一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪制造技术

本发明专利技术属于辐射探测技术领域，涉及一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子。利用本发明专利技术的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，可仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并可省去符合电路，降低仪器复杂度和成本，从而使测量系统更加简单，增加仪器携带方便性和使用灵活性。

A laminated scintillation anti Compton gamma spectrometer

The invention belongs to the field of radiation detection technology, and relates to a laminated scintillation anti Compton gamma spectrometer. The laminated scintillation anti-Compton gamma spectrometer comprises a probe which comprises a CeBr3 crystal scintillator, a BGO crystal scintillator, a photomultiplier tube, a charge-sensitive preamplifier, and a sealed enclosure encapsulating them. The CeBr3 crystal scintillator is used for measuring gamma-ray spectra except on the outer side of the enclosure in contact with the enclosure. The BGO crystal scintillator is connected with the photomultiplier tube and the charge-sensitive preamplifier for measuring the scintillation photons produced when Compton effect occurs in the CeBr3 crystal scintillator. The stacked scintillation anti-Compton gamma spectrometer of the invention can eliminate the influence of Compton effect on the measurement by only one instrument, and can save the coincidence circuit, reduce the complexity and cost of the instrument, thereby making the measurement system simpler, increasing the convenience of carrying the instrument and the flexibility of use.

【技术实现步骤摘要】
一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪
本专利技术属于辐射探测
，涉及一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。
技术介绍
在核电站液态流出物监测和放射性废物分析等应用场景中，需要进行γ能谱测量。在γ能谱测量过程中，有的光子会在探测器灵敏区发生康普顿效应，从而增加了能谱中全能峰区域的本底，增加了测量的探测下限。通过反康普顿技术，可以识别出那些发生康普顿效应的事件，并将它们从γ谱中剔除，从而降低本底，降低了探测下限。传统的反康普顿谱仪是由两台独立的探测器实现，主探测器用于测量γ能谱。当γ射线在主探测器中发生康普顿效应后，散射光子被第二台探测器捕获。这种设计中需要分别测量两台探测器的信号，并借助额外的符合电路，设置一个时间宽度，若两台探测器输出信号的时间在该时间宽度范围内，则认为这两个信号是由同一个光子引起。这种传统的设计方法需要两台谱仪，需要额外的符合电路，增加了设备复杂度和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，以仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并省去符合电路，降低仪器复杂度和成本。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子；所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的探头还包括和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器连接的电源接头和信号输出接口，所述的电源接头和信号输出接口穿出所述的外壳。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的CeBr3晶体闪烁体为圆柱体型，一个端面与所述的外壳接触，另一个端面与侧面被所述的BGO晶体闪烁体包覆。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的CeBr3晶体闪烁体的尺寸为φ(25.4-76.2)x(25.4-76.2)mm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的BGO晶体闪烁体为内部剖去一圆柱体的圆柱体形，在内部剖去的圆柱体中装填所述的CeBr3晶体闪烁体。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的BGO晶体闪烁体的外形尺寸为φ(30-90)x(30-90)mm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的光阴极灵敏区的直径为25-76mm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中在所述的CeBr3晶体闪烁体和所述的BGO晶体闪烁体的接触面上涂有光学耦合剂。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中在所述的BGO晶体闪烁体和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的接触面上涂有光学耦合剂。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的光学耦合剂为硅胶、硅脂或甘油。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，可利用不同闪烁体发光衰减常数的差异，仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并可因探测器信号只由一个PMT输出而省去符合电路，降低仪器复杂度和成本，从而使测量系统更加简单，增加仪器携带方便性和使用灵活性。附图说明图1为示例性的本专利技术的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪的探头的结构图。图2为在灵敏区发生能量沉积的三种情形示意图。图3为三类事件产生的信号幅度和上升时间联合分布示意图。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叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，该探头的结构如图1所示，包括CeBr3晶体闪烁体1、BGO晶体闪烁体2、光电倍增管(PMT)和电荷灵敏前置放大器3，以及密封封装它们的铝外壳6。CeBr3晶体闪烁体1用于测量γ能谱，为圆柱体型，尺寸为φ25.4mmx25.4mm；其一个端面与外壳接触，另一个端面与侧面被BGO晶体闪烁体2包覆。BGO晶体闪烁2体连接光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3，用于测量在CeBr3晶体闪烁体1中发生康普顿效应时产生的闪烁光子，为内部剖去一圆柱体的圆柱体形(即马林杯型)，外形尺寸为φ50mmx32mm；其在内部剖去的圆柱体(尺寸为φ25.4mmx25.4mm)中装填CeBr3晶体闪烁体1。光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3连接电源接头4和信号输出接口5(电源接头4和信号输出接口5穿出铝外壳6)，用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体1中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统，其中的光阴极灵敏区的直径为50mm。CeBr3晶体闪烁体1和BGO晶体闪烁体2产生的闪烁光子进入PMT中并输出电信号。CeBr3晶体闪烁体1和BGO晶体闪烁体2的接触面上，以及BGO晶体闪烁体2和光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3的接触面上涂有光学耦合剂(为硅胶、硅脂或甘油)，以增加闪烁体产生的闪烁光子到达PMT光阴极的概率。铝外壳6主要起保护内部材料和避光的作用，其厚度不应小于5mm。二、信号处理方法探头输出的电压信号由采样率大于40MSPS的ADC采集，并传输至FPGA中，由FPGA测量信号的幅度和上升时间。其中信号幅度表示ADC采集得到的电压数值，上升时间表示信号从最大幅度的10％～90％所经历的时间。当入射的γ粒子在探测器灵敏区发生能量沉积时，可以分为如图2所示的三种情况。图2中，情况1表示γ粒子只在CeBr3中沉积能量，是测量时需要的事件；情况2表示γ粒子在CeBr3中发生康普顿效应，散射光子被BGO探测到，当这种情况发生时，舍弃这样的事件，能实现反康普顿的功能，从而增加测得能谱的峰康比，降低活度探测下限；情况3表示粒子只在BGO中沉积能量，由于BGO能量分辨率较差，也应该舍弃这类事件。CeBr3的发光衰减时间常数约为20ns，光子产额约为60个/keV，BGO的发光衰减时间常数约为300ns，光子产额约为10个/keV。两种晶体的这两个参数差异明显，因此三类事件的信号幅度和上升时间的分布必然也差异显著。图3为三类事件产生的信号幅度和上升时间联合分布示意图，图中，1表示第1类(只在CeBr3中沉积能量)脉冲事件，2表示第2类(发生了康普顿效应，在两种闪烁体中都沉积能量)脉冲事件，3表示第3类(只在BGO中沉积能量)脉冲事件。显然通过信号幅度和上升时间即可分辨这三类事件。三、本专利技术的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪的具体制作和测量1.按图1制造叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。2.使用采样率大于40MSPS的ADC采`集探测器输出的电压信号，并传输至FPGA中，由FPGA测量信号的幅度h和上升时间rt。其中信号幅度表示ADC采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于，所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子；所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统。

【技术特征摘要】
1.一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于，所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子；所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统。2.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的探头还包括和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器连接的电源接头和信号输出接口，所述的电源接头和信号输出接口穿出所述的外壳。3.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的CeBr3晶体闪烁体为圆柱体型，一个端面与所述的外壳接触，另一个端面与侧面被所述的BGO晶体闪烁体包覆。4.根据权利要求3所述的一种叠层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立，李强，韦应靖，以恒冠，王明亮，唐智辉，方登富，赵佳辉，
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