一种基于电子束发射的淬灭校正单元的制作方法

本发明涉及核辐射或x射线辐射的测量，具体是x射线辐射、γ射线辐射、微粒子辐射或宇宙线辐射的测量领域，尤其涉及闪烁体是液体的闪烁探测器辐射强度测量，具体来说是一种液闪测量仪的淬灭校正单元。

背景技术：

液体闪烁测量(简称液闪)技术是二十世纪五十年代初期发展起来的一种测量低能贝塔射线的有效方法,也可用于探测其它核辐射，例如可以用于探测阿尔法射线、中子，伽玛射线等辐射，液闪测量仪被广泛地应用于工业、农业、生物学、化学、医学、药学、地质、水文、考古、环境等诸多方面。

然而，在实际测量中，因为各种因素的干扰，导致测量精度受限，主要的影响因素是淬灭的影响，淬灭的种类很多，包括相淬灭，电离淬灭，浓度淬灭，化学淬灭，颜色淬灭等等淬灭，受此影响，导致样品的计数效率变低（cpm/dpm值变小，cpm表示液闪测量仪对样品的每分钟的计数率;dpm表示样品每分钟的绝对衰变数,两者的百分比叫该样品的计数效率），在实际测量时，直接测量的结果是cpm，如何从cpm准确得到dpm就成为本领域最关心的问题，因为通常淬灭是主要影响因素，因此该反推过程就叫做淬灭校正。现有技术中各厂家生产的已知的淬灭校正方法主要包括内标法，外标法，效率示踪法等，无论采用何种方法，本质上都是寻找到一个可以直接或者间接表征计数效率的指标，并且该指标在物理意义上是可测量的，当测量样品时，通过该可测量的指标就可以知道当下的计数效率，从而可以从测量值cpm计算得到dpm，内标法属于直接的表征方式，但是其需要特殊配置的液闪液，外标法必须有一组和淬灭程度相关的指标与计数效率才能进行拟合，这一些列指标如何得到，需要通过已知活度的不同淬灭程度的放射源给出，现有技术中给出不同淬灭程度的放射源的方法通常包括：1）多瓶已知活度的不同淬灭程度的样品；2）一瓶已知活度样品，通过不断向里面加不同量的淬灭剂得到不同淬灭程度的样品。可见，这些标定方法均需要较为繁琐的淬灭校正过程，使用液闪测量仪前该校正过程耗时较多，且需要较为专业的操作，操作不当则容易改变标准样品的性质，引起结果极大误差。

因此，在现有技术的基础上，申请人的技术团队通过大量的物力和人力投入，研究出了一种液闪测量仪的淬灭校正单元（实际上研究出了三种可用的方案，本申请涉及一种，另两种方案另案提出申请，每种方案均分为主要单元，整体装置和方法进行布局），使用该技术方案的液闪测量仪或测量方法操作简单，避免了对标准样品本身的操作，可以达到甚至超出预期效果。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种液闪测量仪的淬灭校正单元，主要目的是提供一种操作简单测量精度高的液闪测量装置。

为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

本发明涉及一种液闪测量仪的淬灭校正单元，属于液闪测量仪计算控制单元的一部分，包括：

电子束发射控制单元，该单元用于控制电子束发射单元的打开和关闭，并能够对电子束加速电场的电压和电流进行调节；

淬灭数据收集单元，该单元能够获取相关信号值并进行计算，在控制电子束发射单元关闭或打开时，获取样品的单位时间内的实际计数cpm并能够计算tdcr值；

拟合校正单元，该单元用于对淬灭数据收集单元中的cpm值和tdcr值进行线性拟合得到拟合曲线，并能够计算拟合度；

逻辑判断单元，该单元用于根据对待测样品实际测量的cpm值和tdcr值的拟合度进行判断，从标准样品拟合曲线中选择相应的拟合曲线；

计算单元，该单元用于将待测样品未受电子束发射单元影响的tdcr值代入所述的相应的拟合曲线中得到校正后的cpm值，计算该cpm值与已知样品未受电子束发射单元影响的cpm值的比值，用已知样品的dpm值乘以该比值得到待测样品的dpm值，并将该值输出给用户。

进一步地，所述电子束发射控制单元，可控制高压加速电场的电压值范围为10-80kv,电子枪的热阴极加载电流范围为10-100ma。

该单元可以设置在如下液闪测量仪中进行淬灭校正，包括样品承载单元，驱动单元，测量单元，计算控制单元；所述驱动单元包括驱动电机和旋转台，样品承载单元设置在旋转台上，样品承载单元整体和旋转台的一部分设置在测量单元的壳体中，旋转台的另一部分和驱动电机设置在所述测量单的壳体外，驱动电机用于驱动旋转台旋转从而带动样品承载单元旋转，测量单元的壳体中还设置有至少三个光电倍增管，同时设置一个电子束发射器，当样品放置在样品承载单元上时，光电倍增管和电子束发射器可包围样品；计算控制单元与光电倍增管，电子束发射器和驱动电机连接，用于控制电子束发射器发射电子，收集光电倍增管的测量信号并进行计算以及控制驱动电机进行驱动作业。

进一步地，所述电子束发射单元为带有高压加速电场的热发射电子枪，高压加速电场的电压值为10-80kv,电子枪的热阴极加载电流范围为10-100ma，导流系数大于0.2，阴极由钨丝构成。

进一步地，当光电倍增管和电子束发射器包围样品时，电子束发射单元的电子束出口与样品容器的水平距离小于50cm。

基于本发明的淬灭校正单元的液闪测量仪的测量方法具体如下，包括：

步骤一，淬灭规律关系建立步骤，将已知单位时间内绝对衰变数dpm的标准样品放置在样品承载单元上，关闭电子束发射单元，通过光电倍增管获取该状态下标准样品的单位时间内的实际计数cpm和三重-双重符合比值tdcr值，打开电子束发射单元，设置电子束发射单元对电子束加速电场的电压值v，热阴极加载电流i，获取该状态下标准样品的单位时间内的实际计数cpm和tdcr值，改变电子束加速电场的电压值v，保持热阴极加载电流i不变，得到该标准样品不同的cpm值和tdcr值，获取至少5组数据，保持电子束加速电场的电压值v不变，改变热阴极加载电流i，得到该标准样品不同的cpm值和tdcr值，获取至少5组数据；

步骤二，测量步骤，将未知dpm的待测样品设置样品承载单元上，保持电子束发射单元关闭，测量tdcr值和cpm值，打开电子束发射单元，按照对标准样品同样的调节方式，分别通过改变电流和电压获取各5组以上cpm值和tdcr值数据；

步骤三，计算步骤，将步骤一中改变电压和电流的两组数据，分别使用tdcr值和相应cpm值进行线性拟合，得到电压值拟合曲线和电流值拟合曲线；将步骤二中改变电压和电流的两组数据也分别进行tdcr值和cpm值的拟合计算拟合度，若改变电压值得到的数据拟合度高则将待测样品在电子束发射单元关闭情形下得到的tdcr值带入步骤一中得到的电压值拟合曲线得到对应的cpm值，并由该cpm值与已知样品在关闭电子束发射单元下的cpm值的比值与已知样品的dpm值相乘即得到待测样品的dpm值。

本发明同现有技术相比，其优点在于：

1）本发明打破了传统设计的常规思路提供了一种新颖的淬灭程度校正和测量方式，传统设计思想局限于配置不同的标准淬灭样品，本申请人的发明团队基于现有技术研究如何通过外部手段影响标准样品的淬灭程度，避免了对标准样品本身的操作；

2）本发明基于电子束对标准样品淬灭程度的影响，结合tdcr值原理，突破了对待测样品cpm的依赖，从tdcr值作为过渡，把标准样品的dpm和待测样品的dpm进行联系，计算方法简单；

3）本发明基于不同待测样品对于电子束能量和密度的敏感性不同，提出了两套标准曲线的建立方式，虽然两种方式的误差均在可接受范围，但本发明进一步考虑了测量精度，使用拟合度选择了更适用的拟合曲线，能够进一步提到精度；

4）可旋转的样品台，可以根据需要灵活调整样品的方位，提高了系统的灵活性，并且可以在电子枪打开时通过旋转样品对样品的淬灭程度进行更充分的影响。

附图说明

图1为本发明测量单元和计算控制单元的结构示意图。

图2为本发明液闪仪的整体结构。

图中：1.样品承载单元2.驱动单元3.旋转台4.光电倍增管5.电子束发射器6.测量单元壳体7.计算控制单元8.用户端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，如背景技术所述，已知对于淬灭程度的表征方式有多种方式，本发明的改进在于如何通过不需要改变样品本身属性从而建议表征参数与实际淬灭程度的关系，例如本发明提到的tdcr值以及未提及的其它常用表征参数（scr，sis，esr，h值等）的原理和计算方法均属于现有技术，本发明采用tdcr为例，并不是说仅仅适用该值，其它值也可以适用，而dpm和cpm也是本领域的固定术语，有其公知含义，本发明中提及的简称均为公知定义，在本申请的记载中不再赘述。

结合图1和图2，本发明的液闪测量仪，包括样品承载单元（1），驱动单元(2)，测量单元(4)，计算控制单元（7）；所述驱动单元(2)包括驱动电机和旋转台（3），样品承载单元（1）设置在旋转台（3）上，样品承载单元（1）整体和旋转台（3）的一部分设置在测量单元的壳体（6）中，旋转台（3）的另一部分和驱动电机设置在所述测量单元的壳体（6）外，驱动电机用于驱动旋转台（3）旋转从而带动样品承载单元（1）旋转，测量单元的壳体（6）中还设置有至少三个光电倍增管（pm1-pm3），同时设置一个电子束发射器(pfg)，当样品放置在样品承载单元（1）上时，光电倍增管（pm1-pm3）和电子束发射器(pfg)可包围样品；计算控制单元(7)与光电倍增管（pm1-pm3），电子束发射器(pfg)和驱动电机连接，用于控制电子束发射器发射电子，收集光电倍增管的测量信号并进行计算以及控制驱动电机进行驱动作业。

电子束发射单元为带有高压加速电场的热发射电子枪，高压加速电场的电压值为10-80kv,电子枪的热阴极加载电流范围为10-100ma，整体大小约在导流系数大于0.2的程度，其阴极由钨丝构成，该电子枪并不需要特殊设计，市面可售的工业电子枪通常可以适配，本发明并不作特别限定，只要满足该电压和电流范围即可。

当光电倍增管和电子束发射器包围样品时，电子束发射单元的电子束出口与样品容器的水平距离小于50cm，因为壳体中为正常大气氛围，根据实验大于该距离时其对样品的影响程度较小，效果不好，而光电倍增管的放大和符合等电路也是公知的现有技术，本发明不做特别要求。

本发明还涉及一种液闪测量仪的淬灭校正单元，属于液闪测量仪计算控制单元的一部分，包括：

电子束发射控制单元，该单元用于控制电子束发射单元的打开和关闭，并能够对电子束加速电场的电压和电流进行调节；

淬灭数据收集单元，该单元能够获取相关信号值并进行计算，在控制电子束发射单元关闭或打开时，获取样品的单位时间内的实际计数cpm并能够计算tdcr值；

拟合校正单元，该单元用于对淬灭数据收集单元中的cpm值和tdcr值进行线性拟合得到拟合曲线，并能够计算拟合度；

逻辑判断单元，该单元用于根据对待测样品实际测量的cpm值和tdcr值的拟合度进行判断，从标准样品拟合曲线中选择相应的拟合曲线；

计算单元，该单元用于将待测样品未受电子束发射单元影响的tdcr值代入所述的相应的拟合曲线中得到校正后的cpm值，计算该cpm值与已知样品未受电子束发射单元影响的cpm值的比值，用已知样品的dpm值乘以该比值得到待测样品的dpm值，并将该值输出给用户。

进一步地，所述电子束发射控制单元，可控制高压加速电场的电压值范围为10-80kv,电子枪的热阴极加载电流范围为10-100ma。

这些功能单元可以集成在计算机中，通过计算机的常规逻辑，计算和储存等单元实现，也可通过分别设置对应的上位机功能单元分别实现，可根据具体需要进行设置，两种设置方法对本发明的构思并不构成实质影响，也不做特别限定。

本发明还涉及一种液闪测量仪的测量方法，所述的测量方法包括：

步骤一，淬灭规律关系建立步骤，将已知单位时间内绝对衰变数dpm的标准样品放置在样品承载单元上，关闭电子束发射单元，通过光电倍增管获取该状态下标准样品的单位时间内的实际计数cpm和三重-双重符合比值tdcr值，打开电子束发射单元，设置电子束发射单元对电子束加速电场的电压值v，热阴极加载电流i，获取该状态下标准样品的单位时间内的实际计数cpm和tdcr值，改变电子束加速电场的电压值v，保持热阴极加载电流i不变，得到该标准样品不同的cpm值和tdcr值，获取至少5组数据，保持电子束加速电场的电压值v不变，改变热阴极加载电流i，得到该标准样品不同的cpm值和tdcr值，获取至少5组数据；

步骤二，测量步骤，将未知dpm的待测样品设置样品承载单元上，保持电子束发射单元关闭，测量tdcr值和cpm值，打开电子束发射单元，按照对标准样品同样的调节方式，分别通过改变电流和电压获取各5组以上cpm值和tdcr值数据；

步骤三，计算步骤，将步骤一中改变电压和电流的两组数据，分别使用tdcr值和相应cpm值进行线性拟合，得到电压值拟合曲线和电流值拟合曲线；将步骤二中改变电压和电流的两组数据也分别进行tdcr值和cpm值的拟合计算拟合度，若改变电压值得到的数据拟合度高则将待测样品在电子束发射单元关闭情形下得到的tdcr值带入步骤一中得到的电压值拟合曲线得到对应的cpm值，并由该cpm值与已知样品在关闭电子束发射单元下的cpm值的比值与已知样品的dpm值相乘即得到待测样品的dpm值。

为了验证本发明的效果，设计了如下比较方法：

比较的方法是分别用传统方法和本发明的方法测量标准溶液，使用的标准溶液的标准值为525700次/分钟，必要时的刻度也使用该标准溶液，使用传统方法测量10组数据得到的结果标准差在正负0.55-0.72%之间，测量平均值与标准值之间的偏差约为0.85%，而本发明的方法标准偏差小于0.3%，平均值与标准值之间的偏差小于0.36%，在本发明公开的方案下，具体的计算过程与传统计算方式一样均是本领域公知的数学常识，不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。