专利名称：一种放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计数式射线探测仪器开发制造领域，尤其涉及计数式 射线探测系统中放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统。
背景技术：
计数式射线探测系统是探测放射性物质射线强度、剂量等常用的 设备之一。在特殊核材料检测、放射性物质检测、环境剂量检测等领 域，由于其探测速度快、测量灵敏度高、能谱响应广等特点，使它成 为这些领域的常用技术。常规计数式射线探测系统不具备射线能量识别功能，使仪器对射 线的剂量、能量的敏感度较低。德国发明专利(专利号DE 197 11 124 C2)公开的自然背景反 射测量方法能够准确快速地区分自然的和人工的珈玛射线源，其原理 类似双能量窗方法，但该专利只是简单区分自然的和人工的伽玛射线 源，未能显示源能区几率，且不能有针对性地改变能窗阈值设置。国内该类计数式仪器未见报道采用双能窗技术识别放射源能区 的算法。发明内容本发明的目的是提供一种用于放射性物质射线能区的识别方法 及射线能区探测系统。在计数式射线探测系统中，电子学放大器上设 置双能窗，其阈值通过控制器对感兴趣源能区自动设置，通过测量放 射性物质射线的剂量、计数，调用系统事先的刻度参数，物理算法， 即可以识别被探测放射性物质的射线能量区域。骤
Sl:在探测系统中设置数字双能窗电子学放大器； S2:针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整； S3:用标准的放射源对双能窗系统进行刻度，并保存系数； S4:探测未知能区射线源的剂量、强度；S5:将步骤S4中探测到的数据与保存的系数进行逻辑比较、条件 修正、数学拟合；S6:显示所探测射线源的能量区域。其中，在步骤S2中采用能量窗阈值自动调整控制器进行能量窗 的闽值调整；能量窗阈值自动调整控制器包括数字阈值控制、计算和 稳定设置电路。其中，数字双能窗电子学放大器包括射线能量信号的线性放大器 和双能窗数字阈值设置电路。本发明的另一方面是提供一种射线能区探测系统，包括带射线能 量特性的探测器、电子学放大器、数据釆集卡、数字阈值控制器、控 制、测量、计算数据库和射线能区显示，其中所述电子学放大器为包 括射线能量信号的数字线性放大器和数字双能窗阈值设置电路的数 字双能窗电子学放大器。优选的，所述带射线能量特性的探测器为大面积塑料闪烁体。本发明克服了常规计数式射线探测系统所不具备的射线能量识 别功能，既保证了系统对射线的高灵敏特性，又使系统对所探测射线 的能量区域具有识别功能，并且设计简单、兼容性好，适应范围广， 不需配复杂设备，运行成本低，可以方便地应用于各种目的计数式射 线探测系统。
图l为计数式射线能区探测系统的系统结构示意图； 图2为本发明数字双能窗电子学放大器结构示意图； 图3为本发明的逻辑关系示意图；图4为本发明的工作流程；图中1、带射线能量特性的探测器；2、数字双能窗电子学放大器；3、数据采集卡；4、数字阈值控制器；5、控制、测量、计算数 据库；6、射线能区显示；7、运算放大器；8、电阻；9、电阻；10、 数字电位器；11、电阻；12、电阻；13、数字电位器；14、数字电位 器；15、定标单元；16、定标单元。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 本发明技术方案以如下方式实现在计数式射线探测系统的电子 学放大器上设置双能窗；然后针对所感兴趣源的能区，通过能量窗阈 值自动调整控制器进行能量窗的阈值调整；用标准的放射源对双能窗 系统进行刻度，所得的刻度系数即表征了标准源的能量区域特性；当 系统测量环境的本底、剂量、射线源时，双能窗系统将获得一组与刻 度系数类似的数据，如双窗射线的计数率；计数比等，通过逻辑比较、 条件修正、数学拟合等算法，即可计算出系统所探测放射性物质的射 线能量区域。一般射线探测器的输出信号带有射线的能量特性，经线性放大器 放大输出后，信号的幅度与射线能量成正比，在模拟量转换成数字量 的过程中，常规计数式探测系统将高于某一阈值的信号进行转换计 数，而将信号的能量信息忽略；双能窗系统在放大器后设置多个阈值， 将不同能量区域的射线进行分别计数，使不同能窗具有不同射线能量 的信息，再经过适当的标定，数学处理，系统及具备射线能区识别的 功能。下面结合附图对本发明作进一步的表述。在本实施例中，计数式射线能区探测系统的系统结构如图1所示，系统包括带射线能量特性的探测器1、数字双能窗电子学放大器2、 数据采集卡3、数字阈值控制器4、控制、测量、计算数据库5和射
线能区显示6。其中的数字双能窗电子学放大器2的电路结构如图2 所示，包括一个输入端Vin、两个输出端Voutl和Vout2、运算放大器 7、电阻8、 9、 11、 12、数字电位器IO、 13、 14、定标单元15、 16、 数字阈值控制信号输入、输出。在一个优选的实施方式中，釆用大面积塑料闪烁体作为带射线能 量特性的探测器。图3为本发明的逻辑关系示意图，首先调节设置了双能窗的放大 器，确定识别区域；然后对双能窗进行阈值调整，用标准的放射源进 行系统刻度，保存刻度参数；当探测到未知射线源后，调用标准刻度 参数，与将测量到的未知射线源的数据进行逻辑比较、条件修正等处 理，然后计算出未知射线源的能量区域。在本发明中采用软件能区识别算法进行刻度系数的采集、参数的 比较和校正、数学拟合，其中包括标准放射源能区刻度方法、参数调 用比较校正方法、物理逻辑运算、源能区显示几率计算方法。其中的数学逻辑描述如下环境本底双窗计数率及比值、已知能 区标准源双窗净计数比值，nlb 、 n2b 、 PBKG、 P"其中nlb 、 n2b代表不同窗本底计数率；PBKG为无源的本底计数 比，Pi表示不同能量区标准源的净计数比，i-l、 2、 3......n。测量未知能区放射源在系统双窗中的计数率nl、 n2(1、 2代表 不同窗)；得到该未知能区放射源在系统双窗中的净计数率比Px = (nl- nlb)/ (n2- n2b), Px表示未知能区源的净计数比； 判断该未知能区放射源所处的能量区间 当Py< = Px< = Pz时；y=( Pz -Px)/ ( Pz —Py) x R; Z = R - y。输出未知能区放射源能区y能区、可信度y%;z能区、可信度z%;
其中Py、 Pz表示已知能区标准源的净计数比；y、 z表示未知 能区放射源在已知能区y、 z中的几率；R为系统修正量。例如，在放射性物质核査、监控设备中，常用大面积塑料闪烁探 测器结合计数式电子学技术，组成高灵敏的放射性物质射线监测系 统，但该类系统不能区分被探测源的能量区域；而通常使用的射线能 谱仪价格较贵，灵敏度又很难适应快速核查、监控的需求。如采用双 能窗技术的射线计数式监测系统，则可以针对感兴趣区的射线能量设 置窗的阈值，如天然钾肥中的40K放射性元素，当钾肥量较大时成为 计数式射线监测系统的很大干扰，如将双窗系统的某一个能窗设置在 40K能区，则可以有效识别40K能区和附近能区的放射性物质，提高 系统的灵敏度、准确度。在本实施例中， 一个完整的系统工作流程如图4所示。l.系统探 测能量区域确定；2.双能窗的阈值调整；3.标准放射源对系统进行 刻度并保存系数；4.探测未知能区射线源的剂量、强度等；5.通过 逻辑比较、条件修正、数学拟合等计算；6、显示所探测射线源的能 量区域。本发明通过在探测系统中设置双能窗，可以区别人工放射源(低 能量，第一个窗的计数)和自然本底；解决因车辆屏蔽效应使探测灵 敏度下降的问题，即前述德国专利的核心(单窗对车辆屏蔽效应无法 克服)。还能够对特别关心的源能区进行单独计数，提高该能区的探 测灵敏度。此外，在可接受的误报率和准确率下，对关心的报警源的 几率设置一个阈值，即可以区分真假报警。由于双窗的存在，整体计 数水平与单窗一样(在同一计数阈值区间内)，因此不会降低其他危 险放射性同位素报警灵敏度，对一些需特别关注的危险源，其灵敏度 能够提得更高。虽然本发明是具体结合一个优选实施例示出和说明的，但熟悉该 技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以作 出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。因此，按照上述的技术方案，所有计数式射线(X射线、中子、带电粒子)探测系统，采用双能窗识别射线源能区的方案，均属于本发明的保护范围。并且，按照上述的技术方案，所有计数式射线(X射线、中子、带电粒子)探测系统，釆用有限个(2-10)多能窗来识别射线源能区的方案，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种放射性物质射线能区识别方法，其特征在于该方法包括如下步骤S1在探测系统中设置数字双能窗电子学放大器；S2针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整；S3用标准的放射源对双能窗系统进行刻度，并保存系数；S4探测未知能区射线源的剂量、强度；S5将步骤S4中探测到的数据与保存的系数进行逻辑比较、条件修正、数学拟合；S6显示所探测射线源的能量区域。
2、 如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征 在于在步骤S2中釆用能量窗闽值自动调整控制器进行能量窗的阈值 调整。
3、 如权利要求2所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征 在于所述能量窗阈值自动调整控制器包括数字阈值控制、计算和稳定 设置电路。
4、 如权利要求1所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征 在于所述数字双能窗电子学放大器包括射线能量信号的数字线性放 大器和数字双能窗阈值设置电路。
5、 如权利要求4所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征 在于所述数字线性放大器包括输入端Vin、运算放大器(7)、电阻(8、 9)和数字电位器(10);所述数字双能窗阈值设置电路包括标 准电压(VCC)、电阻(11、 12)、数字电位器(13、 14)、定标单元 (15、 16)以及两个输出端Voutl和Vout2。
6、 如权利要求l所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征 在于在步骤S3中对标准放射源能区刻度方法如下首先调整放大器 增益和阈值，然后选择感兴趣能区的标准源对系统进行刻度，记录双窗对应源的参数。
7、 如权利要求l所述的放射性物质射线能区识别方法，其特征在于在步骤S5中进行进行逻辑比较、条件修正、数学拟合的具体方法有 参数调用比较校正方法、物理逻辑运算以及源能区显示几率计算方 法。
8、 一种射线能区探测系统，包括带射线能量特性的探测器(1)、 电子学放大器、数据采集卡(3)、数字阈值控制器(4)、控制、测量、 计算数据库(5)和射线能区显示(6),其特征在于所述电子学放大 器为数字双能窗电子学放大器(2)。
9、 如权利要求8所述的射线能区探测系统，其特征在于所述数 字双能窗电子学放大器(2)包括射线能量信号的数字线性放大器和 数字双能窗阈值设置电路。
10、 如权利要求9所述的射线能区探测系统，其特征在于所述 数字线性放大器包括输入端Vin、运算放大器(7)、电阻(8、 9)和 数字电位器(10);所述数字双能窗阈值设置电路包括标准电压(VCC)、电阻(11、 12)、数字电位器(13、 14)、定标单元(15、 16)以及两个输出端Voutl和Vout2。
11、 如权利要求8所述的射线能区探测系统，其特征在于所述带 射线能量特性的探测器为大面积塑料闪烁体。
全文摘要
本发明涉及计数式射线探测仪器开发制造领域，尤其涉及探测系统中放射性物质射线能区识别方法及射线能区探测系统。首先在探测系统的电子学放大器上设置数字放大器和数字双能窗；针对所感兴趣源的能区，进行能量窗的阈值调整；用标准放射源对双能窗系统进行刻度，并保存参数；探测未知能区射线源的剂量、强度；将数据进行逻辑比较、条件修正、数学拟合；最后显示所探测射线源的能量区域。本发明既保证了系统对放射性物质探测的高灵敏特性，又使系统对所探测射线的能量区域具有识别功能，并且设计简单、兼容性好，适应范围广，不需配复杂设备，运行成本低，可以方便地应用于各种目的计数式射线探测系统。
文档编号G01T1/00GK101210971SQ20061017161
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者朱珈庆, 李建华, 崑 赵, 明 阮 申请人:同方威视技术股份有限公司