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述探测室屏蔽体外设置有探测室屏蔽体壳。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述探测器中部屏蔽体外侧设置有中部屏蔽体外壳。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述探测器探测端夹壳通过夹壳固定架与探测室屏蔽体壳固定连接，夹壳固定架的顶部封堵探测器中部屏蔽体的底部。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述屏蔽式探测室上设置有供空心螺纹杆的一端伸入的通道，所述空心螺纹杆位于所述屏蔽式探测室内的一端通过轴承与所述通道侧壁转动配合，所述空心螺纹杆位于所述屏蔽式探测室外的一端安装有旋转把手，出气管外设置有与空心螺纹杆内螺纹配合的外螺纹，空心螺纹杆外侧套设有用于封堵所述通道且与空心螺纹杆转动配合的端盖。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述NaI探测器外包裹有探测器外壳。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述前置放大电路板上集成有前置放大电路，所述光电倍增管的信号输出端与前置放大电路的输入端连接；就地处理箱包括箱体、设置在所述箱体内的电子线路板以及设置在所述箱体上的显示器和报警器，所述电子线路板上集成有微控制器和与微控制器输入端连接的信号处理器，信号处理器的输入端连接有放大整形电路，放大整形电路通过线缆与前置放大电路的信号输出端连接。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述第一曲线斜率阈值区间为0～0.1；所述第三曲线斜率阈值区间为-0.1～0。

上述的一种移动式放射性碘的监测方法，其特征在于：所述单位时间采用T表示，且0＜T＜1s。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过将NaI探测器的探测端伸入至所述屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，增大了NaI探测器与活性炭碘盒之间的立体角，实现充分对放射性碘的取样，进而真实的反应环境中放射性碘的实际情况，NaI探测器的探测端伸入至屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，对活性炭碘盒中吸附的放射性碘进行探测，能够提升探测效率和降低探测下限，活性炭碘盒和NaI探测器的探测端晶体位于探测腔体内，采用相对较厚的探测室屏蔽体对活性炭碘盒和NaI探测器的探测端晶体进行抗干扰，探测器后端壳体适应性变薄，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标，便于推广使用。

2、本发明屏蔽式探测室上与NaI探测器的探测端配合位置处安装有内陷式的气室，NaI探测器的探测端外设置有探测器探测端夹壳，探测器探测端夹壳和气室之间形成气腔，进气管的一端穿过屏蔽式探测室和气室伸入至气腔内，气腔为进气管的进气提供了导向，减少检测气体在空间中的衰减，使用效果好。

3、本发明方法步骤简单，根据根据活性炭碘盒的横截面形状及尺寸确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸，保证探测效率的同时不造成资源浪费，MCNP软件确定NaI闪烁体的厚度，以及NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距，采用NaI探测器对本底辐射的计数率响应效果确定探测室屏蔽体的厚度以及探测器中部屏蔽体的厚度和高度，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标，便于推广使用。

综上所述，本发明改变现有侧面测量的方式，采用NaI探测器的探测端伸入至屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，对活性炭碘盒中吸附的放射性碘进行探测，能够提升探测效率和降低探测下限，活性炭碘盒和NaI探测器的探测端晶体采用厚的屏蔽层，探测器后端壳体适应性变薄，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明放射性碘探测器的结构示意图。

图2为本发明移动式放射性碘装置的结构示意图。

图3为本发明的方法流程框图。

附图标记说明:

1—NaI探测器； 2—探测器外壳； 3—探测器探测端夹壳；

4—夹壳固定架； 5—探测器输出端夹壳； 6—上盖；

7—探测器中部屏蔽体； 8—中部屏蔽体外壳； 9—气室；

10—气腔； 11—探测室； 12—探测室屏蔽体；

13—探测室屏蔽体壳； 14—探测腔体； 15—活性炭碘盒；

16—盒托； 17—空心螺纹杆； 18—出气管；

19—旋转把手； 20—端盖； 21—放射性碘探测器；

22—移动车体； 23—安装支架； 24—取样泵；

25—进气管； 26—就地处理箱。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的一种移动式放射性碘的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、确定放射性碘探测器并构建移动式放射性碘装置：利用放射性碘探测器21对环境中放射性碘进行探测，并利用就地处理箱26对放射性碘探测器21探测的放射性碘信号进行就地在线处理，就地处理箱26和放射性碘探测器21均安装在移动车体22上，就地处理箱26、放射性碘探测器21和移动车体22构成移动式放射性碘装置；

所述放射性碘探测器21包括屏蔽式探测室和设置在所述屏蔽式探测室内的活性炭碘盒15，NaI探测器1的探测端伸入至所述屏蔽式探测室内与活性炭碘盒15上下正对配合，所述屏蔽式探测室上与NaI探测器1的探测端配合位置处安装有内陷式的气室9，NaI探测器1的探测端外设置有探测器探测端夹壳3，探测器探测端夹壳3和气室9之间形成气腔10，空心螺纹杆17的一端伸入至所述屏蔽式探测室内且通过盒托16支撑活性炭碘盒15，出气管18的一端穿过空心螺纹杆17和盒托16与活性炭碘盒15的输出端配合，出气管18的另一端上安装有取样泵24，进气管25的一端穿过屏蔽式探测室和气室9伸入至气腔10内；

所述NaI探测器1的中部外侧设置有探测器中部屏蔽体7，NaI探测器1的输出端外侧设置有探测器输出端夹壳5，探测器输出端夹壳5的顶部设置有上盖6，探测器输出端夹壳5的底部覆盖探测器中部屏蔽体7的顶部；

所述NaI探测器1包括NaI闪烁体、光电倍增管和前置放大电路板；所述屏蔽式探测室包括探测室11和设置在探测室11外侧的探测室屏蔽体12，探测室11内形成探测腔体14，盒托16和活性炭碘盒15位于探测腔体14内；

需要说明的是，碘(I)是一种具有多价态的卤素元素(从+7到-1)，碘可以以多种化学形式存在，如有机碘(甲基碘CH

需要说明的是，通过将NaI探测器1的探测端伸入至所述屏蔽式探测室内与活性炭碘盒15上下正对配合，增大了NaI探测器1与活性炭碘盒15之间的立体角，实现充分对放射性碘的取样，进而真实的反应环境中放射性碘的实际情况；NaI探测器1的探测端伸入至屏蔽式探测室内与活性炭碘盒15上下正对配合，对活性炭碘盒15中吸附的放射性碘进行探测，能够提升探测效率和降低探测下限，活性炭碘盒15和NaI探测器1的探测端晶体位于探测腔体14内，采用相对较厚的探测室屏蔽体12对活性炭碘盒15和NaI探测器1的探测端晶体进行抗干扰，探测器后端壳体适应性变薄，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标，屏蔽式探测室上与NaI探测器1的探测端配合位置处安装有内陷式的气室9，NaI探测器1的探测端外设置有探测器探测端夹壳3，探测器探测端夹壳3和气室9之间形成气腔10，进气管25的一端穿过屏蔽式探测室和气室9伸入至气腔10内，气腔10为进气管25的进气提供了导向，气体进气位置位于NaI探测器1的前部，减少检测气体在空间中的衰减，使用效果好。

实际使用时，NaI探测器1为圆柱形结构，探测器探测端夹壳3和气室9为NaI探测器1适配的圆柱形结构，侧面进气口进气，气体在活性炭碘盒15上端的气腔内形成旋转涡流，这种涡流状态可使气体充分进入活性炭碘盒15内活性炭的各个部分，从而使活性炭可充分均匀吸收气体中的放射性碘，在这种状态下活性炭碘盒15内的活性作是均匀的圆柱体放射源，NaI探测器1可以获得最佳的探测效率。

步骤二、确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸：根据活性炭碘盒15的横截面形状及尺寸确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸，所述NaI闪烁体的横截面与活性炭碘盒15的横截面形状尺寸均相同；

步骤三、确定NaI闪烁体的厚度：固定NaI闪烁体的探测端与活性炭碘盒15之间的间隙，在MCNP软件中模拟NaI闪烁体不同厚度下的所述NaI探测器1的探测器效率，绘制NaI探测器1的探测器效率随NaI闪烁体厚度变化的第一曲线，当第一曲线上曲线斜率位于第一曲线斜率阈值区间内时，确定NaI闪烁体的厚度；

需要说明的是，NaI闪烁体厚度越厚，NaI探测器1的探测器效率越高，随着NaI闪烁体厚度加厚，NaI探测器1的探测器效率增长减缓，根据实际装置的大小和NaI探测器1的探测器效率在第一曲线斜率阈值区间内综合考虑确定NaI闪烁体的厚度。

步骤四、确定NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距：确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸和厚度，在MCNP软件中模拟NaI闪烁体与活性炭碘盒之间不同间距下的所述NaI探测器1的探测器效率，绘制NaI探测器1的探测器效率随NaI闪烁体与活性炭碘盒之间间距变化的第二曲线，根据公式L＝L

需要说明的是，NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距越小NaI探测器1的探测器效率越高，考虑设备的安装要求以及进气量大小综合确定气室9位于活性炭碘盒15正上方部位与探测器探测端夹壳3位于活性炭碘盒15正上方部位之间的气腔间隙高度，进而确定NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距。

步骤五、确定探测室屏蔽体的厚度以及探测器中部屏蔽体的厚度和高度，过程如下：

步骤501、确定NaI闪烁体的横截面形状及尺寸、厚度，以及NaI闪烁体与活性炭碘盒之间的间距，在MCNP软件中利用不同厚度的全包式屏蔽体对NaI探测器1和活性炭碘盒15进行包裹，计算不同厚度的全包式屏蔽体条件下NaI探测器1对本底辐射的计数率响应值，绘制NaI探测器1对本底辐射的计数率响应值随全包式屏蔽体厚度变化的第三曲线，当第三曲线上曲线斜率位于第三曲线斜率阈值区间内时，确定全包式屏蔽体厚度，并记录第三曲线斜率阈值区间内NaI探测器1对本底辐射的当前计数率响应值区间；

步骤502、根据全包式屏蔽体厚度确定探测室屏蔽体12和探测器中部屏蔽体7的厚度，所述探测室屏蔽体12和探测器中部屏蔽体7的厚度均等于全包式屏蔽体厚度；

步骤503、固定探测室屏蔽体12和探测器中部屏蔽体7的厚度，在MCNP软件中模拟探测器中部屏蔽体7不同高度下，NaI探测器1对本底辐射的计数率响应值，当NaI探测器1对本底辐射的计数率响应值位于当前计数率响应值区间内时，确定探测器中部屏蔽体7的高度；

需要说明的是，进气管25将带有放射性碘的气源通入至气腔10，气腔10被探测室屏蔽体12和探测器中部屏蔽体7包裹，采用NaI探测器1对本底辐射的计数率响应效果确定探测室屏蔽体的厚度以及探测器中部屏蔽体的厚度和高度，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标。

步骤六、放射性碘的监测，过程如下：

步骤601、开启取样泵24，检测气源通过进气管25进入活性炭碘盒15，再经出气管18输出，活性炭碘盒15吸附放射性碘，利用放射性碘探测器21对环境中放射性碘进行探测，并利用就地处理箱26对放射性碘探测器21探测的放射性碘信号进行就地在线处理，获取放射性碘探测器21测得的计数率随时间变化的计数率曲线；

步骤602、根据公式

步骤603、根据公式

当ε≥ε

当ε＜ε

本实施例中，所述放射性碘探测器21和就地处理箱26均安装在安装支架23上，安装支架23和取样泵24均设置在移动车体22上。

本实施例中，所述探测室屏蔽体12外设置有探测室屏蔽体壳13。

本实施例中，所述探测器中部屏蔽体7外侧设置有中部屏蔽体外壳8。

本实施例中，所述探测器探测端夹壳3通过夹壳固定架4与探测室屏蔽体壳13固定连接，夹壳固定架4的顶部封堵探测器中部屏蔽体7的底部。

本实施例中，所述屏蔽式探测室上设置有供空心螺纹杆17的一端伸入的通道，所述空心螺纹杆17位于所述屏蔽式探测室内的一端通过轴承与所述通道侧壁转动配合，所述空心螺纹杆17位于所述屏蔽式探测室外的一端安装有旋转把手19，出气管18外设置有与空心螺纹杆17内螺纹配合的外螺纹，空心螺纹杆17外侧套设有用于封堵所述通道且与空心螺纹杆17转动配合的端盖20。

本实施例中，所述NaI探测器1外包裹有探测器外壳2。

本实施例中，所述前置放大电路板上集成有前置放大电路，所述光电倍增管的信号输出端与前置放大电路的输入端连接；就地处理箱26包括箱体、设置在所述箱体内的电子线路板以及设置在所述箱体上的显示器和报警器，所述电子线路板上集成有微控制器和与微控制器输入端连接的信号处理器，信号处理器的输入端连接有放大整形电路，放大整形电路通过线缆与前置放大电路的信号输出端连接。

本实施例中，所述前置放大电路为自举式射极输出器。

实际使用中，自举式射极输出器其供电范围宽，输入阻抗大，输出阻抗小，输出线性范围不小于供电电压的80％，频带宽，传输系数大于0.95，作为本探测执行机构的前置电路，是一种较为理想的前置放大电路。

本实施例中，所述信号处理器为单道脉冲幅度分析电路。

实际使用中，单道脉冲幅度分析电路可将放大整形电路放大整形的脉冲信号甄别成形，输出标准信号，便于微控制器识别并通过显示器显示。

本实施例中，所述微控制器为C8051F124微控制器。

本实施例中，所述第一曲线斜率阈值区间为0～0.1；所述第三曲线斜率阈值区间为-0.1～0。

本实施例中，所述单位时间采用T表示，且0＜T＜1s。

本发明使用时，改变现有侧面测量的方式，采用NaI探测器的探测端伸入至屏蔽式探测室内与活性炭碘盒上下正对配合，对活性炭碘盒中吸附的放射性碘进行探测，能够提升探测效率和降低探测下限，活性炭碘盒和NaI探测器的探测端晶体采用厚的屏蔽层，探测器后端壳体适应性变薄，能够实现整个探测装置小型化、轻量化的目标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。