一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置及方法，所述阿爾法粒子非接觸式測量裝置包括多個紫外反射平面鏡、至少兩個紫外敏感光電倍增管、高電壓模塊、至少兩個扇入扇出單元、至少兩個甄別器、符合單元、多道分析器、控制器。本發(fā)明還提出一種使用所述阿爾法粒子非接觸式測量裝置對阿爾法粒子進(jìn)行非接觸式測量的方法。本發(fā)明利用阿爾法粒子在空氣中產(chǎn)生紫外光的特性，可以實現(xiàn)非接觸式測量阿爾法粒子的目的。
【專利說明】
一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及輻射探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 阿爾法(α)粒子是帶正電的高能粒子(He原子核），通常由一些重原子(例如鈾，鐳） 或一些人造核素衰變時產(chǎn)生。α粒子在介質(zhì)中運行的過程中迅速失去能量，因此不能穿透很 遠(yuǎn)，一張薄紙就可以阻擋α粒子。但是，即使不能深入，在α粒子穿入組織時依然會引起組織 的損傷。α粒子通常被人體外層壞死肌膚完全吸收，因此α粒子在人體外部不構(gòu)成危險。然 而，它們一旦被吸入或注入，將會十分危險。
[0003] 由于α粒子在空氣中的射程很短（5MeV的α粒子在空氣中的射程約為3.5cm)，傳統(tǒng) 的α氣溶膠測試法由于需要取樣不能夠現(xiàn)場實時獲得α氣溶膠的放射性數(shù)據(jù)，因此給事故救 援方案的快速確定和保護(hù)涉核人員免受大劑量內(nèi)輻照帶來了困難。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，α粒子在空氣中能夠產(chǎn)生波長300-400Μ1的紫外光，而紫外光在空氣中 的穿透性較強，這為非接觸測量α粒子提供了一種途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明利用α粒子在空氣中產(chǎn)生紫外光的特性，提供一種阿爾法粒子非接觸式測 量裝置及方法，可以實現(xiàn)非接觸式測量的目的。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置，所述阿爾法粒子 非接觸式測量裝置包括多個紫外反射平面鏡、至少兩個紫外敏感光電倍增管、高電壓模塊、 至少兩個扇入扇出單元、至少兩個甄別器、符合單元、多道分析器、控制器，其中：
[0007] 所述高電壓模塊與所述紫外敏感光電倍增管連接，用于提供紫外敏感光電倍增管 正常工作所需要的高電壓；
[0008] 所述多個紫外反射平面鏡和所述紫外敏感光電倍增管形成一密閉空間，所述密閉 空間用于放置α源；
[0009] 所述紫外敏感光電倍增管與所述紫外反射平面鏡密閉連接，用于檢測α源輻射出 的以及所述紫外反射平面鏡反射的紫外光，并將檢測到的光子轉(zhuǎn)換為電流信號；
[0010] 所述扇入扇出單元的一端與所述紫外敏感光電倍增管相應(yīng)連接，另一端與甄別器 和多道分析器連接，用于將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號分為兩路，一路輸入 甄別器，另一路經(jīng)延遲后輸入多道分析器；
[0011]所述甄別器與所述符合單元連接，用于將收到的電流信號輸入至符合單元；
[0012] 所述符合單元與所述多道分析器連接，用于對于接收到的電流信號進(jìn)行符合處理 形成觸發(fā)信號，并將觸發(fā)信號發(fā)送至所述多道分析器；
[0013] 所述多道分析器根據(jù)所述觸發(fā)信號的觸發(fā)對于接收到的延遲信號進(jìn)行電荷量測 量，并將得到的電荷量信息發(fā)送至所述控制器；
[0014]所述控制器對于接收到的電荷量信息進(jìn)行分析得到α源的能量，對于觸發(fā)信號計 數(shù)率進(jìn)行分析可以得到α源的活度。
[0015]可選地，所述紫外敏感光電倍增管與所述紫外反射平面鏡之間通過螺紋進(jìn)行密閉 連接。
[0016] 可選地，α源為固態(tài)或液態(tài)時，所述密閉空間內(nèi)還設(shè)有α源放置臺，α源放置臺下方 還設(shè)有紫外反射凹面鏡，所述紫外反射凹面鏡的凹面朝向α源。
[0017] 可選地，α源為氣態(tài)時，所述密閉空間與一抽氣栗連通，用于抽入待測α源。
[0018] 可選地，所述密閉空間的上方、紫外敏感光電倍增管的前側(cè)設(shè)置有紫外通透玻璃。
[0019] 可選地，所述紫外通透玻璃與所述紫外敏感光電倍增管獨立放置。
[0020] 可選地，所述紫外敏感光電倍增管還加設(shè)有放大器，以增加電流信號。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種使用所述阿爾法粒子非接觸式測量裝置對阿 爾法粒子進(jìn)行非接觸式測量的方法，所述方法包括以下步驟：
[0022] 步驟1，將α源放置于空氣中沉積能量，空氣中的氮氣受激輻射出各向同性的紫外 光；
[0023] 步驟2,一部分紫外光直接進(jìn)入紫外敏感光電倍增管，另一部分紫外光經(jīng)過紫外反 射平面鏡和/或紫外反射凹面鏡反射進(jìn)入所述紫外敏感光電倍增管；
[0024]步驟3,所述紫外敏感光電倍增管將入射的光子轉(zhuǎn)換為電流信號；
[0025] 步驟4,將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號經(jīng)相應(yīng)的扇入扇出單元分為 兩路，其中一路經(jīng)甄別器后符合形成觸發(fā)信號，另外一路經(jīng)延遲后進(jìn)入多道分析器由所述 觸發(fā)信號啟動進(jìn)行電荷量測量；
[0026] 步驟5,將得到的電荷量信息發(fā)送至控制器，所述控制器根據(jù)所述電荷量信息分析 得到α源的能量，根據(jù)所述觸發(fā)信號的計數(shù)率分析得到α源的活度。
[0027] 可選地，所述步驟3中，借助放大器增加電流信號的強度。
[0028] 可選地，α源為固態(tài)或液態(tài)時，所述步驟1之前還包括將α源放置在α源放置臺上的 步驟;α源為氣態(tài)時，所述步驟1之前還包括使用抽氣栗將待測α源抽入密閉空間內(nèi)的步驟。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點為：
[0030] 1、加入紫外反射鏡，可以充分利用α源在空氣中激發(fā)的紫外光，使得得到的電流信 號足夠大，以便于抑制噪聲和提高測量α源能量的分辨率；
[0031] 2、兩路電流信號經(jīng)符合可以大大抑制噪聲信號的干擾，從而提高活度測量的準(zhǔn)確 度；
[0032] 3、針對氣態(tài)α源加入的紫外通透玻璃，可以保證光電倍增管的入射窗不被污染，而 且容易替換。
【附圖說明】
[0033] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的固液態(tài)阿爾法粒子非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0034] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的氣態(tài)阿爾法粒子非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； [0035]圖3是放射源活度與光電倍增管計數(shù)率的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置，圖1是根據(jù)本發(fā)明 一實施例的固液態(tài)阿爾法粒子非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2根據(jù)本發(fā)明一實施例 的氣態(tài)阿爾法粒子非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1和圖2所示，所述阿爾法粒子非 接觸式測量裝置包括多個紫外反射平面鏡、至少兩個紫外敏感光電倍增管、高電壓模塊、至 少兩個扇入扇出單元、至少兩個甄別器、符合單元、多道分析器、控制器，其中：
[0038] 所述高電壓模塊與所述紫外敏感光電倍增管連接，用于提供紫外敏感光電倍增管 正常工作所需要的高電壓；
[0039] 所述多個紫外反射平面鏡和所述紫外敏感光電倍增管形成一密閉空間，所述密閉 空間用于放置α源，α源輻射出的各向同性紫外光經(jīng)多個紫外反射平面鏡反射至紫外敏感光 電倍增管；
[0040] 所述紫外敏感光電倍增管與所述紫外反射平面鏡密閉連接，用于檢測α源輻射出 的以及所述紫外反射平面鏡反射的紫外光，并將檢測到的光子轉(zhuǎn)換為電流信號；
[0041] 所述扇入扇出單元的一端與所述紫外敏感光電倍增管相應(yīng)連接，另一端與甄別器 和多道分析器連接，用于將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號分為兩路，一路輸入 甄別器，另一路經(jīng)延遲后輸入多道分析器；
[0042] 所述甄別器與所述符合單元連接，用于將收到的電流信號輸入至符合單元；
[0043]所述符合單元與所述多道分析器連接，用于對于接收到的電流信號進(jìn)行符合處理 形成觸發(fā)信號，并將觸發(fā)信號發(fā)送至所述多道分析器；
[0044]所述多道分析器根據(jù)所述觸發(fā)信號的觸發(fā)對于接收到的延遲信號進(jìn)行電荷量測 量，并將得到的電荷量信息發(fā)送至所述控制器；
[0045] 所述控制器對于接收到的電荷量信息進(jìn)行分析得到α源的能量，對于觸發(fā)信號計 數(shù)率進(jìn)行分析可以得到α源的活度。
[0046] 其中，所述紫外敏感光電倍增管與所述紫外反射平面鏡之間可通過螺紋進(jìn)行密閉 連接，以便于放置和取出α源。
[0047] 在本發(fā)明一實施例中，如果α源為固態(tài)或液態(tài)α源，則在所述密閉空間內(nèi)還設(shè)有α源 放置臺，并在α源放置臺下方還設(shè)有紫外反射凹面鏡，如圖1所示，其中，所述紫外反射凹面 鏡的凹面朝向α源，用于將α源輻射出的紫外光反射至紫外敏感光電倍增管。
[0048] 在本發(fā)明一實施例中，如果α源為氣態(tài)α源，則將所述密閉空間與一抽氣栗連通，用 于抽入待測α源，如圖2所示;并在所述密閉空間的上方、紫外敏感光電倍增管的前側(cè)設(shè)置有 紫外通透玻璃，以保護(hù)所述紫外敏感光電倍增管入射窗免遭污染，在本發(fā)明另一實施例中， 所述紫外通透玻璃與所述紫外敏感光電倍增管獨立放置，這樣可以在紫外通透玻璃被污染 的情況下很方便地進(jìn)行替換。
[0049] 其中，所述紫外敏感光電倍增管還加設(shè)有放大器，以增加電流信號，增強抗干擾能 力和提高靈敏度。
[0050] 在本發(fā)明一實施例中，所述紫外反射平面鏡和紫外反射凹面鏡采用高反的Α1材反 射鏡(300-400nm反射率達(dá)90% )，所述紫外通透玻璃采用石英玻璃或MgF2玻璃（300-400nm 紫外透過率近乎100%)，所述紫外敏感光電倍增管采用Hamamatsu877-1光電倍增管，其典 型參數(shù)為：300-400nm區(qū)間典型量子效率為ε = 20%，典型增益為G = 5.0xl05,噪聲率為f = 1000Hz，典型信號寬度取為T = 50ns。
[0051] 接下來以本實施例采用的器件為例對于α源的活度和能量的計算進(jìn)行進(jìn)一步地說 明：
[0052] 1)二重符合偶然符合率可計算為:2f2T = 2 X 1000 X 1000 X 50 X 10-9 = 0 · 1Hz，
[0053] 由上式計算結(jié)果可以看出，在兩個光電倍增管的情況下，偶然符合率已經(jīng)很小了， 可想，3個以上的光電倍增管的偶然符合會更小。因此，完全可以忽略噪聲對α粒子計數(shù)率的 影響，而認(rèn)為符合計數(shù)率，即觸發(fā)信號計數(shù)率可以表征α源的活度，另外，考慮到電流信號存 在50ns期間的死時間，可以將α源的活度修正為(如圖3所示）：
[0055] 其中，η為α源的活度，m為測量得到的觸發(fā)信號計數(shù)率，Τ為光電倍增管典型信號寬 度。
[0056] 2)由于紫外反射鏡的反射率達(dá)90%，而透射率近乎100%，因此利用上述裝置，α源 在空氣中輻射的紫外光的利用率在理想的情況下可以達(dá)到F = 90%。
[0057] 所以，可以認(rèn)為，α源能量和兩個光電倍增管電流信號的電荷量之間的關(guān)系為：
[0058] EYXFX ε XG = Qpmti+Qpmt2，
[0059] 其中，E為α源能量（MeV)，Y為α源在空氣中的光產(chǎn)額（20/MeV)，F(xiàn)為光利用率 (90% )，ε為光電倍增管的量子效率，G為光電倍增管增益，Qpmti和Qpmt2分別為兩個光電倍增 管電荷譜的峰值對應(yīng)的電荷量。
[0060] 由上式可知，α源粒子的能量為：
[0062] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種使用所述阿爾法粒子非接觸式測量裝置對阿 爾法粒子進(jìn)行非接觸式測量的方法，所述方法包括以下步驟：
[0063] 步驟1，將α源放置于空氣中沉積能量，空氣中的氮氣受激輻射出各向同性的紫外 光；
[0064] 步驟2,一部分紫外光直接進(jìn)入紫外敏感光電倍增管，另一部分紫外光經(jīng)過紫外反 射平面鏡和/或紫外反射凹面鏡反射進(jìn)入所述紫外敏感光電倍增管；
[0065] 其中，紫外光在空氣中衰減可以忽略，并且部分紫外光可通過反射進(jìn)入紫外敏感 光電倍增管，因此，α源輻射出的紫外光損失很小。
[0066] 步驟3,所述紫外敏感光電倍增管將入射的光子轉(zhuǎn)換為電流信號，其中，如需要，可 借助放大器增加電流信號的強度；
[0067] 步驟4,將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號經(jīng)相應(yīng)的扇入扇出單元分為 兩路，其中一路經(jīng)甄別器后符合形成觸發(fā)信號，另外一路經(jīng)延遲后進(jìn)入多道分析器由所述 觸發(fā)信號啟動進(jìn)行電荷量測量；
[0068] 步驟5,將得到的電荷量信息發(fā)送至控制器，所述控制器根據(jù)所述電荷量信息分析 得到α源的能量，根據(jù)所述觸發(fā)信號的計數(shù)率分析得到α源的活度。
[0069] 在本發(fā)明一實施例中，如果α源為固態(tài)或液態(tài)α源，則在所述步驟1之前還包括將α 源放置在α源放置臺上的步驟。
[0070] 在本發(fā)明一實施例中，如果α源為氣態(tài)α源，則在所述步驟1之前還包括使用抽氣栗 將待測α源抽入密閉空間內(nèi)的步驟。
[0071]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、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)。
【主權(quán)項】
1. 一種阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，所述阿爾法粒子非接觸式測量裝 置包括多個紫外反射平面鏡、至少兩個紫外敏感光電倍增管、高電壓模塊、至少兩個扇入扇 出單元、至少兩個甄別器、符合單元、多道分析器、控制器，其中： 所述高電壓模塊與所述紫外敏感光電倍增管連接，用于提供紫外敏感光電倍增管正常 工作所需要的高電壓； 所述多個紫外反射平面鏡和所述紫外敏感光電倍增管形成一密閉空間，所述密閉空間 用于放置α源； 所述紫外敏感光電倍增管與所述紫外反射平面鏡密閉連接，用于檢測α源輻射出的以 及所述紫外反射平面鏡反射的紫外光，并將檢測到的光子轉(zhuǎn)換為電流信號； 所述扇入扇出單元的一端與所述紫外敏感光電倍增管相應(yīng)連接，另一端與甄別器和多 道分析器連接，用于將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號分為兩路，一路輸入甄別 器，另一路經(jīng)延遲后輸入多道分析器； 所述甄別器與所述符合單元連接，用于將收到的電流信號輸入至符合單元； 所述符合單元與所述多道分析器連接，用于對于接收到的電流信號進(jìn)行符合處理形成 觸發(fā)信號，并將觸發(fā)信號發(fā)送至所述多道分析器； 所述多道分析器根據(jù)所述觸發(fā)信號的觸發(fā)對于接收到的延遲信號進(jìn)行電荷量測量，并 將得到的電荷量信息發(fā)送至所述控制器； 所述控制器對于接收到的電荷量信息進(jìn)行分析得到α源的能量，對于觸發(fā)信號計數(shù)率 進(jìn)行分析可以得到α源的活度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，所述紫外敏感光 電倍增管與所述紫外反射平面鏡之間通過螺紋進(jìn)行密閉連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，α源為固態(tài)或液 態(tài)時，所述密閉空間內(nèi)還設(shè)有α源放置臺，α源放置臺下方還設(shè)有紫外反射凹面鏡，所述紫外 反射凹面鏡的凹面朝向α源。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，α源為氣態(tài)時，所 述密閉空間與一抽氣栗連通，用于抽入待測α源。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，所述密閉空間的 上方、紫外敏感光電倍增管的前側(cè)設(shè)置有紫外通透玻璃。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，所述紫外通透玻 璃與所述紫外敏感光電倍增管獨立放置。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置，其特征在于，所述紫外敏感光 電倍增管還加設(shè)有放大器，以增加電流信號。8. -種使用權(quán)利要求1所述的阿爾法粒子非接觸式測量裝置對阿爾法粒子進(jìn)行非接觸 式測量的方法，所述方法包括以下步驟： 步驟1，將α源放置于空氣中沉積能量，空氣中的氮氣受激輻射出各向同性的紫外光； 步驟2, 一部分紫外光直接進(jìn)入紫外敏感光電倍增管，另一部分紫外光經(jīng)過紫外反射平 面鏡和/或紫外反射凹面鏡反射進(jìn)入所述紫外敏感光電倍增管； 步驟3,所述紫外敏感光電倍增管將入射的光子轉(zhuǎn)換為電流信號； 步驟4,將所述紫外敏感光電倍增管輸出的電流信號經(jīng)相應(yīng)的扇入扇出單元分為兩路， 其中一路經(jīng)甄別器后符合形成觸發(fā)信號，另外一路經(jīng)延遲后進(jìn)入多道分析器由所述觸發(fā)信 號啟動進(jìn)行電荷量測量； 步驟5,將得到的電荷量信息發(fā)送至控制器，所述控制器根據(jù)所述電荷量信息分析得到 α源的能量，根據(jù)所述觸發(fā)信號的計數(shù)率分析得到α源的活度。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，借助放大器增加電流信號的 強度。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，α源為固態(tài)或液態(tài)時，所述步驟1之前還包 括將α源放置在α源放置臺上的步驟;α源為氣態(tài)時，所述步驟1之前還包括使用抽氣栗將待 測α源抽入密閉空間內(nèi)的步驟。
【文檔編號】G01T1/16GK106093999SQ201610389754
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610389754.X, CN 106093999 A, CN 106093999A, CN 201610389754, CN-A-106093999, CN106093999 A, CN106093999A, CN201610389754, CN201610389754.X
【發(fā)明人】程金星, 朱左明, 張斌, 吳友朋, 溫偉偉, 劉軍輝, 趙鋒濤, 周文平, 胡玉新, 呂亞超, 徐榮政, 李鳳強
【申請人】中國人民解放軍火箭軍裝備研究院第六研究所