双通道计数系统、高剂量条件下剂量当量的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电离辐射测试技术领域，特别涉及一种双通道计数系统、高剂量条件 下剂量当量的测量方法。
【背景技术】
[0002] 半导体个人剂量计由于具有低功耗、小体积、高灵敏度、实时测量等特征，被广泛 应用于核电站、放射医学、无损探测、反应堆等辐射场所。随着能源需求的日益增加，核电的 发展将进一步加剧了个人剂量计的需求。但是，受仪器功耗、体积、探测器前端技术等制约， 采用低功耗、分列元器件组成的探测器电子系统，其输出核脉冲信号具有一定宽度，当在高 剂量辐射场时，会出现脉冲堆积现象，导致计数线性变差。
[0003] 为了解决上述问题，目前主要采取的方法有两种，第一种是在单一能量条件下， 可通过死时间修正技术完成计数线性修正，但在不同能量下其死时间修正系数不同，在实 际测量中辐射场射线能量特征往往是不清楚的，因此不能实现在平均有效能量在48keV~ 1.25MeV范围内高剂量条件下的剂量测量。除此之外，可以采用半导体芯片集成技术代替分 列元器件组成的前端探测器电子学系统，在不损失灵敏度的前提下，通过提高脉冲信号输 出宽度来解决计数的非线性问题，但是这种方法受到半导体芯片集成技术的制约，成本较 尚。
[0004] 本发明为国家重大科学仪器设备开发专项资金资助项目（项目名称：新型电离辐 射检测仪器和关键部件开发及应用，项目编号：2013YQ090811)。
【发明内容】
[0005] 【要解决的技术问题】
[0006] 本发明的目的是提供一种双通道计数系统、高剂量条件下剂量当量的测量方法， 以解决辐射场平均有效能量在48keV~I. 25MeV范围内高剂量条件下的剂量当量测量问 题。
[0007] 【技术方案】
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0009] 本发明首先涉及一种双通道计数系统，其包括半导体探测器、电荷灵敏放大电路、 第一脉冲成形电路、第一比较器、第二脉冲成形电路、第二比较器、MCU，所述第一脉冲成形 电路和第二脉冲成形电路分别配置成输出不同幅度和宽度的脉冲信号，所述MCU包括用于 对第一比较器的输出脉冲进行计数的第一计数器、用于对第二比较器的输出脉冲进行计数 的第二计数器，
[0010] 所述电荷灵敏放大电路的输入端与半导体探测器连接，其输出端分别与第一脉冲 成形电路的输入端和第二脉冲成形电路的输入端连接；所述第一比较器的输入端分别与第 一脉冲成形电路的输出端和第一阈值电压信号源连接，所述第二比较器的输入端分别与第 二脉冲成形电路的输出端和第二阈值电压信号源连接，所述第一阈值信号源的电压值与第 二阈值信号源的电压值不相等；所述MCU分别与第一比较器的输出端和第二比较器的输出 端连接。
[0011] 作为一种优选的实施方式，所述电荷灵敏放大电路包括JFET、第一电阻、第二电 阻、第一电容和第一运算放大器，所述JFET的栅极作为电荷灵敏放大电路的输入端分别与 半导体探测器的阳极、第二电阻的一端、第一电容的一端连接，所述JFET的源极接地，所述 JFET的漏极分别与第一电阻的一端、第一运算放大器的输入端连接，所述半导体探测器的 阴极、第一电阻的另一端均与第一电压源连接，所述第一运算放大器的输出端作为电荷灵 敏放大电路的输出端分别与第二电阻的另一端、第一电容的另一端连接。
[0012] 作为另一种优选的实施方式，所述第一阈值电压信号源的电压值与第二阈值电压 信号源的电压值比值小于等于〇. 8。
[0013] 作为另一种优选的实施方式，所述半导体探测器为Si-Pin探测器。
[0014] 本发明还涉及一种高剂量条件下剂量当量的测量方法，该方法包括：
[0015] 步骤A:初始化权利要求1至4中任一所述的双通道计数系统；
[0016] 步骤B:选择辐射场，所述辐射场为中能辐射场或高能辐射场；
[0017] 步骤C:确定测量条件，如果选择的辐射场为中能辐射场，则所述测量条件为辐射 源的管电流，如果选择的辐射场为高能辐射场，则所述测量条件为剂量当量测量位置；
[0018] 步骤D:在所确定的测量条件下，采用所述双通道计数系统对辐射源的辐射剂量 进行计数，并对第一计数器计数值N1和第二计数器计数值化进行加权处理得到双通道计数 值M1，所述加权处理的公式为：
【主权项】
1. 一种双通道计数系统，其特征在于：其包括半导体探测器、电荷灵敏放大电路、第一 脉冲成形电路、第一比较器、第二脉冲成形电路、第二比较器、MCU，所述第一脉冲成形电路 和第二脉冲成形电路分别配置成输出不同幅度和宽度的脉冲信号，所述MCU包括用于对第 一比较器的输出脉冲进行计数的第一计数器、用于对第二比较器的输出脉冲进行计数的第 二计数器， 所述电荷灵敏放大电路的输入端与半导体探测器连接，其输出端分别与第一脉冲成形 电路的输入端和第二脉冲成形电路的输入端连接；所述第一比较器的输入端分别与第一脉 冲成形电路的输出端和第一阈值电压信号源连接，所述第二比较器的输入端分别与第二脉 冲成形电路的输出端和第二阈值电压信号源连接，所述第一阈值信号源的电压值与第二阈 值信号源的电压值不相等；所述MCU分别与第一比较器的输出端和第二比较器的输出端连 接。
2. 根据权利要求1所述的双通道计数系统，其特征在于所述电荷灵敏放大电路包括 JFET、第一电阻、第二电阻、第一电容和第一运算放大器，所述JFET的栅极作为电荷灵敏放 大电路的输入端分别与半导体探测器的阳极、第二电阻的一端、第一电容的一端连接，所述 JFET的源极接地，所述JFET的漏极分别与第一电阻的一端、第一运算放大器的输入端连 接，所述半导体探测器的阴极、第一电阻的另一端均与第一电压源连接，所述第一运算放大 器的输出端作为电荷灵敏放大电路的输出端分别与第二电阻的另一端、第一电容的另一端 连接。
3. 根据权利要求1或2所述的双通道计数系统，其特征在于所述第一阈值电压信号源 的电压值与第二阈值电压信号源的电压值比值小于等于〇. 8。
4. 根据权利要求1所述的双通道计数系统，其特征在于所述半导体探测器为Si-Pin探 测器。
5. -种高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于包括： 步骤A :初始化权利要求1至4中任一所述的双通道计数系统； 步骤B :选择辐射场，所述辐射场为中能辐射场或高能辐射场； 步骤C :确定测量条件，如果选择的辐射场为中能辐射场，则所述测量条件为辐射源的 管电流，如果选择的辐射场为高能辐射场，则所述测量条件为剂量当量测量位置； 步骤D :在所确定的测量条件下，采用所述双通道计数系统对辐射源的辐射剂量进行 计数，并对第一计数器计数值N1和第二计数器计数值N 2进行加权处理得到双通道计数值 M1，所述加权处理的公式为：
上式中，A的取值为
，B为时间单位转换因子； 步骤E :在所确定的测量条件下，使用标准计量仪测量得到标准计量仪的测量值D2，对 标准计量仪的测量值D2进行换算处理得到标准计量仪换算值M 2，所述换算处理的公式为： M2 = D 2 · L · H， 上式中L为在137Cs辐射场下的灵敏度因子，H为剂量单位转换因子； 步骤F :计算标准计量仪换算值M2与双通道计数值M i之间的比值K ^ 步骤G :重新确定测量条件，重复步骤D至步骤F，得到不同测量条件下的双通道计数值 M1、标准计量仪的测量值D2、比值心，将各个测量条件下的双通道计数值M1、比值心的倒数、 标准计量仪的测量值D 2、比值心分别保存至第一向量、第二向量、第三向量和第四向量； 步骤H :对第一向量的数据和第二向量的数据进行线性拟合得到第一直线方程，对第 三向量的数据和第四向量的数据进行线性拟合得到第二直线方程； 步骤I :重复步骤B至步骤H直至完成中能辐射场和高能辐射场的测量，具体地，如果 步骤B选择的辐射场为中能辐射场，则调整中能辐射场辐射源的管电压，重复步骤C至步骤 H，得到中能辐射场在各个管电压条件下的第一直线方程和第二直线方程，如果步骤B选择 的辐射场为高能辐射场，则执行步骤C至步骤H得到高能辐射场下的第一直线方程和第二 直线方程； 步骤J :将所有的第一直线方程组合成第一直线方程集合，将所有的第二直线方程组 合成第二直线方程集合，在第一直线方程集合中对斜率最大的直线方程和斜率最小的直线 方程作插值处理得到第一插值方程，在第二直线方程集合中对斜率最大的直线方程和斜率 最小的直线方程作插值处理得到第二插值方程； 步骤K :采用第一插值方程和第二插值方程对双通道计数值M1进行修正。
6. 根据权利要求5所述的高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于所述步骤K 具体包括： 步骤Kl :将双通道计数值M1代入第一插值方程求解得到比值Kr的倒数； 步骤K2 :将步骤Kl求得的比值&代入第二插值方程求解得到修正后的剂量当量值。
7. 根据权利要求5所述的高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于所述中能辐 射场为X射线辐射场。
8. 根据权利要求7所述的高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于所述X射线 辐射场的管电压值为100kV、150kV、200kV、250kV或300kV。
9. 根据权利要求5所述的高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于所述高能辐 射场为6°Co辐射场。
10. 根据权利要求5所述的高剂量条件下剂量当量的测量方法，其特征在于所述步骤B 中辐射场的平均有效能量的范围为48keV~I. 25MeV，剂量当量值可调整范围为50mSv/h~ lSv/h〇
【专利摘要】本发明涉及电离辐射测试技术领域，提供一种双通道计数系统、高剂量条件下剂量当量的测量方法，以解决高剂量条件下的剂量当量测量问题。该测量方法主要包括：初始化双通道计数系统；分别在中能辐射场和高能辐射场进行测量；对各个条件下的测量值进行线性拟合得到插值方程。本发明提出的技术方案在一定的辐射场平均有效能量范围内，实现了半导体探测器计数线性和能量响应的同时修正。
【IPC分类】G01T1-02, G01T1-24
【公开号】CN104678423
【申请号】CN201510104261
【发明人】黄平, 刘操, 龚岚, 杨乾
【申请人】四川中测辐射科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月10日