本發(fā)明屬于海洋放射性換件監(jiān)測(cè)與核事件應(yīng)急技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海洋水體γ輻射放射性原位測(cè)量裝置及數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

核能的開發(fā)利用給社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但也產(chǎn)生了大量的核廢物，以及潛在的核事故危險(xiǎn)。隨著我國(guó)沿海核電站的大量建設(shè)和使用，核設(shè)施運(yùn)行、核廢物產(chǎn)生以及日常排放對(duì)于海洋環(huán)境的影響是不得不考慮的問題。

從1988年開始，我國(guó)對(duì)渤海、黃海、東海和南海進(jìn)行常規(guī)的海洋放射性監(jiān)測(cè)工作，我國(guó)海洋放射性監(jiān)測(cè)以實(shí)驗(yàn)室分析為主要手段，每年若干次在重點(diǎn)海域站位采集海水、生物和沉積物樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室處理和分析。實(shí)驗(yàn)室分析是一種耗時(shí)長(zhǎng)、投入高、效率低的方法，一方面需要對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理、富集、濃縮等，從而會(huì)引入各種誤差，同時(shí)還受到核素半衰期的限制，無法對(duì)半衰期較短的核素測(cè)量，而且現(xiàn)在部分人工γ輻射核素并沒有放射性化學(xué)分析的國(guó)標(biāo)，例如：¹²⁴Sb。另一方面這種非實(shí)時(shí)、非連續(xù)的工作模式很難對(duì)海洋放射性環(huán)境及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，更難對(duì)可能的放射性污染預(yù)警。

在對(duì)海洋水體放射性污染測(cè)量時(shí)，由于放射性自身的特征α射線、β射線在水體中的自吸收系數(shù)較大，且含量較低，很難實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量，γ射線的穿透能力較強(qiáng)，自吸收吸收較小，是理想的原位測(cè)量對(duì)象,因此亟需一種高性能的γ輻射原位探測(cè)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種高性能海洋水體γ輻射原位探測(cè)器，所述裝置可搭載于浮標(biāo)、潛標(biāo)、AUV、LV、水下機(jī)器人等平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋核事件的監(jiān)測(cè)預(yù)警與長(zhǎng)期在線連續(xù)原位測(cè)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種海洋水體γ輻射原位探測(cè)器，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、控制與通信模塊、防腐水密艙，所述數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、控制與通信模塊設(shè)置在防腐水密倉(cāng)內(nèi)；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括NaI晶體探頭和多道脈沖幅度分析器，所述NaI晶體探頭內(nèi)置LED光源用于對(duì)譜漂進(jìn)行校正，所述NaI晶體探頭通過光電倍增管連接多道脈沖幅度分析器，所述多道脈沖幅度分析器連接數(shù)據(jù)處理分析模塊；

所述數(shù)據(jù)處理分析模塊用于將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到水體中γ核素的活度濃度；

所述數(shù)據(jù)處理分析模塊連接控制與通信模塊，所述控制與通信模塊用于向外發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述防腐水密艙配置鈦合金或聚甲醛外殼。

進(jìn)一步的，在NaI晶體探頭后方還安裝有GM探測(cè)器，用于擴(kuò)寬探測(cè)器測(cè)量范圍。

進(jìn)一步的，所述防腐水密倉(cāng)內(nèi)還設(shè)有CTD傳感器，同時(shí)測(cè)量溫鹽深參數(shù)，用于校正γ輻射在海水中的自吸收。

進(jìn)一步的，所述控制與通信模塊設(shè)有RS232或422接口。

進(jìn)一步的，所述多道脈沖幅度分析器采用數(shù)字型。

上述探測(cè)器中數(shù)據(jù)處理分析模塊的數(shù)據(jù)處理方法為：

(1)計(jì)算最小可探測(cè)活度；

(2)γ能譜解譜；

(3)對(duì)解譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

進(jìn)一步的，步驟(1)中最小可探測(cè)活度得計(jì)算方法為：

B為本底計(jì)數(shù)；

Decay為衰減因子；

ε為探測(cè)效率；

b為射線分支比；

k為活度單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；

q為樣品質(zhì)量或體積。

進(jìn)一步的，步驟(2)所述γ能譜解譜的方法為：

(201)采用小波變換完成γ能譜數(shù)據(jù)的光滑；

(202)采用對(duì)稱零面積尋峰算法確定全能峰峰位；

(203)采用SNIP算法扣除本地求“凈”全能峰；

(204)采用最小二乘高斯擬合計(jì)算凈峰面積。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)校正的方法為：

根據(jù)海洋水體隨溫度和鹽度變化對(duì)γ射線在水體中的自吸收系數(shù)的影響，通過蒙特卡羅模擬的方法計(jì)算出不同溫度和鹽度的衰減系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)溫鹽數(shù)據(jù)對(duì)探測(cè)器的解譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種海洋水體γ輻射放射性原位測(cè)量裝置具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)本發(fā)明通過配置鈦合金或聚甲醛外殼，克服腐蝕和降低γ輻射衰減；

(2)通過采用數(shù)字化多道和LED穩(wěn)譜，克服了探測(cè)器在海洋環(huán)境中由于環(huán)境本底較低、采用⁴⁰K穩(wěn)譜造成的譜漂；

(3)本發(fā)明中數(shù)據(jù)處理模塊可直接對(duì)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，上傳數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)處理結(jié)果，同時(shí)原始能譜數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存于探測(cè)器中，該種方式大大降低了對(duì)于數(shù)據(jù)通信速率的要求；

(4)本發(fā)明中GM探測(cè)器，能夠在高劑量海區(qū)NaI探測(cè)器不能使用時(shí)，依然保持劑量率數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了γ輻射原位測(cè)量范圍環(huán)境級(jí)到事故級(jí)；。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明原理框圖。

圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理的流程圖。

其中：

1：水密接插件； 2：水密倉(cāng)；

3：通訊模塊； 4、控制模塊；

5：數(shù)據(jù)處理分析模塊； 6：GM計(jì)數(shù)器；

7：多道脈沖幅度分析器； 8：光電倍增管；

9：NaI晶體探頭； 10、CTD傳感器。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

如圖1、2所示，一種海洋γ輻射原位探測(cè)器，探測(cè)器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊5、控制與通信模塊、防腐水密艙2。采集模塊包括NaI晶體探頭9和多道脈沖幅度分析器7，其中NaI探頭9中內(nèi)置了LED光源用于對(duì)探測(cè)器譜漂進(jìn)行校正，還通過光電倍增管8連接道多脈沖幅度分析器7，多道脈沖幅度分析器7采用全數(shù)字有效的降低了探測(cè)器對(duì)于溫度變化的譜漂敏感程度；數(shù)據(jù)處理分析模塊5將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到水體中γ核素的活度濃度；防腐水密艙2設(shè)有水密接插件1，配置鈦合金或聚甲醛外殼克服腐蝕和降低γ輻射衰減。

該探測(cè)器采用鈦合金或聚甲醛外殼，具有良好的抗腐蝕效果，相同的耐壓水平對(duì)γ輻射的衰減較少。

該探測(cè)器安裝有CTD傳感器10，可同時(shí)測(cè)量溫鹽深參數(shù)，用于校正γ輻射在海水中的自吸收。

該探測(cè)器在結(jié)構(gòu)的中部安裝有GM計(jì)數(shù)器6能夠擴(kuò)寬探測(cè)器劑量率測(cè)量范圍。

該探測(cè)器可測(cè)量海洋水體中的天然核素和人工核素γ輻射能譜和劑量率。

放射性探測(cè)器借口為RS232或422接口。

該探測(cè)器采用LED穩(wěn)譜，克服了探測(cè)器在海洋環(huán)境中由于環(huán)境本底較低，采用⁴⁰K穩(wěn)譜造成的譜漂。

該探測(cè)器數(shù)據(jù)處理模塊可直接對(duì)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制模塊4和通訊模塊3上傳數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)處理結(jié)果，同時(shí)原始能譜數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存于探測(cè)器中，該種方式大大降低了對(duì)于數(shù)據(jù)通信速率的要求。

該探測(cè)器數(shù)據(jù)采集模塊中的多道脈沖幅度分析器7采用數(shù)字型，有效的降低了能譜的譜漂。

該探測(cè)器的控制模塊可對(duì)探測(cè)器的測(cè)量時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，最長(zhǎng)連續(xù)測(cè)量時(shí)間為30天。

本發(fā)明采用linux系統(tǒng)控制探測(cè)器的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析模塊、控制與通信模塊等，整體功耗低于2.5W。

本發(fā)明為克服閃爍體探測(cè)器常見的譜漂，影響自動(dòng)解譜效果的問題，除采用普通的溫度校正穩(wěn)譜外，在探測(cè)器中增加了LED，根據(jù)LED光源在NaI探測(cè)器采集的道址，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)探測(cè)器的控制單元的增益放大值。

本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法采用以下方法：

最小可探測(cè)活度(MDA)的計(jì)算過程：

B為本底計(jì)數(shù)；

Decay為衰減因子；

ε為探測(cè)效率；

b為射線分支比；

k為活度單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；

q為樣品質(zhì)量或體積。

γ能譜解譜的流程如圖3所示：

而γ能譜解譜方法：

譜光滑技術(shù)采用小波變換；

尋峰算法采用對(duì)稱零面積；

本底扣除采用SNIP算法；

凈峰面積計(jì)算采用最小二乘高斯擬合。

本發(fā)明在γ輻射探測(cè)器上安裝了CTD傳感器10，可以同時(shí)測(cè)量海洋水體的CTD數(shù)據(jù)。

根據(jù)海洋水體隨溫度和鹽度變化對(duì)γ射線在水體中的自吸收系數(shù)的影響，本發(fā)明通過蒙特卡羅模擬的方法計(jì)算出不同溫度和鹽度的衰減系數(shù)，在數(shù)據(jù)處理模塊中增加的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而根據(jù)溫鹽數(shù)據(jù)對(duì)探測(cè)器的解譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。