空气中131I动态平衡监测装置及监测方法与流程

本发明涉及一种¹³¹i的监测装置及方法，尤其涉及一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置及方法。

背景技术：

¹³¹i在国内外广泛应用于甲状腺疾病、嗜络细胞瘤、神经母细胞瘤等疾病的治疗，以及肠道腺癌与内分泌肿瘤，胰腺癌，乳腺癌，肝癌等疾病的诊断。¹³¹i属于高毒性核素，具有易发挥性，在诊断和治疗过程中，容易对周围空气造成污染，从而对医务人员、患者陪护者造成辐射和伤害。现今针对空气中¹³¹i的监测方法，通常采用碘盒或滤纸收集¹³¹i，然后利用γ谱仪对碘盒或滤纸进行能谱测量，从而计算空气中¹³¹i的比活度。然而，这种先富集再测量的方法，需要定期更换碘盒或滤纸，操作复杂，运行成本较高，且无法实现长期无人值守连续测量。由于需要对空气中的¹³¹i进行一段时间的富集后，才能进行测量，在富集过程中¹³¹i的衰变也会影响测量精度。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，结构简单，操作方便，可实现连续监测，无需仪器自动更换滤纸，结构简单，无需人工值守更换碘盒，操作方便，而且可以实现连续监测的空气中¹³¹i动态平衡监测装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置，包括γ能谱测量单元，所述γ能谱测量单元包括依次连接的nai(tl)探测器、前置放大器、数字多道脉冲幅度分析器和上位机，所述nai(tl)探测器用于测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，输出核脉冲信号至前置放大器，经前置放大器放大后送入数字多道脉冲幅度分析器，经数字多道脉冲幅度分析器输出¹³¹i能谱图后送入上位机中，还包括一动态平衡测量腔和一流量控制单元；

所述动态平衡测量腔包括一屏蔽铅盒，所述屏蔽铅盒内相对两侧分别设有一通气支管，两通气支管竖直设置，两端密封，且相对的一面设有数个通气孔，两通气支管分别连通一水平的屏蔽管，所述屏蔽管一端与通气支管连通，另一端穿出屏蔽铅盒并向上90°弯折，形成一进气口和一出气口；nai(tl)探测器和前置放大器位于屏蔽铅盒内，且nai(tl)探测器位于两通气支管正中间；

所述流量控制单元包括真空泵、流量计和流量控制板卡，其中真空泵设置在出气口内，数字流量计设置在进气口内，且真空泵的pwm调速引脚、数字流量计的信号输出端分别与流量控制板卡连接，所述流量控制板卡还与上位机连接；所述流量控制板卡用于读取数字流量计的流量，输出pwm信号调节真空泵流速，并将流量信息上传至上位机。

作为优选：所述屏蔽管从屏蔽铅盒中心处穿出，且穿出处设有密封环，所述nai(tl)探测器采用3英寸的nai(tl)晶体，所述流量控制板卡的芯片采用单片机。

作为优选：所述¹³¹i的半衰期为8.02d，预设空气在屏蔽铅盒内停留的时间为t＝0.2h，为¹³¹i半衰期的千分之一，根据公式v＝s/t，当屏蔽铅盒的体积分别为1m³，2m³，3m³时，空气在屏蔽铅盒内的标准流速分别为5m³/h，10m³/h，15m³/h，其中，v表示空气在屏蔽铅盒内的标准流速，s表示屏蔽铅盒的体积。

一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置的监测方法，包括以下步骤：

(1)建立一空气中¹³¹i动态平衡监测装置并启动，所述空气中¹³¹i动态平衡监测装置中，屏蔽铅盒的体积为s；

(2)在固定时间t内，测量环境本底，得到本底计数率；并标定该测试条件下的¹³¹i的活度浓度刻度曲线；

(3)清空动态平衡测量腔内氮气，使其内部充满被测环境内空气；

(4)在流量控制板卡内预设标准流速，并调节真空泵的实测流速与标准流速相同；其中，标准流速通过公式v＝s/t计算得出，t＝0.2h，s为屏蔽铅盒的体积；

(5)设定测量时间也为t，γ能谱测量单元工作，nai(tl)探测器连续测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，输出核脉冲信号，经前置放大器、数字多道脉冲幅度分析器后送至上位机；

(6)上位机从数字多道脉冲幅度分析器获取¹³¹iγ能谱图，计算¹³¹iγ能谱中的¹³¹i全能峰的计数率，扣除¹³¹i全能峰下的本底计数率，获得¹³¹i全能峰的净峰计数率；

(7)根据步骤(2)中标定的¹³¹i的活度浓度刻度曲线，计算空气中¹³¹i的活度浓度；

(8)数据保存并显示。

作为优选：步骤(2)中，测量环境本底，得到本底计数率具体为：

(21)在进气口处通入氮气，直至动态平衡测量腔内充满氮气；

(22)封住动态平衡测量腔的进气口与出气口，防止受i-131污染的空气进入动态平衡测量腔；

(23)开始测量并持续测量时间t，获得γ能谱为环境本底的γ能谱，并计算¹³¹i全能峰下的本底计数率。

作为优选：步骤(2)中，标定该测试条件下的¹³¹i活度浓度刻度曲线，具体为：

(24)在清洁的动态平衡测量腔中通入¹³¹i活度浓度为c1，c2，…，cn的标记空气样本；

(25)在固定时间t内，探测¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，分别得到¹³¹i全能峰计数率为r1，r2，…，rn，扣除¹³¹i全能峰下的本底计数率，得到净峰计数率r′1，r′2，…，r′n；

(26)建立¹³¹i活度浓度c与计数率r′的关系曲线，即¹³¹i的活度浓度刻度曲线。

作为优选：步骤(3)具体为：

(31)流量计将实测流速以数字信号的形式发送给流量控制板卡；

(32)流量控制板卡将实测流速与目标流速相比较，若速度不同，则输出pwm信号至真空泵的调速引脚，改变真空泵的转速，直至实测流速与目标流速相同。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在γ能谱测量单元的基础上，增加了动态平衡测量腔和一流量控制单元，由流量控制单元进行气体的流速控制，结合i-131半衰期的时间，使气体从进气口进入，在动态平衡测量腔内停留固定的时间，再从出气口中流出，从而实现空气中¹³¹i动态平衡监测。本发明公开的提出的动态平衡监测装置及监测方法，无需提前利用滤纸或滤盒富集空气¹³¹i再测量，可直接测量空气¹³¹i，具有实时监测的能力；无需更换滤纸或者滤盒，可实现无人值守，具有较高的自动化水平；结构简单，操作方便，造价低廉。

动态平衡测量腔中，进气口出气口对称设置，nai(tl)探测器和前置放大器位于屏蔽铅盒内，且nai(tl)探测器位于两通气支管正中间，测试精度高，测试准确，探测到的数据经γ能谱测量单元继续分析后，送入上位机中处理，最终实现连续的动态测量。

本发明的测量方法也非常有效，其中，由于流量控制单元可以将空气以一定的流速输送到动态平衡测量腔中，实现动态测量，所以我们的原理为：

先在固定时间t内，测量环境本底，得到本底计数率；并标定该测试条件下的¹³¹i活度浓度刻度曲线；

再在同样实验条件下，对被测环境空气进行测量，测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，数字化的γ能谱测量单元连接nai(tl)探测器，获取¹³¹i的γ能谱图，上位机连接流量控制单元以及数字化γ能谱测量系统，分析γ能谱，扣除本底，，获得¹³¹i全能峰的净峰计数率；

最后根据标定的¹³¹i活度浓度刻度曲线，计算¹³¹i的活度浓度，显示¹³¹i能谱图以及空气流速信息。

本发明的方法具有结构简单，操作方便，运行成本低廉等优点，可应用于空气中¹³¹i的连续动态监测。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为实施例2中¹³¹i的γ能谱图和本底能谱图的示意图；

图3为实施例3中环境本底能谱图；

图4为实施例3中¹³¹i活度浓度刻度曲线示意图。

图中：1、进气口；2、数字流量计；3、屏蔽管；4、通气支管；5、前置放大器；6、nai(tl)探测器；7、动态平衡测量腔；8、真空泵；9、出气口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1，一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置，包括γ能谱测量单元，所述γ能谱测量单元包括依次连接的nai(tl)探测器6、前置放大器5、数字多道脉冲幅度分析器和上位机，所述nai(tl)探测器6用于测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，输出核脉冲信号至前置放大器5，经前置放大器5放大后送入数字多道脉冲幅度分析器，经数字多道脉冲幅度分析器输出¹³¹i能谱图后送入上位机中，还包括一动态平衡测量腔7和一流量控制单元；

所述动态平衡测量腔7包括一屏蔽铅盒，所述屏蔽铅盒内相对两侧分别设有一通气支管4，两通气支管4竖直设置，两端密封，且相对的一面设有数个通气孔，两通气支管4分别连通一水平的屏蔽管3，所述屏蔽管3一端与通气支管4连通，另一端穿出屏蔽铅盒并向上90°弯折，形成一进气口1和一出气口9；nai(tl)探测器6和前置放大器5位于屏蔽铅盒内，且nai(tl)探测器6位于两通气支管4正中间；

所述流量控制单元包括真空泵8、流量计和流量控制板卡，其中真空泵8设置在出气口9内，数字流量计2设置在进气口1内，且真空泵8的pwm调速引脚、数字流量计2的信号输出端分别与流量控制板卡连接，所述流量控制板卡还与上位机连接；所述流量控制板卡用于读取数字流量计2的流量，输出pwm信号调节真空泵8流速，并将流量信息上传至上位机。

本实施例中：所述屏蔽管3从屏蔽铅盒中心处穿出，且穿出处设有密封环，所述nai(tl)探测器6采用3英寸的nai(tl)晶体，所述流量控制板卡的芯片采用单片机；所述¹³¹i的半衰期为8.02d，预设空气在屏蔽铅盒内停留的时间为t＝0.2h，为¹³¹i半衰期的千分之一，根据公式v＝s/t，当屏蔽铅盒的体积分别为1m³，2m³，3m³时，空气在屏蔽铅盒内的标准流速分别为5m³/h，10m³/h，15m³/h，其中，v表示空气在屏蔽铅盒内的标准流速，s表示屏蔽铅盒的体积。

实施例2：参见图1和图2，本实施例提供了一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置的监测方法，包括以下步骤：

(1)建立一空气中¹³¹i动态平衡监测装置并启动，所述空气中¹³¹i动态平衡监测装置中，屏蔽铅盒的体积为s；其中，空气中¹³¹i动态平衡监测装置的结构与实施例1相同，结构参见图1。

(2)在固定时间t内，测量环境本底，得到本底计数率；并标定该测试条件下的¹³¹i的活度浓度刻度曲线；

步骤(2)中，测量环境本底，得到本底计数率具体为：

(21)在进气口1处通入氮气，直至动态平衡测量腔7内充满氮气；

(22)封住动态平衡测量腔7的进气口1与出气口9，防止受¹³¹i污染的空气进入动态平衡测量腔7；

(23)开始测量并持续测量时间t，获得γ能谱为环境本底的γ能谱，并计算¹³¹i全能峰下的本底计数率。

步骤(2)中，标定该测试条件下的¹³¹i活度浓度刻度曲线，具体为：

(24)在清洁的动态平衡测量腔7中通入¹³¹i活度浓度为c1，c2，…，cn的标记空气样本；

(25)在固定时间t内，探测¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，分别得到¹³¹i全能峰计数率为r1，r2，…，rn，扣除¹³¹i全能峰下的本底计数率，得到净峰计数率r′1，r′2，…，r′n；

(26)建立¹³¹i活度浓度c与计数率r′的关系曲线，即¹³¹i的活度浓度刻度曲线。

(3)清空动态平衡测量腔7内氮气，使其内部充满被测环境内空气，具体为：

(31)流量计将实测流速以数字信号的形式发送给流量控制板卡；

(32)流量控制板卡将实测流速与目标流速相比较，若速度不同，则输出pwm信号至真空泵8的调速引脚，改变真空泵8的转速，直至实测流速与目标流速相同。

(4)在流量控制板卡内预设标准流速，并调节真空泵8的实测流速与标准流速相同；其中，标准流速通过公式v＝s/t计算得出，t＝0.2h，s为屏蔽铅盒的体积。

(5)设定测量时间也为t，γ能谱测量单元工作，nai(tl)探测器6连续测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，输出核脉冲信号，经前置放大器5、数字多道脉冲幅度分析器后送至上位机。

(6)上位机从数字多道脉冲幅度分析器获取¹³¹iγ能谱图，计算¹³¹iγ能谱中的¹³¹i全能峰的计数率，扣除¹³¹i全能峰下的本底计数率，获得¹³¹i全能峰的净峰计数率，具体可参见图2，图2中包括两条曲线，其中，实线表示的是实际测量中¹³¹i的γ能谱图，虚线是本底能谱图，从能谱图中可以得到对应能量范围的计数率，二者相减可以获得¹³¹i全能峰的净峰计数率；

(7)根据步骤(2)中标定的¹³¹i的活度浓度刻度曲线，计算空气中¹³¹i的活度浓度。

(8)数据保存并显示。

实施例3：一种空气中¹³¹i动态平衡监测装置的监测方法，包括以下步骤：

(1)建立一空气中¹³¹i动态平衡监测装置并启动，所述空气中¹³¹i动态平衡监测装置中，屏蔽铅盒的体积为s；其中，t＝0.2h，根据公式v＝s/t，我们预设屏蔽铅盒的体积s为1m³，空气在屏蔽铅盒内的标准流速为5m³/h；同理当屏蔽铅盒的体积分别2m³，3m³时，空气在屏蔽铅盒内的标准流速分别为10m³/h，15m³/h，本实施例s为1m³，标准流速为5m³/h；

(2)在固定时间1小時内，测量环境本底，得到本底计数率，具体可参见图3；并标定该测试条件下的¹³¹i活度浓度刻度曲线，具体可参见图4；

(3)清空动态平衡测量腔7内氮气，使其内部充满被测环境内空气；

(4)本次测量中，s为1m³，标准流速为5m³/h；

(5)设定测量时间也为1小时，γ能谱测量单元工作，nai(tl)探测器6连续测量空气中¹³¹i发射的能量为365kev的特征γ射线，输出核脉冲信号，经前置放大器5、数字多道脉冲幅度分析器后送至上位机；

(6)上位机从数字多道脉冲幅度分析器获取¹³¹i的γ能谱图，计算¹³¹i的γ能谱中的¹³¹i全能峰的计数率，扣除¹³¹i全能峰下的本底计数率，获得¹³¹i全能峰的净峰计数率；

(7)根据¹³¹i活度浓度刻度曲线，计算空气中¹³¹i的活度浓度；

(8)数据保存并显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。