一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法及系统与流程

本发明属于γ射线探测技术，具体涉及一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法及系统。

背景技术：

1、氟化钡探测器是一种常用的无机闪烁体探测器，用于gamma射线(γ射线)的探测，广泛的应用于核数据、核天体物理、核医学等领域。它对γ射线探测效率高，具有能量分辨率好、时间分辨率好、中子灵敏度低的优点。同时氟化钡探测器中有天然放射性本底alpha粒子(α粒子)的存在，这是由镭元素的衰变产生的。镭与钡是同族元素，目前的生产工艺很难把氟化钡晶体原料中的镭杂质去除干净，因此在使用氟化钡探测器测量较宽能区(0.5mev～10mev)的γ射线时，能够更好把α粒子信号从γ射线信号中鉴别出来，具有很重要的意义。

2、目前鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法主要有两种：一种是直接通过两种粒子在探测器中的沉积能量来区分，镭元素衰变过程中会产生4种能量的α粒子在氟化钡探测器中沉积的能量范围是1.3mev～3.4mev，在此能量范围外的γ射线才能被区分出来。

3、另一种方法是采用快总成分比来鉴别两种粒子。氟化钡探测器有两种发光成分：其中快成分的光衰减时间为0.6ns，慢成分的光衰减时间为620ns。氟化钡探测器探测到的γ射线的信号波形有明显的快成分，之后信号幅度迅速下降，与慢成分重叠在一起；α粒子的信号波形没有快成分，只有慢成分，随着时间的推进，信号幅度缓慢下降。利用这两种粒子信号波形的特点，通常设定信号开始的前10ns为快成份、之后的70ns为慢成分，两者相加得到总成分。使用氟化钡探测器测量γ射线，通过计算每个探测器信号的快成分与总成分的比值可以得到如图1所示的分布。国际惯例通常采用鉴别品质因子fom评估鉴别能力，fom越大，表明鉴别效果越理想。

4、

5、式中，μα和μgamma分别为α峰和γ峰的均值；fwhmα和fwhmgamma分别为α峰和γ峰的半高全宽(即峰值一半位置的宽度)。使用氟化钡探测器(晶体尺寸：直径2英寸、厚度1英寸)分别测量放射源22na、137cs、60co的gamma射线，通过快总成分比鉴别粒子方法得到的fom为0.93～1.04，表明此方法并不能很好的区分开α粒子和γ射线。此方法的关键是完整得到γ射线信号波形的快成分，但是由于同种类型的信号波形并不是完全相同的。随着γ射线能量的增加，波形快成份的上升时间会增加，快成份的持续时间也会相应增加，再加上波形信号的时间晃动，使用固定时长的波形作为快成份必然无法满足真实的实验条件，对于低能的γ射线可能会包含一部分慢成分，对于高能的γ射线可能快成分又没有完全包含进来，因此快总成分比鉴别粒子方法存在一定的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法及系统，基于α粒子和γ射线在氟化钡探测器中信号波形脉冲宽度的不同，在宽能区对这两种类型的粒子进行更好的鉴别。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，包括如下步骤：

4、1)记录氟化钡探测器在测量过程中的所有信号波形；

5、2)得到各信号波形脉冲的峰值；

6、3)针对各信号波形，得到脉冲上升过程中到达50％峰值位置的时间tstart，以及脉冲下降过程中到达50％峰值的时间tend；

7、4)通过下式得到各信号波形的脉冲宽度，

8、t＝tend-tstart

9、其中，t代表粒子波形的脉冲宽度；

10、5)比较脉冲宽度t与设定值的大小，如果t小于设定值，则该信号波形对应的为γ射线信号；如果t大于等于设定值，则该信号波形对应的为α粒子信号。

11、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，步骤1)中采用flashadc高速采集卡记录信号波形，波形的横坐标为采样时长，纵坐标为脉冲幅度。

12、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，步骤3)中采用插值计算的方式得到脉冲上升过程中到达50％峰值位置的时间tstart，以及脉冲下降过程中到达50％峰值的时间tend。

13、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，步骤5)中所述的设定值的取值范围为20-50ns。

14、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，步骤5)中数据获取模块只记录γ射线信号，将α粒子信号舍弃。

15、一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，包括：

16、信号波形采集模块，用于记录氟化钡探测器在测量过程中的所有信号波形；

17、脉冲波形处理模块，用于获取各信号波形脉冲的峰值，并得到脉冲上升过程中到达50％峰值位置的时间tstart，以及脉冲下降过程中到达50％峰值的时间tend；

18、脉冲宽度判断模块，得到各信号波形的脉冲宽度t＝tend-tstart，并比较脉冲宽度t与设定值的大小关系，判断信号类型；

19、数据获取模块，记录脉冲宽度t小于设定值的γ射线信号，舍弃脉冲宽度t大于等于设定值的α粒子信号。

20、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，所述的信号波形采集模块采用flashadc高速采集卡，分辨率≥8bi t，采样率≥1g，波形采样长度≥500ns。

21、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，氟化钡探测器的阳极电流信号直接输入所述flashadc高速采集卡，所述flashadc高速采集卡通过以太网与计算机系统连接，将获取的原始信号波形传输至计算机系统进行数据分析处理和存储。

22、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，所述flashadc高速采集卡具有多个信号输入通道，能够同时记录多个氟化钡探测器的信号波形。

23、进一步，如上所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，所述的设定值的取值范围为20-50ns。

24、本发明的有益效果如下：

25、(1)采用分辨率≥8bit，采样率≥1g的高速采集卡有利于记录氟化钡探测器的信号波形，进行波形分析处理；

26、(2)采用计算脉冲宽度的方法有利于展现出氟化钡探测器测量的γ射线和自身包含的α粒子的差异，达到有效去除α粒子的目的。同样使用氟化钡探测器(晶体尺寸：直径2英寸、厚度1英寸)分别测量放射源22na、137cs、60co的γ射线，通过脉冲宽度鉴别粒子方法得到的fom为1.89～1.92，相对于快总成分比方法，粒子鉴别的能力提高了90％以上；

27、(3)整个系统可以只记录有效的γ射线的信号，有利于提高氟化钡探测器的效应本底比，减少测量时间，节约数据存储空间。

技术特征：

1.一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，其特征在于，步骤1)中采用flashadc高速采集卡记录信号波形，波形的横坐标为采样时长，纵坐标为脉冲幅度。

3.如权利要求1所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，其特征在于，步骤3)中采用插值计算的方式得到脉冲上升过程中到达50％峰值位置的时间tstart，以及脉冲下降过程中到达50％峰值的时间tend。

4.如权利要求1所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，其特征在于，步骤5)中所述的设定值的取值范围为20-50ns。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法，其特征在于，步骤5)中数据获取模块只记录γ射线信号，将α粒子信号舍弃。

6.一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，其特征在于，所述的信号波形采集模块采用flashadc高速采集卡，分辨率≥8bit，采样率≥1g，波形采样长度≥500ns。

8.如权利要求7所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，其特征在于，氟化钡探测器的阳极电流信号直接输入所述flashadc高速采集卡，所述flashadc高速采集卡通过以太网与计算机系统连接，将获取的原始信号波形传输至计算机系统进行数据分析处理和存储。

9.如权利要求8所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，其特征在于，所述flashadc高速采集卡具有多个信号输入通道，能够同时记录多个氟化钡探测器的信号波形。

10.如权利要求6所述的鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的系统，其特征在于，所述的设定值的取值范围为20-50ns。

技术总结
本发明涉及一种鉴别氟化钡探测器中α粒子和γ射线的方法及系统，该方法包括：1)记录测量过程中的所有信号波形；2)得到各信号波形脉冲的峰值；3)得到脉冲上升过程中到达50％峰值位置的时间T<subgt;start</subgt;，以及脉冲下降过程中到达50％峰值的时间T<subgt;end</subgt;；4)计算得到各信号波形的脉冲宽度T＝T<subgt;end</subgt;‑T<subgt;start</subgt;；5)比较脉冲宽度T与设定值的大小，从而区分信号波形对应的为γ射线信号还是α粒子信号。本发明基于α粒子和γ射线在氟化钡探测器中信号波形脉冲宽度的不同，对这两种类型的粒子进行鉴别，从而提高氟化钡探测器在宽能区α粒子和γ射线的鉴别能力，有效去除α粒子本底，提高效应本底比，提升氟化钡探测器的性能，节约数据存储空间。

技术研发人员：张奇玮
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24