一种高灵敏探测放射性气体核素活度的装置及方法与流程

技术特征：

1.一种高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，包括充气式β探测器、γ探测器和数字符合电路；β探测器和γ探测器设置在铅屏蔽内，β探测器的底部朝下放置在γ探测器上；其特征在于：还包括设置在铅屏蔽外、用于屏蔽宇宙射线在β探测器和γ探测器中产生的符合信号的反宇宙射线探测器组；所述反宇宙射线探测器组由5个反宇宙射线探测器组成，分别设置在铅屏蔽的顶部和四周；

反宇宙射线探测器的输出信号、β探测器的输出信号以及γ探测器的输出信号分别送入数字符合电路，得到γ探测器原始谱、反宇宙射线γ谱、β-γ符合谱及反宇宙射线β-γ符合谱。

2.根据权利要求1所述的高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，其特征在于：所述γ探测器为HPGe探测器。

3.根据权利要求1所述的高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，其特征在于：所述充气式β探测器包括底部、筒体、光电倍增管、充气管路及阀门；底部和光电倍增管分别位于筒体两端并与筒体共同形成一密闭容器；底部和筒体均由探测材料制成；充气管路设置在筒体侧壁上，与筒体相连通；阀门设置在充气管路上。

4.根据权利要求1或2或3所述的高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，其特征在于：所述数字符合电路包括并联设置的三个支路；

第一路由第一前置放大器组、单道分析器组、“或”逻辑相加电路和第一数字信号采集器依次串联组成；第一前置放大器组和单道分析器组分别由5个并联设置的第一前置放大器和5个并联设置的单道分析器组成；反宇宙射线探测器的探测信号经各自的前置放大器和单道分析器后进入“或”逻辑相加电路，“或”逻辑相加电路的输出信号进入第一数字信号采集器，第一数字信号采集器产生反符合信号；

第二路由第二前置放大器、第一主放大器和第二数字信号采集器依次串联组成；β探测器的探测信号依次经第二前置放大器和第一主放大器后进入第二数字信号采集器，第二数字信号采集器产生符合信号；

第三路由第三前置放大器、第二主放大器和第三数字信号采集器依次串联组成；γ探测器的探测信号依次经第三前置放大器和第二主放大器后进入第三数字信号采集器，第三数字信号采集器不作任何处理，得到γ探测器原始谱。

5.根据权利要求4所述的高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，其特征在于：所述反宇宙射线探测器组安装在位于铅屏蔽外的支架上，反宇宙射线探测器组和铅屏蔽位于支架的一端；支架上设置有两组平行导轨，位于支架端部且同时位于铅屏蔽侧方的一个反宇宙射线探测器固定，其余反宇宙射线探测器可沿导轨平移。

6.采用权利要求4所述的高灵敏探测放射性气体核素活度的装置探测放射性气体核素活度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将放射性气体充入充气式β探测器中，样品发出的β射线由充气式β探测器测量，样品发出的γ射线由γ探测器探测，宇宙射线由反宇宙射线探测器探测；

2)调节数字符合电路的参数，卡掉噪声确保信号正常，并使宇宙射线信号、β信号以及γ信号在时间上一致；

3)宇宙射线信号、β信号和γ信号同时输入数字符合电路，得到γ探测器原始谱、反宇宙射线γ谱、β-γ符合谱及反宇宙射线β-γ符合谱；

4)用反宇宙射线β-γ符合谱计算放射性气体核素活度A：

$A=\frac{N_{\mathrm{\γ}c}}{P_{\mathrm{\β}\mathrm{\γ}}\·{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}\·{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\γ}}\·t_1}\·\frac{\mathrm{\λ}\·t_r}{1-e^{-\mathrm{\λ}\·t_r}}\·k_V---\left(1\right)$

上述公式(1)中，

N_γc为样品的反宇宙射线β-γ符合谱中γ峰计数；

P_βγ为β-γ射线符合发射几率；

ε_β和ε_γ分别为β和γ射线探测效率；

t_l和t_r分别为能谱获取的活时间和时钟时间；

λ为待测样品的衰变常数；

k_V为反宇宙射线探测器偶然符合引起的样品计数损失因子。

7.根据权利要求6所述的探测放射性气体核素活度的方法，其特征在于：还包括步骤5)：计算最小可探测活度MDA：

$MDA=\frac{N_{bc}}{P_{\mathrm{\β}\mathrm{\γ}}\·{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}\·{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\γ}}\·t_1}\·\frac{\mathrm{\λ}\·t_r}{1-e^{-\mathrm{\λ}\·t_r}}\·k_V---\left(2\right)$

上述公式(2)中，N_bc为本底的反宇宙射线β-γ符合谱中γ峰感兴趣区本底计数，其余参数含义与公式(1)中相同。