用于测量放射线的探测器及其灵敏度标定方法

技术领域

本发明涉及放射线探测器技术领域。

背景技术

通常，在反应堆堆外使用放射线探测器实时监测反应堆启堆、功率运行、停堆以及设计基准事故工况下的反应堆功率，并输出实时功率水平及功率变化率信号用于反应堆保护，对反应堆安全运行具有重要作用。在首次启堆等工况下，环境中的放射线辐射场极其微弱，为进行有效的监测，需要大幅提高探测器的灵敏度。

在放射线探测领域，经常将多个探测器组合成阵列，构建组合型探测器进行测量，以提高探测范围和探测灵敏度。由于各个探测器之间对放射线的遮挡、屏蔽效应、以及使用并联分压支路对多个探测器施加电压时产生的电压偏差等多种因素的影响，组合式探测器的灵敏度并非单个探测器之和。为使组合式探测器的灵敏度能达到较高水平，需要对组合探测器系统进行调试(标定)，减小各种影响因素。

专利文献CN104820233A公开了闪烁体阵列结构及应用该闪烁体阵列结构的中子探测器，该文献描述了中子探测器的结构和工作模式，并未说明标定方法。

专利文献CN202210182456.9公开一种光电探测器阵列的标定方法及其系统，其中对光电探测器阵列的性能进行了标定，并获取了子探测器的响应矩阵，但其对象为光电探测器，且采取的手段为通过阳光进行标定，探测器之间不存在自屏蔽效应以及分压效应。

如上所述，现有技术中，将组合探测器作为一个整体，考察整个探测器的总输出，分析组合探测器多个性能参数的总体效应，对于探测器阵列中的各个子探测器的性能参数没有进行精细化分析，无法充分挖掘探测器潜力。而且，经过标定一旦发现探测器性能不满足要求，需要重新进行探测器设计，比如修改探测器数目、布局等参数，周期长，成本高，效率低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于测量放射线的探测器及其灵敏度标定方法，能够消除分压及屏蔽效应对探测器性能的影响，获得较高探测性能。

本发明第一方面提供一种用于测量放射线的探测器的灵敏度标定方法，探测器包括多个子探测器，每个子探测器具有预定设置位置，标定方法包括以下步骤：

步骤S1，在放射线辐射场中，依次将每个子探测器单独设置在每个子探测器的预定设置位置，测量每个子探测器的坪曲线的坪区电压范围U(i，min)～U(i，max)，以及每个子探测器的最佳工作电压U(i，rec)对应的信号值N(i，rec)，这里i＝1，2，3，...M，M为子探测器的数目；

步骤S2，将所有子探测器置于其预定设置位置，并对探测器施加电压，测量各个子探测器的工作电压U(i，com)，并调整探测器的电压，使各个子探测器的工作电压U(i，com)处于其坪区电压范围U(i，min)～U(i，max)，得到各个子探测器的电压状态S

步骤S3，在放射线辐射场中，测量探测器的所有子探测器的输出信号之和N

N

＝a

其中，

a

步骤S4，改变探测器的状态P次，得到P个不同的探测器状态j，j＝1,2,3…P，在每个所述探测器状态j下，执行步骤S2和S3，测量每个子探测器的电压状态S

优选地，在步骤S4中，P＝M-1，在(M-1)次测量中，每次得到所有子探测器的输出信号之和N

N

N

＝a

将获取的N

求解该方程式，得到a

优选地，在步骤S1中，对坪曲线进行归一化，以施加在各个子探测器的电压V为横坐标，电压V对应的信号值N(i，V)与该子探测器的最佳工作电压U(i，rec)对应的信号值N(i，rec)的比值N(i，V)/N(i，rec)×100％为纵坐标，得到每个子探测器的百分比信号输出的坪曲线。

优选地，在步骤S4中，改变探测器的状态时，各子探测器的预定设置位置以及放射线辐射场保持不变。

优选地，利用得到的S

本发明第二方面提供一种用于测量放射线的探测器，其利用本发明第一方面提供的标定方法进行标定。

根据本发明的探测器及标定方法，测量各个子探测器的坪特性曲线，能够精确获取子探测器在组合探测器中由于分压造成的减益状态。通过改变组合探测器的状态，可以获得关于子探测器相互屏蔽效应参数的多元一次方程，结合已获得的探测器分压造成的减益状态参数，可精确获取相互屏蔽效应对子探测器造成的减益，从而将探测器分压造成的减益和子探测器的相互屏蔽效应造成的减益进行解耦，能够定量确定分压偏移和屏蔽效应对组合探测器性能的影响，从而能够大大提高组合探测器灵敏度等性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所使用的附图作简单介绍。

图1为本发明一个具体实施例的探测器位于放射线辐射场内的示意图；

图2为本发明一个具体实施例的探测器的标定方法的流程图；

图3为本发明一个具体实施例的测量子探测器坪特性曲线的流程图；

图4为本发明一个具体实施例中一个子探测器安装于预定设置位置的示意图；

图5为本发明一个具体实施例的子探测器的坪特性曲线；

图6为本发明一个具体实施例的归一化后的坪曲线；

图7为本发明一个具体实施例的工作电压处于其坪区电压范围的百分比信号输出的坪曲线。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

图1为本发明一个具体实施例的探测器100位于放射线辐射场内的示意图。

如图1所示，探测器100是由多个子探测器1构成的探测器阵列(也称为组合探测器)，各子探测器1安装在特制的支撑架2上(做探测器测试时，也可以称为“测试工装”2)。探测以及测试过程中，各个子探测器1的空间位置是固定的。

探测器100位于放射线辐射场3中，对放射线进行探测。本实施例中，作为一例，中子源4产生放射线辐射场3，探测器100为中子探测器。

探测器100中的子探测器1的数目可以根据测量要求等因素确定。图1中，探测器100包含10个子探测器1。

在进行正式测量前，需要对探测器100进行调试(标定)，以使探测器100处于最佳工作状态。测量极弱辐射场时，探测器100应当具有足够高的探测灵敏度，因此需要对探测器100进行调试(标定)，以使探测器100的灵敏度尽可能高。

图2为本发明一个具体实施例的探测器100的标定方法的流程图。

如图2所示，本实施例的探测器100的标定方法包括以下步骤。

步骤S1，依次将每个子探测器1单独设置在测试工装2上每个子探测器1的预定安装位置，在放射线辐射场3中，单独测量每个子探测器1的坪特性曲线，确定每个子探测器1的坪曲线的坪区电压范围，以及探测器制造厂家推荐的子探测器1的最佳工作电压下各个子探测器1测到的信号值。

步骤S2，将所有子探测器1设置在测试工装2上各个子探测器1的预定安装位置，组成组合探测器100(探测器阵列)，对组合探测器100施加电压，并测量各个子探测器1的实际工作电压，如果子探测器1的工作电压不在其坪曲线的坪区电压范围内，则调整组合探测器100的电压，使各个子探测器1的工作电压处于其坪区电压范围内，根据各个子探测器1的实际工作电压以及该电压下的信号值、最佳工作电压以及该电压下的信号值，确定各个子探测器1的电压偏差状态。

步骤S3，在放射线辐射场3中，测量组合探测器100的总的输出信号，该输出信号与各个子探测器1的输出信号、电压偏差状态参数、子探测器相互屏蔽效应参数满足一定的关系式。

步骤S4，改变组合探测器100的状态，得到不同的探测器状态，在不同的探测器状态下，执行步骤S2和S3，测量组合探测器100的总的输出信号、以及每个子探测器1的电压偏差状态参数。

如此多次循环，得到多个测量结果，根据该多个测量结果，计算得到表征子探测器相互屏蔽效应的参数。

以下详细说明本实施例的探测器标定方法。

首先说明步骤S1。

图3为本发明一个具体实施例的测量子探测器1坪特性曲线的流程图。

如图3所示，步骤S1具体包括以下步骤。

步骤S11，将一个子探测器1置于测试工装2上该子探测器的预定设置位置21。

图4为本发明一个具体实施例中一个子探测器1安装于预定设置位置21的示意图。

将一个子探测器1安装于测试工装2上的预定设置位置21，测试工装2的其余位置不安装子探测器。假定子探测器数目为M，子探测器1的编号i为1至M。图4中，安装于测试工装2上的子探测器1为从上到下第二根(i＝2)，并连接该子探测器1的电源，使该子探测器1处于工作状态，随后解除中子源4的屏蔽，使该子探测器1处于放射线辐射场3中。

步骤S12，调节该子探测器1(i＝2)的电压V，并记录不同电压V下，子探测器1(i＝2)输出的信号值N(i,V)，绘制出信号值随子探测器1(i＝2)的电压V变化的坪特性曲线。

图5为本发明一个具体实施例的子探测器1的坪特性曲线。

图5中，横坐标为施加在子探测器1(i＝2)上的电压V，纵坐标为电压V下子探测器1(i＝2)测到的信号值N(i,V)，图5中，信号值N(i,V)的类型以计数率cps(counts persecond,每秒测到的粒子数)为例。

图5中，电压U(i,min)下的信号值为N(i,min)，电压U(i,max)下的信号值为N(i,max)，变化不大，呈现一个缓慢变化的区域，该区域称为该子探测器1的“坪区”，U(i,min)为坪区的最小电压值，U(i,max)为坪区的最大电压值。

图5中，U(i,rec)为子探测器1(i＝2)的最佳工作电压，通常为探测器制造厂家提供的推荐工作电压值，也可以由探测器使用者自行测量确定。电压U(i,rec)下的信号值为N(i,rec)。

步骤S13，将图5中的坪曲线归一化。

图6为本发明一个具体实施例的归一化后的坪曲线。

关于图5中的坪曲线，将各电压V下的信号值N(i,V)除以最佳工作电压U(i,rec)下的信号值N(i,rec)，得到图6中的归一化坪曲线。即，图6中纵坐标为电压V下的信号值N(i，V)与最佳工作电压U(i，rec)下的信号值N(i，rec)的比值N(i，V)/N(i，rec)×100％，因此图6的归一化坪曲线也称为百分比信号输出坪曲线。图6中，子探测器1的工作电压U(i，com)为最佳工作电压U(i，rec)时，纵坐标的值为100％，当子探测器1的工作电压U(i，com)偏离最佳工作电压U(i，rec)时，纵坐标的值偏离100％。所以，图6的百分比信号输出坪曲线表征子探测器1的工作电压U(i，com)相对于最佳工作电压的变化对子探测器1的信号值的影响。

步骤S14，更换子探测器1，将另一子探测器1置于测试工装2上的预定安装位置21，测试工装2上的其他位置不设置子探测器1。重复步骤S11至S13，获得该另一子探测器1的坪曲线。

如此循环，使子探测器编号i取值1至M，循环执行步骤S11至S1 3共M次，获得所有M个子探测器1的坪曲线的坪区电压范围U(i，min)～U(i，max)，每个子探测器的最佳工作电压U(i，rec)下的信号值N(i，rec)，以及每个子探测器1的百分比信号输出坪曲线。

以下详细说明步骤2。

如上所述，在步骤S2中，将所有子探测器1设置在测试工装2上各个子探测器1的预定设置位置21，组成组合探测器100(探测器阵列)。对组合探测器100施加电压，采用电压测试装置测量各个子探测器1的实际工作电压U(i，com)，若子探测器1的实际工作电压U(i，com)不处于其坪区电压范围U(i，min)～U(i，max)，则调整组合探测器100的电压，使各个子探测器1的工作电压U(i，com)均处于其坪区电压范围U(i，min)～U(i，max)，并记录此时所有子探测器1的工作电压U(i，com)，i＝1，2，3…M。

利用图6的子探测器1的归一化百分比信号输出坪曲线，当横坐标的值为子探测器1的实际工作电压U(i，com)时，百分比信号输出坪曲线上的点的纵坐标的值为N(i，com)/N(i，rec)×100％，该值N(i，com)/N(i，rec)×100％反映子探测器1的实际工作电压U(i，com)相对于最佳工作电压的变化对子探测器1的信号值的影响，这里将其记为该子探测器1的电压状态S

S

N(i，com)为第i个子探测器在工作电压U(i，com)下测得的信号值。电压状态S

利用以上方法，获取所有子探测器1的电压状态S

图7显示本发明一个具体实施例中利用百分比信号输出坪曲线确定子探测器1的电压状态S

如图7所示，当横坐标的值为子探测器1的实际工作电压U(i，com)时，百分比信号输出坪曲线上的点的纵坐标的值为N(i，com)/N(i，rec)×100％，因此获得该子探测器1的电压状态S

以下详细说明步骤3。

获取所有子探测器1在探测器状态0下的电压状态S

在步骤S3中，用组合探测器100测量中子源4的放射线辐射场3，记录组合探测器100的总输出信号N

N

＝a

式(1)中，

a

S

如式(1)所示，组合探测器100的总的输出信号N

在式(1)中，a

式(1)中，只有参数a

以下详细说明步骤4。

在步骤S4中，在不改变各个子探测器1的安装位置，中子源4的位置，和放射线辐射场3的状态的前提下，改变探测器100的工作参数，使得探测器100的状态与探测器状态0不同，记为探测器状态1。

在探测器状态1下，再次执行步骤S2，获取所有子探测器1的电压状态S

N

＝a

式(2)中，

a

S

由此，得到探测器状态1下的探测器100的总输出信号N

如此多次改变探测器100的状态，比如，改变P次，得到P个不同的探测器状态j，j＝1，2，3…P。根据实际需要，循环次数P可以等于子探测器1的数目M，也可以小于子探测器1的数目M，也可以大于子探测器1的数目M。

在每个探测器状态j下，执行步骤S2和S3，测量每个子探测器1的电压状态S

N

＝a

作为一个实施例，循环次数P＝M-1，即改变探测器100的状态M-1次，结合探测器状态0，共得到M个不同的探测器状态，从而得到M个关系式(3)，由于S

将获取的式(1)、式(2)、式(3)等M个N

方程式(4)为M元一次方程组，求解该方程式(4)，得到a

如上，通过步骤S2～S4，可以获得子探测器1的电压状态对每个子探测器1的输出信号的影响S

利用得到的S

本发明还提供一种用于测量放射线的探测器100，其利用上述的标定方法进行标定，能达到较高灵敏度，具有较好的探测性能。

本发明的标定方法中，测量各个子探测器1的坪特性曲线，精确获取子探测器1在组合探测器100中由于分压造成的信号输出的改变。通过改变组合探测器100的状态，获得子探测器1相互屏蔽效应参数a

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。