一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法与流程

1.本发明涉及辐射探测技术领域，具体为一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法。


背景技术：

2.致电离辐射探测技术具有极为广泛的用途，随着其的发展，在近现代科学技术的进步中发挥了至关重要的作用，可以说，所有核技术的实现与发展均离不开电离辐射探测技术。
3.核辐射探测技术在国防、医疗、核能、化工、安检、基础科研等领域具有极为广泛和重要的应用。电离辐射具有种类多、能量分布范围广、与物质相互作用过程复杂等特点。电离辐射囊括了x、α、β、γ、和中子等多种粒子，其能量分布可从几个电子伏特到几十兆电子伏特。相较于α、β等带电粒子，中子、伽马不带电，只能通过其与物质的相互作用进行间接测量，如何在复杂辐射场中实现精确的射线探测与识别，一直是辐射探测领域需要攻克的难点问题。特别的是，由于中子具有强的穿透能力以及直接与核作用的特点，其探测过程中常常伴随着快中子、慢中子、强γ场等复杂条件，使得新型的中子/伽马射线甄别技术一直是中子探测领域的热点问题。
4.因此亟需设计一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法，以解决上述背景技术中提出的其穿透能力差，不能无破坏性地给出较大样品的内部检测结果的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法，包括闪烁体粒子甄别装置，闪烁体粒子甄别装置由基于光导与光纤读出闪烁体探头、瞬态光谱仪和基于脉冲光谱分析系统的计算机组成，所述基于光导与光纤读出的闪烁体探头由闪烁体、光导及光纤组成，所述光导贴合在闪烁体上，光导的输出端通过光纤与瞬态光谱仪输入端相连，所述瞬态光谱仪的输出端通过导线与计算机电性连接。
7.优选的，所述闪烁体为直径为2.5cm，长度为2.5cm的clyc闪烁体。
8.优选的，所述闪烁体与光导连接端的其余各面由光反射材料特氟龙密封。
9.优选的，所述闪烁体为塑料材质、液态材质或clyc材质，所述光导2材质为有机玻璃。
10.一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别方法，根据权利要求1所示的甄别方法具体如下：
11.s1、将闪烁体的进光面(背对光导的一面)面向入射射线(中子/伽马射线)，让入射射线(中子/伽马射线)射入闪烁体内，入射射线(中子/伽马射线)经过光导和光纤进入瞬态
光谱仪内，利用瞬态光谱仪记录入射光在一定积分时间(ns～s)内的波长与时间分布；
12.s2、通过脉冲光谱分析系统对瞬态光谱仪获得的闪烁体发光光谱信息进行分析，将其分别向时间与波长维度投影，获得不同入射粒子在时间维度与波长维度上信号的差异，并对此差异进行量化分析，从而实现对入射粒子的类型甄别
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置及方法可实现对闪烁光谱的时间维度及波长维度上的差异分析，可实现更好的粒子甄别效果，保证了较高的光收集效率与分析速度，该装置在闪烁体辐射探测、粒子甄别分析等领域具有广泛的、重要的应用价值。
附图说明
14.图1为本发明测试流程示意图；
15.图2为本发明闪烁光谱差异原理示意图；
16.图3为本发明光谱仪测量结果示意图；
17.图4为本发明粒子甄别效果示意图；
18.图5为fom值的计算公式；
19.图6为n(t)计算公式。
20.图中：1、闪烁体；2、光导；3、光纤；4、瞬态光谱仪。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.请参阅图1-4，本发明提供的实施例：
23.一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别装置，包括基于光导与光纤读出的闪烁体探头、瞬态光谱仪4和基于脉冲光谱分析系统的计算机组成，基于光导与光纤读出的闪烁体探头由闪烁体1、光导2及光纤3组成，所述光导2贴合在闪烁体1上，光导2的输出端通过光纤3与瞬态光谱仪4输入端相连，所述瞬态光谱仪4的输出端通过导线与计算机电性连接；
24.其中，闪烁体1为直径为2.5cm，长度为2.5cm的clyc闪烁体；闪烁体1除了连接光导2的一端面，其余各面由光反射材料特氟龙密封，保证入射射线能全部进入闪烁体1内，转为闪烁光后经光导2收集，再通过光纤3输出；
25.瞬态光谱仪4采用具有时间及波长测量能力的型号，瞬态光谱仪4可以采用如comet i或swamp optics公司的grenouille等，光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件，是获取光波长的重要器件，瞬态光谱仪4利用光栅将复色光不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。
26.脉冲光谱分析系统是对瞬态光谱仪4获得的闪烁体1发光光谱信息进行分析，将其分别向时间与波长维度投影，获得不同入射粒子在时间维度与波长维度上信号的差异，并对此差异进行量化分析，从而实现对入射粒子的类型甄别；
27.如图5所示，综合利用光谱、时谱等多模态信息进行粒子甄别可进一步提升甄别效
果，即闪烁体发光的时谱与光谱特性的耦合，可用综合fom值来评价多模态信息进行粒子甄别的效果，fom值的计算公式如图5所示，从fom值角度来看，在综合利用光谱、时谱信息的基础上，可以优化粒子甄别效果，提高粒子甄别效率，从而建立多维度荧光信息综合分析的粒子甄别方法。
28.具体的，一种基于脉冲光谱分析的闪烁体粒子甄别方法，根据权利要求1所示的甄别方法具体如下：
29.s1、将闪烁体1的进光面(背对光导2的一面)面向入射射线(中子/伽马射线)，入射射线(中子/伽马射线)6进入闪烁体1后发出闪烁光，中子与伽马射线产生闪烁光谱存在差异的，闪烁光经光导2收集后进入光纤3传输至瞬态光谱仪4，瞬态光谱仪4记录闪烁光的时间及波长信息；
30.s2、通过脉冲光谱分析系统对瞬态光谱仪4获得的闪烁体1发光光谱信息进行分析，利用瞬态光谱仪记录入射光在一定积分时间(ns～s)内的波长与时间，将其分别向时间与波长维度投影，获得不同入射粒子在时间维度与波长维度上信号的差异，并对此差异进行量化分析，从而实现对入射粒子的类型甄别。
31.具体的，利用clyc探测器对am-be中子源发射的中子与伽马射线进行甄别测量，对am-be中子源发射的中子、伴生伽马射线及次生伽马射线进行探测，并进行中子与伽马射线的甄别，am-be中子源为同位素中子源，在中子发射过程同时伴随着4.44mev的伽马射线发射，此外中子与周围结构材料反应同样会放出伽马射线。将闪烁体探头置于混合辐射场中，脉冲光谱分析系统对光谱仪获得的闪烁体发光光谱信息进行分析，将其分别向时间与波长维度投影，获得不同入射粒子在时间维度与波长维度上信号的差异，并计算其品质因子。并对此差异进行量化分析，从而实现对入射粒子的类型甄别。图4为射线测量及甄别结果。
32.对于闪烁光，将每次事件产生的光子数量按照时间进行微分，则可获得脉冲形状信息，即psd(脉冲形状甄别)技术的基本原理，对于大部分液体闪烁体探测器以及部分塑料闪烁体和无机闪烁体，不同带电粒子激发的荧光脉冲中含有持续时间不同的组份，通常用指数衰减的快、慢两种组份表示，快组份与慢组份的衰减时间相差约一个数量级。快组份与慢组份的强度比与带电粒子在闪烁体中形成的电离密度有关，即粒子的质量和电荷有关。实验发现，在闪烁体中形成平均电离密度为ρ的带电粒子所产生的闪烁光的脉冲形状，可参考图6公式。
33.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。