一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器制造技术

本发明专利技术属于辐射探测技术领域，涉及一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器。所述的叠层闪烁探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第二层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，入射窗分多层交错排列，用于避光并反射塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加光电倍增管对闪烁光子的收集效率；光电倍增管用于将辐射粒子在塑料闪烁体中产生的闪烁光子信号转化为电信号；电荷灵敏前置放大器用于输出光电倍增管中的电信号，并增加信号的信噪比。本发明专利技术的叠层闪烁探测器能工作在两种模式下，即可以实现降低γ干扰，测量β能谱，又可以用于测量定向剂量当量率。

A multilayer scintillation detector for measuring beta energy spectrum and directional dose equivalent rate

The invention belongs to the field of radiation detection technology, and relates to a laminated scintillation detector which can measure beta energy spectrum and directional dose equivalent rate. The laminated scintillation detector comprises a probe which comprises an incident window, a first layer of plastic scintillator, a second layer of plastic scintillator, a photomultiplier tube and a charge-sensitive preamplifier which are tightly connected in sequence. The incident window is arranged in a multi-layer interlaced arrangement for avoiding light and reflecting the scintillation photons produced by the plastic scintillator. The photomultiplier tube is used to convert the scintillation photon signal produced by the radiation particles in the plastic scintillator into electrical signal, and the charge sensitive preamplifier is used to output the electrical signal in the photomultiplier tube and increase the signal-to-noise ratio of the signal. The laminated scintillation detector of the invention can work in two modes, which can reduce the gamma interference, measure the beta spectrum, and can be used to measure the directional dose equivalent rate.

【技术实现步骤摘要】
一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器
本专利技术属于辐射探测
，涉及一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器。
技术介绍
β和γ都是常见的两种放射性粒子，核设施周围的辐射场多为β-γ混合场。在辐射探测工作中，两种粒子的能谱和剂量测量都非常重要。两种粒子能谱的测量对核素识别和了解辐射场的细节信息都有重要意义。γ能谱测量方法比较成熟，而β能谱测量则存在γ干扰问题。一般用于测量β的晶体也能对γ产生响应，因此测量β能谱时，必须考虑的问题是排除γ射线的干扰。另一方面，国际辐射单位与测量委员会(ICRU)提出了使用定向剂量当量H'(0.07)来监测辐射场中的弱贯穿辐射。H'(0.07)定义为：辐射场中一点的定向剂量当量H'(0.07,Ω)是相应的扩展场中ICRU球规定方向Ω的半径上深度0.07mm处产生的剂量当量。H'(0.07)给出皮肤剂量的估计值，由定义可知H'(0.07)与辐射粒子类型无关，即β和γ射线都可能对皮肤等浅表组织产生损失，两种射线都可能对H'(0.07)产生贡献。传统的方法中，为了测量β-γ混合场中的β能谱，需要一台专门的β谱仪，且要考虑如何屏蔽γ射线的干扰；而为了测量定向剂量当量率又需要一台专门的定向剂量当量率仪。因此，为了测量β能谱和定向剂量当量率，所用的设备数量多，成本高，而且往往不能很好地解决β能谱测量时γ的干扰问题。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，以即可以实现降低γ干扰，测量β能谱，又可以用于测量定向剂量当量率。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，所述的叠层闪烁探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第二层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，所述的入射窗分多层交错排列，用于避光并反射所述的塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加所述的光电倍增管对闪烁光子的收集效率；所述的第一层塑料闪烁体用于测量和β能谱；所述的第二层塑料闪烁体一方面用于充当测量时的反散射体，另一方面用于测量β能谱；所述的光电倍增管用于将辐射粒子在塑料闪烁体中产生的闪烁光子信号转化为电信号；所述的电荷灵敏前置放大器用于输出光电倍增管中的电信号，并增加信号的信噪比。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中所述的探头还包括外壳，所述的两层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器密封封装在所述的外壳内。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中所述的外壳为铝壳。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中所述的外壳的厚度大于4mm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中第一层塑料闪烁体为发光衰减时间常数不超过10ns的塑料闪烁体，第一层塑料闪烁体的材质可选Eljen公司的EJ212或者圣戈班公司的BC400(它们的发光衰减时间常数都为2.4ns)。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中第一层塑料闪烁体的质量厚度为8～12mg/cm2。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中第二层塑料闪烁体的发光衰减时间常数大于200ns，与第一层塑料闪烁体的发光衰减时间常数存在显著差异，第二层塑料闪烁体的材质可选Eljen公司的EJ240或者圣戈班公司的BC444(它们的发光衰减时间常数都为280ns)。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中第二层塑料闪烁体的厚度为8～12mm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其中所述的入射窗材质为铝化聚酯膜材料，层数为3～9层，总质量厚度为1～3mg/cm2。本专利技术的第二个目的是提供一种利用前述叠层闪烁探测器进行脉冲形状甄别的算法，以降低γ干扰，有效进行脉冲形状甄别。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种利用前述叠层闪烁探测器进行脉冲形状甄别的算法，其基于判断粒子是否在第一层塑料闪烁体中发生了能量沉积，包括如下步骤：A)提取脉冲触发后第20ns时的幅度，记为A；B)提取脉冲的最大幅度，记为P；C)按式(1)计算比例系数；D)通过实验确定比例系数r的阈值r_T；E)对任意一个脉冲，若r>r_T，则判断粒子在第一层塑料闪烁体中发生了能量沉积，保留该次脉冲，否则，则认为粒子没有在第一层塑料闪烁体中发生能量沉积，舍弃该脉冲。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的叠层闪烁探测器及基于其的脉冲形状甄别算法，可使叠层闪烁探测器能工作在两种模式下，即可以实现降低γ干扰，测量β能谱，又可以用于测量定向剂量当量率。由于核设施周围场所中常见β源核素最大能量为2.28MeV(90Sr/90Yβ源的最大能量)，因此本专利技术对β射线的能量测量上限为2.3MeV。附图说明图1为示例性的本专利技术的可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器的结构图。图2为示例性的本专利技术的可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器输出脉冲的示意图。图3为本专利技术的可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器的两种工作模式的原理框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。一、探头结构示例性的本专利技术的可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器包括探头，该探头的结构如图1所示，包括依次紧密连接的入射窗4、第一层塑料闪烁体1(PS1)、第二层塑料闪烁体2(PS2)、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3，以及密封封装PS1、PS2、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3的铝壳5。PS1为发光衰减时间常数极短(小于10ns)的塑料闪烁体，质量厚度为10mg/cm2，可选择Eljen公司的EJ212或者圣戈班公司的BC400(它们的发光衰减时间常数为2.4ns)，用于测量和β能谱。PS2必须选择发光衰减时间常数极大(大于200ns)的塑料闪烁体，可选择的为Eljen公司的EJ240或者圣戈班公司的BC444(它们的发光衰减时间常数为280ns)。PS2厚度为11mm。PS2一方面用于充当测量时的反散射体，另一方面用于测量β能谱。PS2后排列光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3。光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3用于将辐射粒子在塑料闪烁体中产生的闪烁光子信号转化为电信号，并用于输出电信号，增加信号的信噪比，其连接电源接头6，信号输出接口7。入射窗4分多层交错排列在PS1的前面，用于避光并反射塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3对闪烁光子的收集效率。入射窗4的材质为铝化聚酯膜材料，层数为6层，总质量厚度为2mg/cm2。PS1、PS2、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3密封封装在铝壳5内。铝壳5的厚度为5mm，保证2.3MeV以下的β粒子不能穿透。二、脉冲形状甄别算法利用前述示例性的本专利技术的可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器进行脉冲形状甄别的算法包括如下步骤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其特征在于，所述的叠层闪烁探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第二层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，所述的入射窗分多层交错排列，用于避光并反射所述的塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加所述的光电倍增管对闪烁光子的收集效率；所述的第一层塑料闪烁体用于测量

【技术特征摘要】
1.一种可测量β能谱和定向剂量当量率的叠层闪烁探测器，其特征在于，所述的叠层闪烁探测器包括探头，所述的探头包括依次紧密连接的入射窗、第一层塑料闪烁体、第二层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，所述的入射窗分多层交错排列，用于避光并反射所述的塑料闪烁体产生的闪烁光子，增加所述的光电倍增管对闪烁光子的收集效率；所述的第一层塑料闪烁体用于测量和β能谱；所述的第二层塑料闪烁体一方面用于充当测量时的反散射体，另一方面用于测量β能谱；所述的光电倍增管用于将辐射粒子在塑料闪烁体中产生的闪烁光子信号转化为电信号；所述的电荷灵敏前置放大器用于输出光电倍增管中的电信号，并增加信号的信噪比。2.根据权利要求1所述的叠层闪烁探测器，其特征在于：所述的探头还包括外壳，所述的两层塑料闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器密封封装在所述的外壳内。3.根据权利要求2所述的叠层闪烁探测器，其特征在于：所述的外壳为铝壳。4.根据权利要求2所述的叠层闪烁探测器，其特征在于：所述的外壳的厚度大于4mm。5.根据权利要求1所述的叠层闪烁探测器，其特征在于：第一层塑料闪烁体为发光衰减时间常数不超过10ns的塑料闪烁体。6.根据权利要求1所述的叠层闪烁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立，韦应靖，唐智辉，李强，杨波，方登富，孟艳俊，杨发涛，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14