一种提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法及系统与流程

本发明属于γ射线探测技术，具体涉及一种提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法及系统。

背景技术：

1、氟化钡探测器具有时间分辨率高、中子灵敏度低、不潮解、易加工的优点，因此非常适合用于测量γ射线，它在辐射防护、核数据测量、核工程与技术、核医学领域有着非常广泛的应用。氟化钡探测器自身包含有天然放射性本底α粒子，来源于与钡元素共生存在的镭元素的衰变，现阶段的生产工艺中，很难使用化学的方法去除氟化钡晶体原料中的镭杂质，因此使用氟化钡探测器的一个重要前提就是如何从探测到的γ射线信号中去除α粒子的干扰。在实际的应用场景中，往往需要测量较宽能区(0.5mev～10mev)的γ射线，通过提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力，就能够进一步提升探测器的性能，拓展氟化钡探测器的应用领域。

2、如图1所示，使用粒子鉴别方法得到α粒子和γ射线的分布图，根据统计学原理，这两种类型粒子的分布都满足高斯分布。国际上通常采用鉴别品质因子fom作为评估探测器粒子鉴别能力的标准，fom越大，表明鉴别能力越强，鉴别效果越理想。

3、

4、式中，μα和μγ分别使用高斯拟合后得到的α峰和γ峰的均值；fwhmα和fwhmγ分别为α峰和γ峰的半高全宽(即峰值一半位置的宽度)。

5、目前常用的氟化钡探测器中α粒子和γ射线的鉴别方法主要有两种：一种是沉积能量鉴别法。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，测量此能量范围外的γ射线能够被明显区分出来，而在实际使用环境中，氟化钡探测器测量的γ射线的能量范围通常是0.5mev～10mev。例如使用氟化钡探测器(晶体尺寸：直径2英寸、厚度1英寸)测量放射源60co的γ射线，它的特征γ射线有两条分别是1.17mev和1.33mev。由于1.33mev的γ射线与α粒子的能量沉积区域重合，使用沉积能量鉴别法得到的fom为0.32，α粒子和γ射线和鉴别能力较差。

6、另一种方法是快总成分比鉴别法。氟化钡探测器的特点是发射的闪烁光包含快慢两种发光成分：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粒子的信号波形则没有快成分，只有慢成分，信号幅度下降缓慢。此方法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，计算每个探测器信号的快成分与总成分的比值得到分布图。使用上述相同的实验条件分别测量放射源22na、137cs、60co的γ射线，通过快总成分比鉴别方法得到的fom为0.93～1.04，表明此方法的粒子分辨能力明显强于沉积能量鉴别法，但也存在一定的不足。此方法的关键是完整得到γ射线信号波形的快成分，对于不同能量的γ射线，它的信号波形快成份的上升时间也不相同，这意味着快成份的持续时间有明显差别，再考虑到波形信号的时间晃动，使用固定时长(例如10ns)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射线此段固定时长可能会包含一部分慢成分，而对于高能的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并不适用于宽能区的γ射线的测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法及系统，基于α粒子和γ射线在氟化钡探测器中信号波形时间衰减常数的差异，在宽能区对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、一种提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法，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)选择峰值位置之后t时刻的波形，通过下式拟合得到时间衰减常数τ，

7、

8、式中，v(t)为t时刻的波形幅度，v0为信号基线的幅度，a为波形峰值的幅度，t0为到达峰值的时刻，τ为信号波形的时间衰减常数；

9、4)比较信号波形的时间衰减常数τ与设定值的大小，如果τ小于设定值，则该信号波形对应的为γ射线信号；如果τ大于等于设定值，则该信号波形对应的为α粒子信号。

10、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法，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。

11、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法，步骤3)中所选取的t时刻的波形为以峰值位置为0时刻之后300-500ns范围内的波形。

12、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法，步骤4)中所述的设定值的取值范围为20-50ns。

13、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的方法，步骤4)中数据获取模块只记录γ射线信号，将α粒子信号舍弃。

14、一种提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的系统，包括：

15、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；

16、脉冲波形处理及拟合模块，用于获取各信号波形脉冲的峰值，选择峰值位置之后t时刻的波形，通过下式拟合得到时间衰减常数τ，

17、

18、式中，v(t)为t时刻的波形幅度，v0为信号基线的幅度，a为波形峰值的幅度，t0为到达峰值的时刻，τ为信号波形的时间衰减常数；

19、时间衰减常数判断模块，用于比较信号波形的时间衰减常数τ与设定值的大小关系，判断信号类型；

20、数据获取模块，记录时间衰减常数τ小于设定值的γ射线信号，舍弃时间衰减常数τ大于等于设定值的α粒子信号。

21、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的系统，所述的信号波形采集模块采用flashadc高速采集卡，分辨率≥8bit，采样率≥1g，波形采样长度≥500ns。

22、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的系统，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。

23、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的系统，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。

24、进一步，如上所述的提升氟化钡探测器中α和γ鉴别能力的系统，所述的设定值的取值范围为20-50ns。

25、本发明的有益效果如下：

26、(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；

27、(2)采用时间衰减常数法有利于凸显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，此方法相对于快总成分比方法，粒子鉴别的能力提高了45％以上；

28、(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。