一种α/β射线流气式正比计数器高压工作点快速测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核辐射探测领域，具体涉及到一种用于反符合甄别流气式正比计数器 高压工作点的快速测定方法，可以解决同时测量α、β放射性沾染时追求探测稳定性与准 确性之间矛盾的问题。
【背景技术】
[0002] 随着核能和核技术的快速发展，核辐射危害与防护成为人们日益关注的焦点。流 气式正比计数器技术成熟，广泛应用于涉核场所α、β放射性沾染测量。
[0003] 流气式正比计数器主要由上阴极、阳极丝、下阴极组成（如图1所示）。下阴极为 探测〇、0射线的2 31立体角透射面。腔体内部充有？-1〇工作气体，成分为9〇%401〇% CH4。α射线与β射线在工作气体中电离本领不同，产生数目不等的离子对，经放大后在输 出端形成幅度不等的脉冲。通常情况下，一次α或β辐射事件输出一个脉冲；由于α射 线电离本领大于β射线，故相同工作状态下，α射线在输出端形成的脉冲幅度大于β射 线。
[0004] 某些情况下，在正比计数器的主脉冲后还可能产生一些跟随脉冲。这些跟随脉冲 与入射辐射无关，而是由离子对初级雪崩中某些效应引起的次级过程产生的，导致本该记 录一个脉冲的情况下多次计数，是计数器计数不稳的重要原因。产生虚假跟随脉冲的几率 随工作电压的增高而变大。在"电压一计数率"曲线上，计数率随气体工作电压的升高变化 不大时，呈现坪区；当电压升高到能够记录这些跟随脉冲时，所对应的电压值即为计数坪的 终点（如图2所示）。
[0005] 对于α与β放射源共存的情况，计数率曲线呈现两个坪（如图3所示）。由于 α粒子电离本领强，随工作电压的升高，α坪首先起坪，故在第一个坪上的工作点只能记 录α粒子；第二个坪上的工作点既能记录α粒子，又能记录β粒子。为达到α与β射 线同时探测的目的，《GB/T 20131-2006α/β流气式正比计数器的标定和使用》提供了探测 器高压调解法、脉冲高度甄别法、上升时间甄别法等三种常用的α/β甄别方法。本案采用 脉冲高度甄别法，将高压工作点设置在^~￥4之间，即β坪上（如图3所示），并通过后 续的"反符合电路"根据α粒子与β粒子所成脉冲幅度的不同加以甄别。
[0006] 核电子学信号采集系统接收来自计数管微弱的α、β脉冲信号，经过放大、甄别、 成形、反符合，送给数据采集卡（如图4所示）。
[0007] 经主放大器后，α粒子输出脉冲幅度高于β粒子，设计两个甄别器加以区分：α 甄别器下阈应设置为刚好高于任何β事件预计引起的脉冲高度，但低于最低α能量预计 引起的脉冲高度。β甄别器上阈则应设置为与α甄别器下阈的电压值相同。β甄别器下 阈应设置为正好高于电子学噪声电压。
[0008] 当α脉冲到来时，触发α甄别阈，在α输出端得到有效信号。但由于α甄别阈 远高于β甄别阈，α信号在触发α甄别阈的同时一定也会触发β阈，造成β道计数。所 以，应采用"反符合"技术剔除β甄别器输出信号中的α成分。α脉冲先触发β甄别阈 形成脉冲'α+{!)，之后触发α甄别阈形成脉冲'α)。为保证反符合道信号在时间上能完全 覆盖符合道信号，用'α + {!)下降沿触发单稳态电路形成2 μ s脉冲作为符合道输入，V ^上 升沿触发单稳态电路形成30 μ s脉冲作为反符合道输入（如图5所示）。这样β道无输 出。
[0009] 当β脉冲到来时，只能触发β甄别阈，形成V(a + {!)脉冲给符合道，而反符合道无 输入，这时仅β道有信号输出。
[0010] 高压工作点设置在ν3~ν4之间。对β源的响应，β道计数随工作电压的升高先 增加后减少，并不是一个的典型β坪（典型β坪如图3所示）。原因是正比计数器的放 大倍数Μ随工作电压的升高而增加，经主放大器后，β脉冲幅度便会超过α甄别阈，受甄 别一反符合电路的作用，形成对α道的计数贡献。在β道计数减少的同时，α道计数增 加，但实际上均为β粒子的贡献。这也是图中实线表示的α道与β道计数之和会出现坪 区的原因（如图6所示）。在这一工作区间，对α源的响应依然会保持坪区，但对β源的 响应会随高压升高，β信号会向α道发生串道，使α道计数增加；而本身β道计数减少。 为了确保计数准确，尤其是对β射线，高压工作点应设置在坪头附近。但这会在计数"稳定 性"与"准确性"之间出现一对矛盾：随高压升高，计数稳定性变好，但串道比变大使计数准 确性变差；随高压降低，串道比变小使计数准确性变好，但计数稳定性变差（如图7所示）。
[0011] GB/T20131-2006规定，采用脉冲高度甄别原理的正比计数管，β进入α道的交叉 干扰，即串道比应在3%以内；另外，GB/T 11682-2008规定，III级低本底α/β测量仪，β 射线对α道的串道比应小于1.0%。
[0012] 对测量典型单种放射源来说，流气式正比计数器的高压工作点通常设置在坪区的 1/2~1/3处某一点，目的是远离坪头以避免高压晃动使得计数不稳，同时远离坪尾以避免 虚假跟随脉冲产生乱真计数，在克服工作高压对放射性计数的影响，增强流气式正比计数 器的工作稳定性的同时，提高抗干扰能力，提高测试精度。但是在采用反符合甄别技术同时 测量α、β时，仍将高压工作点设置在坪区的1/2~1/3处，则测量的串道比或计数稳定性 可能不满足相关标准的国标要求。为有效减少测试人员在放射源周围的暴露时间，需要研 究一种流气式正比计数器高压工作点的快速测定方法。
【发明内容】
[0013] 针对基于反符合技术使用一对上下甄别阈值同时探测α与β射线的流气式正比 计数器，本发明提出了一种以（α + β )总计数坪曲线为依据，综合考虑计数稳定性（变异系 数）和准确性（串道比）两方面因素的流气式正比计数器高压工作点的快速测定方法，所 测定高压工作点可以满足国标中对准确性和计数稳定性的要求。
[0014] 现将本发明构思及技术方案叙述如下：
[0015] 步骤1 :测量流气式正比计数器对β放射源的计数率响应，得到α道净计数率、 β道净计数率，和α道与β道总净计数率α + β，以α + β建立坪曲线；
[0016] 步骤2:由α+β坪曲线判断探测器工作是否正常，即流气式正比计数器坪特性的 物理指标一坪长PL和坪斜Κ是否合格，如合格，则执行步骤3,如不合格则重新设计调试流 气式正比计数器，之后执行步骤1 ;
[0017] 步骤3 :根据国标和实际需要设定"准确性"指标一 β射线对α道的串道比ka e， 和"稳定性"指标一变异系数S ;
[0018] 步骤4 :以a + β坪起坪电压为νω，终止电压为VH。，取[νω，VJ的中点V M，测量并 计算在VM工作点下的k a p和S ;
[0019] 步骤5 :判断ka jP S是否满足要求，如果k a jP S均满足要求，则执行步骤5. 1 ; 如果ka e不满足要求，S满足要求，则执行步骤5. 2 ;如果k a e满足要求，S不满足要求，则 执行步骤5. 3 ;如果ka jP S均不满足要求，则执行步骤1 ;
[0020] 步骤5. 1 :VM为测定高压工作点，输出V M值；
[0021] 步骤 5. 2 :令 VH= V M，\= V ω，并重复步骤 4、5 ;
[0022] 步骤5. 3 :令\= V M，VH= V ,并重复步骤4、5。
[0023] 具体实施步骤如下：
[0024] 步骤1 :测量建立流气式正比计数器对β源的计数率响应，得到a道净计数率、 β道净计数率，和a道与β道总净计数率（α+β);
[0025] 步骤2:以a道与β道总净计数率（α+β)确定坪区为[VW，VH。]，坪区的起点对 应为（\。，Νω)，终点为（VH。，NJ (如图2所示），则坪长PL为：
[0026] PL = VH0-VL0 (1)
[0027] 其中，PL为坪长，\。为坪头的电压，Νω为坪头的计数率，VH。为坪尾的电压，N H。为 坪尾的计数率，每百伏坪斜K为：
[0029] 判断检测探测器工作是否正常，即流气式正比计数器坪特性的物理指标坪长PL 和坪斜K是否合格，探测器物理合格的判据是：β坪长不小于150V ;坪斜不大于5 % /100V。 否则，流气式正比计数器不正常，应重新设计调试，并重复上述步骤；
[0030] 步骤3 :满足探测器合格判据的前提下，a道和（a + β )的坪特性满足随工作电 压升高的正相关性，β道满足随工作电压升高的负相关性（如图6所示）。通常情况下，在 (α+β)坪区，a射线对β道的串道比kea很小，可忽略，故以下只需考查β射线对a道 的串道比ka p与变异系数S这对变化趋势相反的参量即可；
[0031 ] 步骤4 :以（a + β )坪起坪电压为νω，终止电压为VH。，取[νω，VJ的中点V M，测量 并计算在VM工作点下的k a p和S。
[0032] 准确性指标β射线对a道的串道比ka{!为：
[0034] ka p为β射线对a道的串道比，N a p为β信号在a道的计数率，N p p为β信 号在β道的计数率，Να。为β的本底计数率，Νρ。为β的本底计数率。
[0035] 稳定性指标一变异系数为一组η次测量值（Xl)的标准差（s)与其算数平均值(:i) 之比：
[0037] 变异系数应小于1 %。对于服从高斯分布的观测，将各次测量值出现的次数与理论 高斯分布进行比较：数据落在1倍方差之间：
的大约有68. 3% ;2倍方 差之间
>的大约有95. 5% ;3倍方差之间
?的大约 有99. 7% ;3倍标准差范围之外几乎没有数据。即大部分数据应落在±3倍标准差之间。
[0038] 步骤5 :判断ka ^和S i是否满足要求，如果k α S i均满足要求，则执行5. 1 ;如 果ka Pi不满足要求，S ;满足要求5. 2 ;如果k a Pi满足要求，S ;不满足要求，则执行5.