一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器

本发明涉及探测器，具体涉及一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器。

背景技术：

1、随着我国核能事业的发展，放射性物质的使用越发频繁，高放物质总量也急剧增加。因此，在涉核研究、应用的过程中，放射性物质给操作人员和环境带来的辐射风险也绝不能忽视。其中，β和γ辐射是涉核工作场所中常见的射线，并且β和γ总是同时存在，这种辐射场被称为β-γ混合场。为了保障操作人员、公众和环境的安全，在开发利用核能的同时必须开展β-γ辐射剂量监测与防护工作。

2、目前，国内外研究小组报道了多种用于混和场中(α、β、n和γ)区分测量各类载能粒子的原理，如：脉冲形状甄别法、多探测元件-多pmt法、多探测元件-单一pmt法等。脉冲形状甄别法：使用一个探测元件，利用粒子在探测材料中的电离密度(产生脉冲)差别来甄别不同的粒子，如：上升时间甄别法、常时间甄别法和恒比甄别法。多探测元件-多pmt法：这种方法具有多个探测元件，每一个探测元件的信号都由独立的信号测量单元读出，这种方法主要是利用产生信号的探测元件的不同，将输出的信号进行时间符合与能量加和，以确定粒子的辐照深度(α粒子浅、γ粒子深)，进而对粒子的种类、能量进行甄别、测量。多探测元件-单一pmt法：主要利用多个探测元件依次排列，不同的粒子在各个探测层中发生能量沉积的概率和比例不同。最后，测量各个探测元件中是否有信号输出以及分析信号强度的比例，进而实现粒子的甄别，以及能谱信息的收集。这种粒子甄别的设备即由多个发光衰减时间不同的闪烁体和一个光电倍增管(pmt)光学耦合在一起组成探测器。

3、现有的探测器有如下几种类型：①闪烁体+pmt耦合：常规的探测器探头的制作方式，如塑料闪烁体直接与光电倍增管耦合，在塑料闪烁体直接涂有光学耦合剂；②闪烁体+光导+pmt耦合：也是常规的探头制作方式，如nai(tl)会潮解，因此不能与pmt直接耦合，需要加一层光导；③闪烁体+波移光纤耦合：通常在闪烁体的表面挖槽，将光纤嵌在闪烁体表面。但是，“闪烁体+pmt耦合”和“闪烁体+光导+pmt耦合”的方法使用的pmt需要加几百伏的高压，pmt的尺寸不适用于收集每一层闪烁体产生的信号，并且需要三个光电倍增管，非常昂贵，存在成本高的问题；“闪烁体+波移光纤耦合”的方式收集效率低，且波移光纤非常昂贵。可见，现有的上述探测器探头均，效率底，耗时间等类似问题。

4、针对上述技术问题，本发明提供一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器，涉及核探测、核电子和光信号收集等相结合的技术，其针对一种新的β-γ混合场甄别测量方式(该方法需要分别收集每一层闪烁体的光信号)并无成熟的探头加工制作方法，通过理论模拟计算并加工出实际的探测器探头，最终的实际测量结果表明，该方法能够获取实际有效的探测器信号。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是提供一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器，包括闪烁体1、光电探测器阵列2、读出电路板3、信号输出端4、供电端5、外壳6、探测面7和底座8，所述的闪烁体1和光电探测器阵列2置于外壳6中，所述的闪烁体1包括从上而下设置的第一层闪烁体101、第二层闪烁体102和第三层闪烁体103，所述的光电探测器阵列2包括从上而下设置的线阵列sipm探测器c201、线阵列sipm探测器b202和线阵列sipm探测器a203，分别从侧面与三层闪烁体耦合连接；所述的第一层闪烁体101顶部设置有探测面7，从顶面封闭外壳6，所述的读出电路板3从底面封闭外壳6，所述的读出电路板3置于底座8上，底座8底端设置有信号输出端4和供电端5，所述的信号输出端4包括信号输出c401、信号输出b402和信号输出a403，分别对应的输出相同标识的探测器阵列2的信号，所述的读出电路板3通过boost升压回路给光电探测器阵列2提供偏压，并将光电探测器阵列2输出的电信号进行前置放大、偏置调节、脉冲成形并输出到信号输出端4，所述的读出电路板3上设置有多个电位螺丝，用于调节电压。

2、优选的，所述的第一层闪烁体101和第二层闪烁体102为塑料闪烁晶体，所述的第三层闪烁体103为csi(tl)闪烁体晶体。

3、优选的，所述的第一层闪烁体101、第二层闪烁体102和第三层闪烁体103的面积大小为75mm×75mm，第一层闪烁体101厚度为0.5mm，第二层闪烁体102厚度为18mm，第三层闪烁体103的厚度为20mm。

4、优选的，所述的光电探测器阵列2为1×13个sipm单片组成的阵列，单片sipm大小为6mm×6mm。

5、优选的，所述的外壳为2mm的铝壳。

6、优选的，所述的第一层闪烁体101、第二层闪烁体102和第三层闪烁体103的六个面均抛光处理，除光收集面外，其他部分均镀tio2漫反射层，并使用20μm厚的铝化聚酯薄膜包裹。

7、优选的，采用螺丝将各个部件固定在底座上。

8、优选的，所述的供电端5为lemo-3pin，使用±12v的直流电源。

9、优选的，所述的boost升压回路是通过调节boost升压回路模块的电位螺丝，分别改变线阵列sipm探测器a203、线阵列sipm探测器b202或线阵列sipm探测器c201上所加的偏置电压，改变线阵列sipm探测器a203、线阵列sipm探测器b202或线阵列sipm探测器c201的增益，调节范围为25.2v～30.7v。

10、优选的，通过调节偏置调节模块的电位螺丝，分别调节线阵列sipm探测器a203、线阵列sipm探测器b202或线阵列sipm探测器c201输出通道的脉冲信号的基线，调节范围为±5v。

11、相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供了一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器，所述的探测器结构简单，可用于测量β-γ混合场，可以实现分层导出信号，与传统使用pmt的结构相比，具有低电压、体积更小巧灵活且对磁场不敏感，可以同时获取三层闪烁体的信号，为将来采用多路符合测量β-γ混合场提供技术支撑。

技术特征：

1.一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，包括闪烁体(1)、光电探测器阵列(2)、读出电路板(3)、信号输出端(4)、供电端5、外壳(6)、探测面(7)和底座(8)，所述的闪烁体(1)和光电探测器阵列(2)置于外壳(6)中，所述的闪烁体(1)包括从上而下设置的第一层闪烁体(101)、第二层闪烁体(102)和第三层闪烁体(103)，所述的光电探测器阵列(2)包括从上而下设置的线阵列sipm探测器c(201)、线阵列sipm探测器b(202)和线阵列sipm探测器a(203)，分别从侧面与三层闪烁体耦合连接；所述的第一层闪烁体(101)顶部设置有探测面(7)，从顶面封闭外壳(6)，所述的读出电路板(3)从底面封闭外壳(6)，所述的读出电路板(3)置于底座(8)上，底座(8)底端设置有信号输出端(4)和供电端5，所述的信号输出端(4)包括信号输出c(401)、信号输出b(402)和信号输出a(403)，分别对应的输出相同标识的光电探测器阵列(2)的信号，所述的读出电路板(3)通过boost升压回路给光电探测器阵列(2)提供偏压，并将光电探测器阵列(2)输出的电信号进行前置放大、偏置调节、脉冲成形并输出到信号输出端(4)。

2.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的第一层闪烁体(101)和第二层闪烁体(102)为塑料闪烁晶体，所述的第三层闪烁体(103)为csi(tl)闪烁体晶体。

3.如权利要求2所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的第一层闪烁体(101)、第二层闪烁体(102)和第三层闪烁体(103)的面积大小为75mm×75mm，第一层闪烁体(101)厚度为0.5mm，第二层闪烁体(102)厚度为18mm，第三层闪烁体(103)的厚度为20mm。

4.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的光电探测器阵列(2)为1×13个sipm单片组成的阵列，单片sipm大小为6mm×6mm。

5.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的外壳为2mm的铝壳。

6.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的第一层闪烁体(101)、第二层闪烁体(102)和第三层闪烁体(103)的六个面均抛光处理，除光收集面外，其他部分均镀tio2漫反射层，并使用20μm厚的铝化聚酯薄膜包裹。

7.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，采用螺丝将各个部件固定在底座上。

8.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的供电端5为lemo-3pin，使用±12v的直流电源。

9.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，所述的boost升压回路是通过调节boost升压回路模块的电位螺丝，分别改变线阵列sipm探测器a(203)、线阵列sipm探测器b(202)或线阵列sipm探测器c201上所加的偏置电压，改变线阵列sipm探测器a(203)、线阵列sipm探测器b(202)或线阵列sipm探测器c201的增益，调节范围为25.2v～30.7v。

10.如权利要求1所述的适用于多辐射环境的甄别测量探测器，其特征在于，通过调节偏置调节模块的电位螺丝，分别调节线阵列sipm探测器a(203)、线阵列sipm探测器b(202)或线阵列sipm探测器c201输出通道的脉冲信号的基线，调节范围为±5v。

技术总结
本发明涉及探测器技术领域，具体涉及一种适用于多辐射环境的甄别测量探测器，包括闪烁体、光电探测器阵列、读出电路板、信号输出端、供电端、外壳、探测面和底座，闪烁体和光电探测器阵列置于外壳中，闪烁体和光电探测器阵列从侧面耦合连接；探测面从顶面封闭外壳，读出电路板从底面封闭外壳，读出电路板置于底座上，底座底部设置有信号输出端和供电端，所述的探测器具有结构简单，可用于测量β‑γ混合场，实现分层导出信号，与传统使用PMT的结构相比，具有低电压、体积更小巧灵活且对磁场不敏感，可以同时获取三层闪烁体的信号，为将来采用多路符合测量β‑γ混合场提供技术支撑。

技术研发人员：方开洪,秦庆,韩雪岩,王云宇,李铎,陆鑫,司书尧
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13