一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术涉及核辐射探测技术领域，提供一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统及其监测方法，包括多个NaI闪烁体探测器、多个CsBr3闪烁体探测器和能谱分析与处理模块。NaI、CsBr3闪烁体探测器混合均布，能谱分析与处理模块中，各多道组件分别采集一个探测器信号并处理形成多道数据，阵列多道分析组件同时采集所有多道组件的多道数据，首先分别对各多道能谱数据进行谱峰遍历和本底扣除等预处理，然后叠加各预处理结果能谱，并按目前现有的解谱方法对叠加谱数据进行解谱和计算，获得水体放射性核素测量结果。本发明专利技术实现了水体高本底环境下低活度放射性核素的快速响应探测，同时保持较高的核素分辨能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核辐射探测
，具体涉及一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统及其监测方法。
技术介绍
放射性物质进入海洋、湖泊等水环境后，造成水体和水生物污染，并经风向、洋流、生物链传递等作用下迅速扩散，威胁人类健康和生态安全。因此，建立实时的水体放射性探测和核素识别技术，为环境污染状态掌握、趋势分析、事件处理、公众预警与安抚提供技术支撑。考虑水体放射性核素监测如下特点：1）放射性物质进入海洋、湖泊等水环境后经水体无限稀释至低水平放射性活度浓度，同时海水或雨天湖泊等水环境中本底较高，从而要求能够在水体高本底环境下实施低活度放射性核素测量；2）实际应用中需尽可能实时监测，即时获取水环境污染数据，并支持基于船载等平台对不同水域快速航行监测，从而要求水体放射性核素监测具有快速响应能力。3）核污染事件中水体放射性物质复杂繁多，从而要求水体放射性核素监测具有高分辨能力。因此，如何进行实时、高效、高分辨能力的水体高本底低活度放射性核素监测一直是备受关注的问题且亟待解决。虽然自上世纪50年代末以来，世界范围内有数十个国家和机构开展水体放射性核素监测技术研究，但主要采用单晶体闪烁体探测器，难以同时满足水体放射性核素的低活度浓度测量、高效测量和高分辨能力测量，其主要局限如下：探测响应时间越快，则要求晶体体积越大。然而目前国内外晶体的尺寸是极有限的。且随晶体体积增大，其探测分辨率会降低，同时在高活度放射性环境中容易饱和。目前国内外主要采用的单闪烁体晶体优缺点如下：目前，国内外还没有基于复合多晶体阵列监测方法实现实时、高效、高分辨能力的水体放射性核素监测技术研究。专利技术内容本专利技术针对水体低活度放射性核素的实时、高效和高分辨能力监测，结合NaI闪烁体晶体和CsBr3闪烁体晶体各自特性，提出一种水体核素多晶体阵列监测系统及其监测方法，实现了水体高本底环境下低活度放射性核素的快速响应探测，同时保持较高的核素分辨能力。该方法支持晶体阵列的动态伸缩控制，在满足现有单NaI闪烁体晶体和单CsBr3闪烁体晶体可实现的最低探测活度浓度下限前提下，可根据需求动态调整晶体阵列布置方案实现探测响应时间的动态控制调整。本专利技术一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统，包括以下组成部分：多个NaI闪烁体探测器、多个CsBr3闪烁体探测器、能谱分析与处理模块，多个NaI闪烁体探测器和多个CsBr3闪烁体探测器混合均布，每个探测器将其探测信号通过水密电缆传送给能谱分析与处理模块；所述能谱分析与处理模块由多个多道组件和阵列多道分析组件组成，每一个多道组件采集来自一个NaI闪烁体探测器或CsBr3闪烁体探测器的信号，阵列多道分析组件同时采集所有多道组件的信号，阵列多道分析组件与就地显示单元或上位机相连。NaI闪烁体探测器和CsBr3闪烁体探测器的数量与闪烁体晶体尺寸根据测量活度浓度下限和响应时间的实际需要确定，所有探测器采用同一水平面布置，或空间立体布置，各探测器通过圆柱形或其他规则水下浮力平衡支架固定，通过模特卡罗模拟计算水体γ源几何分布，为了屏蔽水面以上天然放射性影响，以及实现各探测器的最佳水体探测效果，每个探测器之间的相对距离大于0.5米，所有探测器均置于水表面2米以下深处。NaI闪烁体探测器内核由NaI闪烁体晶体、光电倍增管和前放电路组成，同理，CsBr3闪烁体探测器内核由CsBr3闪烁体晶体、光电倍增管和前放电路组成。对于水体低活度放射性核素监测，一般NaI晶体用于水体总γ快速响应，应尽量选择大体积晶体。CsBr3晶体主要用于总γ快速响应后，定性的给出核素识别，在综合考虑探测效率、响应时间的同时兼顾核素分辨能力，晶体尺寸应选择适中（Ф50mm×50mm）。探测器外壳采用钛合金材质，其厚度应在保证足够机械强度的同时满足能量下限要求，厚度在2mm～5mm适中。探测外壳的壳体与壳盖之间采用密封凹槽加橡胶密封圈加压密封，壳盖上部中心位置开孔安装水密连接器，水密连接器与壳盖同样采用密封凹槽加橡胶密封圈加压密封。探测器外壳采用多道喷漆涂毒处理，以防腐、防生物附着。本专利技术还提供一种上述水体低活度核素多晶体阵列监测系统的监测方法，包括以下步骤：（1）每一个多道组件采集来自一个NaI闪烁体探测器或CsBr3闪烁体探测器的信号，并对采集信号进行脉冲甄别、成型、计数、幅值采样等多道处理形成多道能谱数据。（2）阵列多道分析组件同时采集所有多道组件的多道能谱数据并存于二维阵列多道数据结构mChannel[N][M]，其中，N为多道组件个数，M为多道道数。每一个多道组件，令其序号为n，0≤n≤N，对应的多道能谱数据为mChannel[n][]，且各多道组件中多道道数M是一致的，M=Z×512，Z为正整数，可根据多道组件的电子学性能和实际需要动态取值。阵列多道分析组件执行以下处理：（2-1）取两个合理的能窗道数边界阈值δl、δh，对每一个多道能谱数据mChannel[n][]（0≤n≤N）进行处理。（2-1-1）分别按照δh-δl+1种不同能窗步长{δl,δl+1,…,δh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统，其特征在于：包括多个NaI闪烁体探测器、多个CsBr3闪烁体探测器、能谱分析与处理模块，多个NaI闪烁体探测器和多个CsBr3闪烁体探测器混合均布，每个探测器将其探测信号通过水密电缆传送给能谱分析与处理模块；所述能谱分析与处理模块由多个多道组件和阵列多道分析组件组成，每一个多道组件连接一个NaI闪烁体探测器或一个CsBr3闪烁体探测器，采集来自一个NaI闪烁体探测器或CsBr3闪烁体探测器的信号，所有多道组件均与阵列多道分析组件相连，阵列多道分析组件同时采集所有多道组件的信号，阵列多道分析组件与就地显示单元或上位机相连。

【技术特征摘要】
1.一种水体低活度核素多晶体阵列监测系统，其特征在于：包括多个NaI闪烁体探测器、多个CsBr3闪烁体探测器、能谱分析与处理模块，多个NaI闪烁体探测器和多个CsBr3闪烁体探测器混合均布，每个探测器将其探测信号通过水密电缆传送给能谱分析与处理模块；所述能谱分析与处理模块由多个多道组件和阵列多道分析组件组成，每一个多道组件连接一个NaI闪烁体探测器或一个CsBr3闪烁体探测器，采集来自一个NaI闪烁体探测器或CsBr3闪烁体探测器的信号，所有多道组件均与阵列多道分析组件相连，阵列多道分析组件同时采集所有多道组件的信号，阵列多道分析组件与就地显示单元或上位机相连。2.根据权利要求1所述的水体低活度核素多晶体阵列监测系统，其特征在于：NaI闪烁体探测器和CsBr3闪烁体探测器的数量与闪烁体晶体尺寸根据测量活度浓度下限和响应时间的实际需要确定，所有探测器采用同一水平面布置，或空间立体布置，各探测器通过圆柱形或其他规则水下浮力平衡支架固定，各探测器之间的相对距离大于0.5米，所有探测器均置于水面2米以下深处。3.根据权利要求1所述的水体低活度核素多晶体阵列监测系统，其特征在于：NaI闪烁体探测器和CsBr3闪烁体探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：程芳权，左亮周，徐卫锋，郭智荣，王益元，程翀，许浒，梁英超，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42