一种基于高纯锗探测器的辐射剂量率测量系统

1.本实用新型涉及辐射场剂量率测量领域，特别涉及一种基于高纯锗探测器的辐射剂量率测量系统。


背景技术：

2.高纯锗(hpge)探测器是半导体探测器，因其高能量分辨率，广泛用于核物理实验、核技术应用、环境辐射防护以及食品安全等领域中的伽马(γ)射线能谱测量。伽马射线具有很强的穿透能力，人体或生物机体在高强度γ场工作或长时间被低剂量γ射线辐射有可能会导致生命体中的dna发生变化，甚至有可能会导致癌变等不可修复的辐射损伤。目前，主要采用气体电离室、闪烁计数器和g
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m计数管来测量现场环境中总的辐射剂量，但无法测定环境中具体存在哪些核素。
3.在当前常用的技术中，如果要测量环境中的辐射剂量及其能谱分布，主要利用hpge探测器测量辐射场中的γ能谱，同时用其他剂量率仪器进行剂量测量，结合两者的监测结果估计辐射场中核素种类及其辐射贡献。但这种方法存在较为繁琐，且浪费资源的问题，甚至工作人员有受到辐射的风险。


技术实现要素：

4.本实用新型的为解决上述现有技术所存在的问题，提供了一种基于高纯锗探测器的辐射剂量率测量系统，具体包括：测量单元、模拟单元、对比分析单元、数据处理单元；
5.所述测量单元、模拟单元、对比分析单元依次相连；所述测量单元还与所述对比分析单元相连；所述模拟单元还与所述数据处理单元相连；
6.所述测量单元用于对辐射源的能谱进行能谱测量实验，获得所述辐射源的真实能谱；
7.所述模拟单元用于对能谱测量实验进行蒙特卡洛模拟，获得所述辐射源的模拟能谱，所述模拟单元还基于参数优化后的蒙特卡洛模拟实验在不同能量下对所述辐射源进行模拟，获得所述辐射源的连续能谱；
8.所述对比分析单元用于对比并分析所述真实能谱和所述模拟能谱，并对所述蒙特卡洛模拟实验进行参数优化；
9.所述数据处理单元用于根据所述连续能谱进行能谱剂量转换，基于所述能谱剂量转换获得辐射剂量率。
10.优选地，所述测量单元包括供压模块、测量模块、放大模块；
11.所述供压模块、测量模块、放大模块依次相连；所述放大模块还与所述对比分析单元相连；
12.所述测量模块用于进行能谱测量实验；
13.所述供压模块用于为所述测量模块提供电压；
14.所述放大模块用于对所述测量模块测量到的结果进行放大处理。
15.优选地，所述测量模块包括hpulb4s铅室和高纯锗探测器；所述高纯锗探测器置于所述hpulb4s铅室中。
16.优选地，所述模拟单元包括第一模拟模块和第二模拟模块；所述测量模块、第一模拟模块、第二模拟模块依次相连；所述第二模拟模块还与所述数据处理单元相连；
17.所述第一模拟模块用于对能谱测量实验进行蒙特卡洛模拟，获得所述辐射源的模拟能谱；
18.所述第二模拟模块基于参数优化后的蒙特卡洛模拟实验在不同能量下对所述辐射源进行模拟，获得所述辐射源的连续能谱。
19.优选地，所述供压模块采用ortec
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659高压插件；所述放大模块采用ortec672光谱放大器；所述ortec
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659高压插件通过所述高纯锗探测器与所述ortec672光谱放大器相连。
20.优选地，所述对比分析单元包括储存模块、对比分析模块、参数优化模块；所述储存模块、对比分析模块、参数优化模块依次相连；所述储存模块还与所述ortec672光谱放大器相连；所述参数优化模块还与所述数据处理单元相连；
21.所述储存模块用于储存所述真实能谱和所述模拟能谱；
22.所述对比分析模块用于对所述真实能谱和所述模拟能谱进行对比分析；
23.所述参数优化模块用于对所述蒙特卡洛模拟实验进行参数优化。
24.优选地，所述储存模块采用easy
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mca
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ch脉冲高度分析器；所述easy
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mca
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ch脉冲高度分析器与所述ortec672光谱放大器相连。
25.优选地，所述数据处理单元包括转换模块；所述转换模块与所述第二模拟模块相连；
26.所述转换模块用于将所述辐射源的连续能谱转换为辐射剂量率。
27.本实用新型的有益效果：
28.本实用新型仅采用一个高纯锗探测器就能完成对标准γ源的辐射能谱测量实验，大大便捷了辐射实验过程，而且在结合蒙特卡洛模拟技术后能够获得连续的能量谱，并对连续的能量谱进行准确的能谱
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剂量转换，进而获得辐射剂量率，根据辐射剂量率不仅能够获得辐射源在环境中的核素及位置，而且大大降低了资源浪费情况以及工作人员在实验中受到辐射的风险。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型的系统模块图；
31.图2为本实用新型实施例中的硬件连接图。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
33.为了解决辐射源测量时存在资源浪费以及工作人员受到辐射的风险的问题，本实用新型提供了如下方案：
34.参照图1
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2所示，本实施例提供一种基于高纯锗探测器的辐射剂量率测量系统，包括：测量单元、模拟单元、对比分析单元、数据处理单元；测量单元、模拟单元、对比分析单元依次相连；测量单元还与对比分析单元相连；模拟单元还与数据处理单元相连。
35.测量单元用于对辐射源的能谱进行能谱测量实验，获得辐射源的真实能谱；模拟单元用于对能谱测量实验进行蒙特卡洛模拟，获得辐射源的模拟能谱，模拟单元还基于参数优化后的蒙特卡洛模拟实验在不同能量下对辐射源进行模拟，获得辐射源的连续能谱；对比分析单元用于对比并分析所述真实能谱和所述模拟能谱，并对蒙特卡洛模拟实验进行参数优化；数据处理单元用于根据连续能谱进行能谱剂量转换，基于能谱剂量转换获得辐射剂量率。
36.其中，测量单元包括供压模块、测量模块、放大模块；测量模块包括hpulb4s铅室和高纯锗探测器；高纯锗探测器置于hpulb4s铅室中；供压模块采用ortec
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659高压插件；放大模块采用ortec672光谱放大器；ortec
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659高压插件通过高纯锗探测器与ortec672光谱放大器相连；供压模块、测量模块、放大模块依次相连；放大模块还与对比分析单元相连；测量模块用于进行能谱测量实验；供压模块用于为测量模块提供电压；放大模块用于对测量模块测量到的结果进行放大处理。
37.模拟单元包括第一模拟模块和第二模拟模块；测量模块、第一模拟模块、第二模拟模块依次相连；第二模拟模块还与数据处理单元相连；第一模拟模块用于对能谱测量实验进行蒙特卡洛模拟，获得所述辐射源的模拟能谱；第二模拟模块基于参数优化后的蒙特卡洛模拟实验在不同能量下对所述辐射源进行模拟，获得所述辐射源的连续能谱。
38.对比分析单元包括储存模块、对比分析模块、参数优化模块；储存模块采用easy
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ch脉冲高度分析器；easy
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mca
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ch脉冲高度分析器与ortec672光谱放大器相连；储存模块、对比分析模块、参数优化模块依次相连；储存模块还与ortec672光谱放大器相连；参数优化模块还与数据处理单元相连；储存模块用于储存真实能谱和模拟能谱；对比分析模块用于对真实能谱和模拟能谱进行对比分析；参数优化模块用于对蒙特卡洛模拟实验进行参数优化。
39.数据处理单元包括转换模块；转换模块与所述第二模拟模块相连；转换模块用于将辐射源的连续能谱转换为辐射剂量率；数据处理单元为计算机。
40.该系统硬件的具体运行为：将高纯锗探测器置于型号为hpulb4s的铅室内进行实验，由ortec
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659高压插件为探测器提供3500v的负高压；探测器探测到的信号，首先进入到ortec672主放中对波形进行整形放大，再进入到easy
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mca
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ch脉冲高度分析器中进行记录，最后通过计算机对实验数据进行分析处理。
41.通过计算机进行的逻辑流程为：首先获取高纯锗探测器对标准γ源的能谱进行测量的结果，之后利用geant4模拟软件对整个实验系统进行详细的蒙特卡洛模拟，通过模拟计算出的γ能谱与实验测量的能谱结果进行比较，分析两者是否符合较好。如果差异较大，从geant4程序上对实验的参数进行一些优化，例如四层厚度、晶体尺寸、标准源距离探测器
的位置或者其他参数等。待模拟结果与实验结果符合较好后，模拟高纯锗探测器测量不同能量的标准源，通过geant4可以获得连续的γ能谱，依此可以构建能谱
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剂量转换g函数。利用最小二乘法将g函数中的相关系数解出，至此g函数构建成功，可以利用g函数将不同测量样品的γ能谱转换成剂量。
42.本实用新型的有益效果：
43.本实用新型仅采用一个高纯锗探测器就能完成对标准γ源的辐射能谱测量实验，大大便捷了辐射实验过程，而且在结合蒙特卡洛模拟技术后能够获得连续的能量谱，并对连续的能量谱进行准确的能谱
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剂量转换，进而获得辐射剂量率，根据辐射剂量率不仅能够获得辐射源在环境中的核素及位置，而且大大降低了资源浪费情况以及工作人员在实验中受到辐射的风险。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。