一种核应急多功能便携式辐射监测系统及监测方法与流程

本发明涉及核辐射监测技术领域，更具体的说是涉及一种核应急多功能便携式辐射监测系统及监测方法。

背景技术：

随着核技术的发展，核技术利用已经慢慢走进人们的生活，越来越多的项目都与核技术有关联，如核动力工业、放射性医学、辐照灭活改性等。但是我们应该注意的一点是，核技术能使我们获益，同样也能危害人类的生活。我国的医疗、工业、农业等部门所使用的放射源数量大、周期长、分布散，管理难度很大。虽然相关政府部门对放射源的管理措施不断加强，但是仍然有放射源事故发生。如：工业探伤所用的源和石油测井所用的中子源遗失、放射性尾矿治理不及时、核设施发生核事故产生的放射性泄露等一系列核安全事件。因此，在利用核技术的同时，也必须加强辐射环境的检测和监控。为了保护公众和环境，提高辐射事故的应急响应能力至关重要，探索更先进的技术完善核辐射探测仪器将变得极其重要。

放射性的大小(剂量率)和何种放射性(x、γ、n)是放射性评估中最关心的两个参数，我国环保部门一般采用单一功能的探测器开展相关工作，而分析辐射场往往需要多个种类的探测器同时协同工作。测得多种数据后进而分析整个辐射场所的实际情况，在一些突发核事故中会造成一定的信息滞后，不利于核事故的快速控制和处置。

因此，如何研制出一种既能检测出核辐射大小又能准确探测出核辐射种类的核应急多功能便携式辐射监测系统及监测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种核应急多功能便携式辐射监测系统及监测方法，其目的在于既能检测出核辐射大小又能准确探测出核辐射种类。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核应急多功能便携式辐射监测系统，包括：探测模块和数据处理与控制模块；所述探测模块与所述数据处理与控制模块双向连接；

所述探测模块包括g-m计数管、nai探测器和3he中子探测计数管；

其中，所述g-m计数管和所述nai探测器分别用于辐射剂量的高能段和低能端进行辐射探测，所述3he中子探测计数管用于中子剂量探测；

所述数据处理与控制模块包括探测器选择单元、多道脉冲幅度分析器和计量转换单元；

所述探测器选择单元分别与所述g-m计数管和所述nai探测器相连，用于对探测模块内的所述g-m计数管和所述nai探测器的选通进行控制，实现所述g-m计数管和所述nai探测器的切换；

所述多道脉冲幅度分析器与所述nai探测器相连，用于获取能谱，将所获取的能谱与标准能谱对比确定产生当前辐射的放射性核素的种类；

所述剂量转换单元分别与所述多道脉冲幅度分析器、所述g-m计数管和所述3he中子探测计数管相连，用于通过转换获取对应的空气吸收剂量率和中子辐射剂量。

优选的，所述探测器选择单元包括存储器、量程判别器和选通开关；

所述存储器内预设有计数值阈值ns，其中所述计数值阈值ns属于所述g-m计数管和所述nai探测器量程的交叉范围内；

所述量程判别器与存储器和所述选通开关相连，用于将预选通的所述g-m计数管所获得的脉冲计数n0与所述计数值阈值ns进行比较；

所述选通开关根据所述量程判别器的比较结果来对控制所述g-m计数管和所述nai探测器的通断。

优选的，所述数据处理与控制模块还包括放大电路，所述放大电路分别与所述nai探测器和所述3he中子探测计数管的输出端相连，用于对探测产生的脉冲信号进行放大。

优选的，所述探测模块还包括温度传感器，所述温度传感器用于实时获取环境温度。

优选的，所述数据处理与控制模块还包括能谱稳定单元；所述能谱稳定单元分别与所述多道脉冲幅度分析器和所述温度传感器相连，用于根据实时的环境温度对完成能谱道址修正，使能谱在温度变化下趋于稳定。

采用上述技术方案的有益效果为：

通过能谱与剂量的g(e)拟合对射线低能过响应问题进行修正，结合温度补偿，提升仪器的弱放射性的探测效率及低剂量时的准确性。

优选的，还包括电源模块，所述电源模块包括高压电源和低压电源，所述高压电源用于为所述探测模块供电，所述低压电源为所述数据处理与控制模块供电。

优选的，还包括数据传输模块，所述数据传输模块与所述数据处理与控制模块相连，通过所述数据传输模块实现与上位机的数据交互。

一种核应急多功能便携式辐射监测系统的监测方法，包括以下步骤：

s1.探测模块进行实时探测，其中，g-m计数管和nai探测器分别对辐射剂量的高能段和低能端进行辐射探测，3he中子探测计数管对中子剂量进行探测，并将所探测到的结果均发送至数据处理与控制模块；

s2.探测器选择单元对所述g-m计数管和所述nai探测器的选通进行控制；

当所述g-m计数管选通时，对脉冲进行计数，并将获取的结果发送至计量转换单元，所述计量转换单元将脉冲计数率转换为空气吸收剂量率；

当所述nai探测器选通时，对脉冲进行计数，并将获取的结果发送至多道脉冲幅度分析器中，所述多道脉冲幅度分析器获取能谱，通过能量窗判别法将所获取的能谱与标准能谱对比确定产生当前辐射的放射性核素的种类；所述剂量转换单元获取能谱，通过g(e)函数计算出对应的空气吸收剂量率结果；

3he中子探测计数管将所探测到的结果发送至剂量转换单元从而获取中子辐射剂量探测结果。

优选的，s2中所述的探测器选择单元对所述g-m计数管和所述nai探测器的选通进行控制的具体方法为：

选通所述g-m计数管，获取计数值n0，将计数值n0与计数值阈值ns进行比较；

若n0≥ns，则通过选通开关继续选通所述g-m计数管，获取计数值n1，n1为最终计数值；

若n0＜ns，则通过选通开关关闭所述g-m计数管，再选通所述nai探测器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种核应急多功能便携式辐射监测系统及监测方法，首先，通过采用g-m管、nai、3he管多种探测器复合设计，实现同时对x、γ、n三种射线进行辐射探测，能够准确快速获得辐射剂量率；其次，由于g-m管、nai、3he管两种辐射探测器由于死时间的存在而导致的工作特性较为局限，本发明通过控制其在低、高剂量率环境下自动选用nai探测器和gm计数管进行探测，两者相互补充使得系统既能同时测得剂量率和能谱两种数据，又对剂量率量程进行了扩宽，增加了系统的适用范围；另外，通过多道脉冲幅度分析器能够快速获取能谱，根据能谱与标准能谱进行对比能够进一步快速地获取放射性核素的种类，能够准确有效地实现剂量率的宽量程覆盖和常用核素的快速有效识别，而且该辐射监测系统结构简单，形成监测仪器后体积较小，能够更方便更迅速更精确和更安全的指导相关辐射从业人员开展相关工作，促使探测装备和技术不仅适用于突发核事故现场，而且更适用于各种需要辐射监测的场所。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种核应急多功能便携式辐射监测系统的整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种核应急多功能便携式辐射监测系统的监测方法的流程示意图。

具体实施方式

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。

本发明实施例公开了一种核应急多功能便携式辐射监测系统，包括：探测模块和数据处理与控制模块；探测模块与数据处理与控制模块双向连接；

探测模块包括g-m计数管、nai探测器和3he中子探测计数管；

其中，g-m计数管和nai探测器分别用于辐射剂量的高能段和低能端进行辐射探测，3he中子探测计数管用于中子剂量探测；

数据处理与控制模块包括探测器选择单元、多道脉冲幅度分析器和计量转换单元；

探测器选择单元分别与g-m计数管和nai探测器相连，用于对探测模块内的g-m计数管和nai探测器的选通进行控制，实现g-m计数管和nai探测器的切换；

多道脉冲幅度分析器与nai探测器相连，用于获取能谱，将所获取的能谱与标准能谱对比确定产生当前辐射的放射性核素的种类；

剂量转换单元分别与多道脉冲幅度分析器、g-m计数管和3he中子探测计数管相连，用于通过转换获取对应的空气吸收剂量率和中子辐射剂量。

为了进一步实施上述技术方案，探测器选择单元包括存储器、量程判别器和选通开关；

存储器内预设有计数值阈值ns，其中计数值阈值ns属于g-m计数管和nai探测器量程的交叉范围内；

量程判别器与存储器和选通开关相连，用于将预选通的g-m计数管所获得的脉冲计数n0与计数值阈值ns进行比较；

选通开关根据量程判别器的比较结果来对控制g-m计数管和nai探测器的通断。

为了进一步实施上述技术方案，数据处理与控制模块还包括放大电路，放大电路分别与nai探测器和3he中子探测计数管的输出端相连，用于对探测产生的脉冲信号进行放大。

为了进一步实施上述技术方案，探测模块还包括温度传感器，温度传感器用于实时获取环境温度。

为了进一步实施上述技术方案，数据处理与控制模块还包括能谱稳定单元；能谱稳定单元分别与多道脉冲幅度分析器和温度传感器相连，用于根据实时的环境温度对完成能谱道址修正，使能谱在温度变化下趋于稳定。

需要说明的是：

户外环境下γ谱仪的工作温度范围一般是-20～50℃。nai探测器中的nai闪烁晶体和光电倍增管都是温度敏感器件，任何温度变化都会引起探测器输出的改变从而导致能量峰位的漂移，以至对能谱数据的解析和核素识别造成困难。

本实施例中采用¹³⁷cs放射源作为刻度源，在高低温实验箱中以不同温度(-20～30℃，5℃/间隔)下对探测器进行实验，得到各温度下的γ能谱进行存储。并根据所得不同温度下的γ能谱，记录下每个能谱中x射线峰位、光电峰的道数值，拟合其道址随温度的变化曲线。在稳谱中可以用一条斜率为gain、零点为offset的直线作为能量刻度曲线，通过测量¹³⁷cs的两个参考峰位进行能量刻度。最后采用137cs作为参考源首先测量其32kev特征x射线峰位ch32kev和662kev特征γ射线峰位ch622kev然后进行能量刻度公式1和公式2，再根据不同时刻标定的能量刻度曲线和初始能量刻度曲线把测量道址ch测量校正到校正道址ch校正公式3：

gain＝662-32/(ch622kev－ch32kev)kev公式1

offset＝32×ch622kev－662×ch32kev/(ch622kev－ch32kev)kev公式2

ch校正＝1/gain0(gain(n)×ch测量+offset(n)-offset(0))公式3

最后根据温漂曲线得到不同温度下的修正系数曲线，将修正函数写入上位机程序。系统工作时，上位机实时获取温度传感器值选择对应温度的修正系数，自动完成γ能谱道址修正，使能谱在温度变化下趋于稳定。

为了进一步实施上述技术方案，还包括电源模块，电源模块包括高压电源和低压电源，高压电源用于为探测模块供电，低压电源为数据处理与控制模块供电。

为了进一步实施上述技术方案，还包括数据传输模块，数据传输模块与数据处理与控制模块相连，通过数据传输模块实现与上位机的数据交互。

一种核应急多功能便携式辐射监测系统的监测方法，包括以下步骤：

s1.探测模块进行实时探测，其中，g-m计数管和nai探测器分别对辐射剂量的高能段和低能端进行辐射探测，3he中子探测计数管对中子剂量进行探测，并将所探测到的结果均发送至数据处理与控制模块；

s2.探测器选择单元对g-m计数管和nai探测器的选通进行控制；

当g-m计数管选通时，对脉冲进行计数，并将获取的结果发送至计量转换单元，计量转换单元将脉冲计数率转换为空气吸收剂量率；

当nai探测器选通时，对脉冲进行计数，并将获取的结果发送至多道脉冲幅度分析器中，多道脉冲幅度分析器获取能谱，通过能量窗判别法将所获取的能谱与标准能谱对比确定产生当前辐射的放射性核素的种类；剂量转换单元获取能谱，通过g(e)函数计算出对应的空气吸收剂量率结果；

3he中子探测计数管将所探测到的结果发送至剂量转换单元从而获取中子辐射剂量探测结果。

需要说明的是：

能量窗判别法根据需要将能量段分为若干个个能量窗，通过合理的设置各个能窗的能量上限和能量下限，并把射线在此范围内的全部计数作为该能量特征峰的主要贡献，通过直接对比即可判断核素信息，也可根据需要增加不同的能量窗用于核素分析。

每一种放射性核素的能量的数值在一定范围内，在整个能谱中的位置相对固定，通常接触的放射性核素的能量范围在30kev-3mev，通常能量范围按分辨率的大小分为2¹⁰的整数倍即1024的整数倍(如果按1024分的话，即道宽为3mev/1024＝3kev,)一些核素的能量是已知的，如¹³¹i的能量为365.4kev、¹³⁷cs的能量为661.7kev、⁶⁰co为1173.2kev、²³⁸u为2680kev，在测定特定的核素时可以只针对一定范围的能量进行观测，这个一定范围即能窗，如果发现某个核素的能量范围落在能窗范围内，即可确定是何种放射性核素。

g(e)函数不仅与γ能谱道址对应计数有关，而且与对应能量也有关，故每道计数、能量对于空气吸收剂量率的贡献是不同的。因此，g(e)函数法是利用测量获取的γ能谱，对计数进行加权积分处理计算得到空气吸收剂量率的方法。

该函数关系可以用下式来描述：

dair为空气吸收剂量率；t为测量时间；n(e)为在t时间内测量得到的γ能谱；g(e)为γ能谱的权重函数形式。g(e)函数最常用的形式如下：

式(1.2)中：k为函数的阶数；ak为待定系数；e为γ能谱道址对应的能量，在使用标准放射性核素点源对hpgeγ谱仪进行刻度时，对于不同的标准放射性核素点源j有：

那么，可以得到以下公式：

ei为γ能谱第i道对应的能量；j为标准放射性核素点源数目；nji为第j种核素能谱i道上对应的计数。因此，该方法是使用γ谱仪测量标准放射性核素点源，构建函数矩阵方程，再利用最小二乘法或共轭梯度法求解出待定系数ak的值，便可根据γ能谱的计数与能量，计算出对应空气吸收剂量率结果。

为了进一步实施上述技术方案，s2中的探测器选择单元对g-m计数管和nai探测器的选通进行控制的具体方法为：

选通g-m计数管，获取计数值n0，将计数值n0与计数值阈值ns进行比较；

若n0≥ns，则通过选通开关继续选通g-m计数管，获取计数值n1，n1为最终计数值；

若n0＜ns，则通过选通开关关闭g-m计数管，再选通nai探测器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。