实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于辐射监测领域，具体涉及一种实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统，作为剂量率探测系统用于辐射场的实时监测。
【背景技术】
[0002]γ工业辐照装置、电子辐照装置、核电站剂量监测及材料辐照性能考核中都要求对吸收剂量率进行精确监测，从而保证人员安全或作为重要的科研信息使用。对于上述辐射源，采用远程实时在线吸收剂量率检测系统监测其内部的吸收剂量率，可防止人员过度接近造成伤害。
[0003]在现有强辐射场中吸收剂量率的测量多用到热释光、各种化学剂量计及电离室剂量计等。其中，热释光剂量计、化学剂量计在测试过程中需频繁取放，而且后续数据读取过程繁杂，要求有专业的测试人员来完成，存在光响应速率慢，空间分辨率和测试精度低，测量结果分散度大、易碎等缺点。加之热释光、化学剂量计测量方式的限制，这些剂量计无法用于吸收剂量率的实时在线测量。目前，比较成熟的可用于在线测试的剂量计为电离室剂量计，但是电离室剂量计需在高压偏置下工作，在不同地区工作时电离室剂量计须进行压强修正。对于较低的吸收剂量率，电离室剂量计需增大探测器体积以达到电子平衡，这样导致其在低剂量率范围内空间分辨率较低。为了适应强辐射场吸收剂量率在线测试需求，多家电离室生产厂家推出了在线测试系统，其中以德国PTW公司推出的Webline系列最为优秀，有多种电离室剂量计可供选配，但是该套系统只能采集一路信号，无法集成采集多路信号，且成本高昂。
[0004]为了去除剂量率在线测试系统高压设备，进一步提高剂量计的射线响应度，现在已有多家研发单位设计了半导体器件作为在线测试的前端剂量计，名称为“基于SOI CMOS工艺的辐射探测器件”的中国专利(公开号:CN 103715293 A)和名称为“采用环形栅结构的PMOS剂量计”的中国专利(公开号:CN 101872023 A)均公开了一种半导体器件作为辐射探测的前端剂量计，这些半导体前端剂量计精度高，都可以用于辐射剂量率的精确测试，但是由于制作成本高，而半导体器件耐辐照能力差易损坏，使得该类半导体前端剂量计更换成本高，不利于推广。
[0005]名称为“基于恒流源的剂量率远程在线自动测试系统”的中国专利(公开号:CN101839989 A)、名称为“基于阈值变化的剂量率远程在线自动测试系统”的中国专利(公开号:CN 101839990 A)均公开了一种半导体为剂量计的在线测试系统，名称为“远程辐射剂量监测系统”的中国专利(公开号:CN 102736097 A)公开的辐射剂量监测系统利用其他材料作为前端剂量计，该系统以NaI (Tl)闪烁探测器为前端剂量计，并在前端集成了无线数据传输模块和GPS模块。这些发明都希望采用更少的模块来实现在线测试剂量率的目的，但是这些设计无法应用于强辐射场中，因为这些发明在前端剂量计中均集成了电子模块用来实现定位、远程数据传输功能，电子模块在强福射场中由于其福射易损性极可能立刻福射失效或出错，导致整个测试失败。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题是提供一套实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统。在强辐射环境中，本发明的系统能远程检测并实时记录辐射场中γ、电子束的吸收剂量率，可实现剂量率的多点测量。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明的实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统包括前端剂量计及夹具、耐辐照电缆、多通道扫描卡组件、电流-电压测量装置、含纪录和计算软件的操控计算机。所述的前端剂量计及夹具、耐辐照电缆、多通道扫描卡组件、电流-电压测量装置、含纪录和计算软件的操控计算机依次联接。
[0008]所述的电流-电压测量装置通过数据接口与操控计算机相联。
[0009]所述的前端剂量计为硅、砷化镓、碳化硅半导体二极管中的一种。
[0010]所述的耐辐照电缆为三同轴射频低损耗电缆。
[0011]所述的多通道扫描卡组件的通道数彡2。
[0012]所述的电流-电压测量装置的电压精度< InV，电流精度< lfA。
[0013]所述的电流-电压测量装置为静电计、万用表、数字源表中的一种。
[0014]本发明的实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统可分别或同时记录电流和电压，可记录的电流或电压数量多1，记录电流和电压的最小时间间隔为I微秒。
[0015]本发明中的作为前端剂量计的半导体二极管中的主体材料选自第一代半导体材料、第二代半导体材料和第三代半导体材料，半导体二极管优选自硅、砷化镓和碳化硅半导体二极管。半导体二极管实现吸收剂量率探测是通过PN结光电效应来实现的。例如，入射光照射在PN结的光敏面P区，入射光能量大于材料禁带宽度时，P区的表面附近将产生电子-空穴对。二者均向PN结区方向扩散。由于结区内建电场的作用，空穴只能留在PN结区的P区一侧，而电子则被拉向PN结区的N区一侧。结果是，耗尽区宽度变窄，接触电势差减小。这时的接触电势差和热平衡时相比，其减小量即是光生电势差，入射的光能就转变成了电能。当外电路短路时，就有电流流过PN结。这样，就实现了电子-空穴对的分离，形成光生电流Ip。
[0016]半导体二极管中的半导体材料对射线的灵敏度高于气体探测器及闪烁探测器，较之亦可作为实时在线测量探测器的电离室，其不需要高压，不存在压强修正问题，同时可以根据需要制备成体积很小的器件，较之灵敏度相同的电离室其空间分辨率可做的更高，可作为优良的吸收剂量率探测器应用于实时在线吸收剂量率测试系统中。
[0017]本发明中的低损耗耐辐照电缆为三同轴射频低损耗电缆，其长度根据实际需要设定，即要满足长度要求，又须考虑电缆长度带来的电流-电压的损耗，所以其长度设定原则为:在满足要求的情况下尽可能的短。
[0018]本发明中的多通道扫描卡用于实现多路信号采集，其通道数多2，每个通道与一个前端剂量计和一根耐辐照电缆对应设置。
[0019]本发明所述的数据接口选自IEEE488接口、RS232接口或网络接口。
[0020]本发明的实时在线γ、电子吸收剂量率测试系统可记录电流-电压路数多1[0021 ] 本发明中的耐辐照电缆与前端剂量计一一对应，用于传输剂量计产生的电流和电压信号。
[0022]前端剂量计对射线存在规律性的响应，在射线作用下其产生的电流和电压与吸收剂量率成一定函数关系，通过测量电流和电压，依据函数关系，获得吸收剂量率值。
[0023]本发明的多通道扫描卡组件用于实现多路信号的同时采集。
[0024]本发明中的前端剂量计及夹具包含数个前端剂量计以及对应设置的数个夹具。夹具用于安放前端剂量计，可安放至少一个剂量计，夹具的前端与前端剂量计正负极匹配，夹具后端和耐辐照电缆匹配，方便剂量计产生的光生电流和电压通过耐辐照电缆电缆和多通道扫描卡组件传入电流-电压测量装置中。
[0025]本发明中的电流-电压测量装置用于测量读取前端剂量计所产生的光生电流和电压，并按照记录和计算软件操作命令的指示将电流和电压数值及其时序信息传送给含纪录和计算软件的操控计算机。
[0026]本发明中的含纪录和计算软件的操控计算机可远程操控电流-电压测量装置，对其下达自检命令，完成测量参数的设置，让其对多通道扫描卡组件传来的多路信号循环测量。记录和计算软件对电流和电压数据进行实时记录，并以图形形式和数据形式实时显示电流、电压和吸收剂量率随时间的变化。
[0027]本发明的有益效果是:
1)本发明通过半导体二极管成品作为前端剂量计，较之电离室剂量计，提高了测量精度和空间分辨率，降低了剂量计成本，其成本可低至0.1元；
2)前端剂量计易于更换，不需