一种抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于辐射探测与防护领域，具体涉及一种抑制γ干扰的低能β核素表面 污染探测系统和方法。
【背景技术】
[0002] 在生产或应用H-3、Ni-63等低能β放射性核素的核设施和实验室，需要定期对 放射性表面污染水平进行探测。适合探测低能β核素(能量小于IOOkeV)的表面污染的探 测技术包括电离室、闪烁体、正比计数器和PIN二极管等，商用便携式低能β核素污染探测 仪中探测器采用流气式无窗正比计数器的最为普遍，如美国Overhoff公司的Flat Ferret 系列，中国工程物理研究院的JE系列。这一类型的探测器具有探测效率高，使用维护成本 低等优点。由于β粒子的能量是连续谱，γ光子与探测器作用产生的次级电子能谱与β 粒子能谱有重叠的区域，使用能量甄别的方法不能区分能量与β能谱重叠的γ射线次 级电子，因此商用基于正比计数器的低能β探测系统本底较高，同时容易受到γ射线干 扰。美国专利数据库公开了一项名称为《Tritium monitor with imporoved gamma-ray discrimination》（专利号：4, 504, 737)的发明专利，利用气态氣氧化物和γ射线在探测 器中产生信号的时间特征对二者进行甄别，其适用的测量对象为气态氚。中国专利文献数 据库公开的一项发明专利名称为《氚表面污染测量仪和氚表面污染监测方法》（专利号： CN100445764C)，使用流气式正比计数器测量氚表面污染，其中不包含抑制γ射线干扰的 功能。上述专利均不涉及抑制低能β核素表面污染探测中γ干扰的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的一个技术问题是提供一种抑制γ干扰的低能β核素表面污染探 测系统，本发明要解决的另一个技术问题是提供一种抑制γ干扰的低能β核素表面污染 探测系统的信号处理方法。
[0004] 本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统，由探测器和信号处理单 元组成，其特点是，探测器包括阴极平面、气嘴、阳极丝平面、阴极入射窗；信号处理单元包 括高压电容；低能β射线由所述的阴极入射窗进入探测器，γ干扰产生的次级电子径迹起 源于所述的阴极平面；所述的阳极丝平面通过高压电容与信号处理单元相连；工作气体由 所述的气嘴通入探测器；所述的阳极丝平面与阴极入射窗的距离L2大于阳极丝平面与阴 极平面的距离Ll ;所述的信号处理单元利用低能β射线感生信号上升时间大于γ干扰次 级电子径迹感生信号上升时间的特征进行脉冲甄别。
[0005] 所述的工作气体为氩气和甲烷混合气体，氩气体积大于或等于50%，优选方案是氩 气体积为90%。
[0006] 本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统的信号处理方法，包括以 下步骤： a.由所述的阳极丝平面引出感生电流信号，感生电流信号中包括低能β射线感生信 号和γ干扰产生的次级电子径迹感生信号； b.对步骤a的感生信号进行积分并放大产生脉冲信号； C.对步骤b的脉冲信号使用延迟线成型技术进行滤波成型，产生滤波成型脉冲信号； d. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值90%处，产生一个定时信号A ; e. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值10%处，产生一个定时信号B ; f. 如定时信号B在定时信号A脉冲结束后出现，即认为探测器输出的是低能β射线信 号，否则为γ干扰产生的次级电子径迹信号； g. 对低能β射线信号予以记录。
[0007] 本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统的信号处理方法，利用低 能β粒子在探测器中的电离径迹位置与γ光子次级电子在探测器中电离径迹位置的差异 所导致的探测器中输出电流时间特性的差异，可以去除γ射线次级电子对应的信号，能够 降低探测器本底计数约1个数量级，适合在γ辐射场较强的特定场所使用。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统结构示意图； 图2为本发明的探测系统的信号处理方法的硬件组成框图； 图3为本发明的探测系统的信号处理流程图； 图4为本发明的探测系统对不同核素输出信号的上升时间特征图； 图中，1.探测器2.信号处理单元 3.阴极平面 4. γ干扰产生的次级电子径 迹 5.气嘴 6.阳极丝平面7.低能β射线8.阴极入射窗9.高压电容。
【具体实施方式】
[0009] 以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在 不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术 方案也属于本发明的范畴。
[0010] 实施例1 图1为本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统结构示意图，图2为本发 明的探测系统的信号处理系统组成框图，图3为本发明的探测系统的信号处理流程图，图4 为本发明的探测系统对不同核素输出信号的上升时间特征图。
[0011] 结合图1-4介绍本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统及方法。 如图1所示，本发明的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统，由探测器1和信号处 理单元2组成，探测器1对无窗流气式正比计数器做了进一步改进，探测器1包括阴极平面 3、气嘴5、阳极丝平面6、阴极入射窗8 ;信号处理单元2包括高压电容9 ;低能β射线7由 阴极入射窗8进入探测器1，γ干扰产生的次级电子径迹4起源于阴极平面3 ;阳极丝平面 6通过高压电容9与信号处理单元2相连；工作气体由气嘴5通入探测器1。阴极平面3采 用无氧铜加工，表面经过剖光处理。阴极入射窗8采用不锈钢网制作，阴极入射窗8与阳极 丝平面6距离L2为10mm，阴极平面3与阳极丝平面6距离Ll为6mm。阳极丝平面6由10 根直径25 μ m镀金钨丝组成，镀金钨丝间距5mm。阳极丝平面6加1800V正高压，阳极丝与 阴极间采用聚四氟乙烯绝缘。探测器工作气体采用氩气和甲烷混合气体，氩气体积为90%。
[0012] 图2为本发明的探测系统的信号处理方法的硬件组成框图，首先由电荷灵敏前置 放大器对阳极丝感生电流信号进行积分，积分电容lpF，由延迟线成型放大器对电荷灵敏前 进行滤波成型，延迟时间1 μS，放大倍数100。滤波成型输出信号输入到波形分析器，波形 分析器A、B两路输出作为时幅变换器的起始和终了信号，时幅变换器输出信号输入到多道 分析器，由多道分析器进行分析和记录。
[0013] 图3为本发明的探测系统的信号处理流程图，步骤为： a. 由阳极丝平面6引出感生电流信号，感生电流信号中包括低能β射线7感生信号和 γ干扰产生的次级电子径迹4感生信号； b. 对步骤a的感生信号进行积分并放大产生脉冲信号； c. 对步骤b的脉冲信号使用延迟线成型技术进行滤波成型，产生滤波成型脉冲信号； d. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值90%处，产生一个定时信号A ; e. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值10%处，产生一个定时信号B ; f. 如定时信号B在定时信号A脉冲结束后出现，即认为探测器输出的是低能β射线7 信号，否则为γ干扰产生的次级电子径迹4信号； g. 对低能β射线7信号予以记录。
[0014] 图4为本发明的探测系统对不同核素输出信号的上升时间特征图，图中用" W "标示的曲线为55Fe信号上升时间，"?、…"标示的曲线为226Ra信号上升时间，"^知标示 的曲线为 3H信号上升时间。由图4可知，低能β射线产生的脉冲的上升时间大于γ干扰 核素产生脉冲的上升时间，探测系统由此识别出低能β射线。
[0015] 实施例2 本实施例的抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统及方法与实施例1相同，主 要不同之处在于探测器工作气体中氩气的体积为50%。
【主权项】
1. 一种抑制y干扰的低能0核素表面污染探测系统，由探测器（1)和信号处理单元 (2) 组成，其特征在于，探测器（1)包括阴极平面（3)、气嘴（5)、阳极丝平面（6)、阴极入射窗 (8);信号处理单元（2)包括高压电容（9);低能0射线（7)由所述的阴极入射窗（8)进入 探测器（1)，Y干扰产生的次级电子径迹（4)起源于所述的阴极平面（3);所述的阳极丝平 面（6)通过高压电容（9)与信号处理单元（2)相连；工作气体由所述的气嘴（5)通入探测器 (1);所述的阳极丝平面（6)与阴极入射窗（8)的距离L2大于阳极丝平面（6)与阴极平面 (3) 的距离Ll ;所述的信号处理单元（2)利用低能0射线（7)感生信号上升时间大于Y 干扰次级电子径迹（4)感生信号上升时间的特征进行脉冲甄别。2. 根据权利要求1所述的抑制Y干扰的低能P核素表面污染探测系统，其特征在于， 所述的工作气体为氩气和甲烷混合气体，氩气的体积大于或等于50%。3. 根据权利要求2所述的抑制Y干扰的低能P核素表面污染探测系统，其特征在于， 氩气的体积为90%。4. 用于权利要求1所述的探测系统的信号处理方法，其特征在于，所述的信号处理方 法包括以下步骤： a. 由所述的阳极丝平面（6)引出感生电流信号，感生电流信号中包括低能P射线（7) 感生信号和T干扰产生的次级电子径迹（4)感生信号； b. 对步骤a的感生信号进行积分并放大产生脉冲信号； c. 对步骤b的脉冲信号使用延迟线成型技术进行滤波成型，产生滤波成型脉冲信号； d. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值90%处，产生一个定时信号A ; e. 在步骤c的滤波成型脉冲信号下降沿幅度值10%处，产生一个定时信号B ; f. 如定时信号B在定时信号A脉冲结束后出现，即认为探测器输出的是低能0射线 (7)信号，否则为y干扰产生的次级电子径迹（4)信号； g. 对低能0射线（7)信号予以记录。
【专利摘要】本发明提供了一种抑制γ干扰的低能β核素表面污染探测系统和方法，用以解决低能β放射性核素表面污染测量系统容易受到γ干扰的问题。本发明的探测系统包括探测器和信号处理单元，探测器的阳极丝平面与阴极入射窗的距离L2大于阳极丝平面与阴极平面距离L1，工作气体采用氩气和甲烷混合气体，由气嘴通入探测器，信号处理单元用来对低能β核素产生的脉冲信号进行波形甄别。本发明降低了探测系统本底值约一个量级，提高了检测灵敏度。
【IPC分类】G01T1/17, G01T1/167
【公开号】CN105137471
【申请号】CN201510574776
【发明人】贺月虹, 涂俊
【申请人】中国工程物理研究院核物理与化学研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月11日