一种海洋水体γ辐射原位探测器及探测数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；还公开了所述探测器中数据处理分析模块的数据处理方法为：(1)计算最小可探测活度；(2)γ能谱解谱；(3)对解谱数据进行校正。本发明专利技术通过配置钛合金或聚甲醛外壳，克服腐蚀和降低γ辐射衰减；通过采用数字化多道和LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低、采用40K稳谱造成的谱漂；本发明专利技术中上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海洋放射性换件监测与核事件应急
，涉及一种海洋水体γ辐射放射性原位测量装置及数据处理方法。
技术介绍
核能的开发利用给社会带来巨大经济效益和社会效益，但也产生了大量的核废物，以及潜在的核事故危险。随着我国沿海核电站的大量建设和使用，核设施运行、核废物产生以及日常排放对于海洋环境的影响是不得不考虑的问题。从1988年开始，我国对渤海、黄海、东海和南海进行常规的海洋放射性监测工作，我国海洋放射性监测以实验室分析为主要手段，每年若干次在重点海域站位采集海水、生物和沉积物样品，带回实验室处理和分析。实验室分析是一种耗时长、投入高、效率低的方法，一方面需要对样品进行化学预处理、富集、浓缩等，从而会引入各种误差，同时还受到核素半衰期的限制，无法对半衰期较短的核素测量，而且现在部分人工γ辐射核素并没有放射性化学分析的国标，例如：124Sb。另一方面这种非实时、非连续的工作模式很难对海洋放射性环境及时有效的监测，更难对可能的放射性污染预警。在对海洋水体放射性污染测量时，由于放射性自身的特征α射线、β射线在水体中的自吸收系数较大，且含量较低，很难实现原位测量，γ射线的穿透能力较强，自吸收吸收较小，是理想的原位测量对象,因此亟需一种高性能的γ辐射原位探测器。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种高性能海洋水体γ辐射原位探测器，所述装置可搭载于浮标、潜标、AUV、LV、水下机器人等平台，实现对海洋核事件的监测预警与长期在线连续原位测量。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种海洋水体γ辐射原位探测器，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；所述数据采集模块包括NaI晶体探头和多道脉冲幅度分析器，所述NaI晶体探头内置LED光源用于对谱漂进行校正，所述NaI晶体探头通过光电倍增管连接多道脉冲幅度分析器，所述多道脉冲幅度分析器连接数据处理分析模块；所述数据处理分析模块用于将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；所述数据处理分析模块连接控制与通信模块，所述控制与通信模块用于向外发送处理后的数据。进一步的，所述防腐水密舱配置钛合金或聚甲醛外壳。进一步的，在NaI晶体探头后方还安装有GM探测器，用于扩宽探测器测量范围。进一步的，所述防腐水密仓内还设有CTD传感器，同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。进一步的，所述控制与通信模块设有RS232或422接口。进一步的，所述多道脉冲幅度分析器采用数字型。上述探测器中数据处理分析模块的数据处理方法为：(1)计算最小可探测活度；(2)γ能谱解谱；(3)对解谱数据进行校正。进一步的，步骤(1)中最小可探测活度得计算方法为：B为本底计数；Decay为衰减因子；ε为探测效率；b为射线分支比；k为活度单位转换系数；q为样品质量或体积。进一步的，步骤(2)所述γ能谱解谱的方法为：(201)采用小波变换完成γ能谱数据的光滑；(202)采用对称零面积寻峰算法确定全能峰峰位；(203)采用SNIP算法扣除本地求“净”全能峰；(204)采用最小二乘高斯拟合计算净峰面积。进一步的，数据校正的方法为：根据海洋水体随温度和盐度变化对γ射线在水体中的自吸收系数的影响，通过蒙特卡罗模拟的方法计算出不同温度和盐度的衰减系数，进而根据温盐数据对探测器的解谱数据进行校正。对于现有技术，本专利技术所述的一种海洋水体γ辐射放射性原位测量装置具有以下优势：(1)本专利技术通过配置钛合金或聚甲醛外壳，克服腐蚀和降低γ辐射衰减；(2)通过采用数字化多道和LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低、采用40K稳谱造成的谱漂；(3)本专利技术中数据处理模块可直接对采集模块进行数据处理，上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求；(4)本专利技术中GM探测器，能够在高剂量海区NaI探测器不能使用时，依然保持剂量率数据的实时测量，实现了γ辐射原位测量范围环境级到事故级；。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术原理框图。图3为本专利技术的数据处理的流程图。其中：1：水密接插件；2：水密仓；3：通讯模块；4、控制模块；5：数据处理分析模块；6：GM计数器；7：多道脉冲幅度分析器；8：光电倍增管；9：NaI晶体探头；10、CTD传感器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1、2所示，一种海洋γ辐射原位探测器，探测器包括数据采集模块、数据处理分析模块5、控制与通信模块、防腐水密舱2。采集模块包括NaI晶体探头9和多道脉冲幅度分析器7，其中NaI探头9中内置了LED光源用于对探测器谱漂进行校正，还通过光电倍增管8连接道多脉冲幅度分析器7，多道脉冲幅度分析器7采用全数字有效的降低了探测器对于温度变化的谱漂敏感程度；数据处理分析模块5将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；防腐水密舱2设有水密接插件1，配置钛合金或聚甲醛外壳克服腐蚀和降低γ辐射衰减。该探测器采用钛合金或聚甲醛外壳，具有良好的抗腐蚀效果，相同的耐压水平对γ辐射的衰减较少。该探测器安装有CTD传感器10，可同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。该探测器在结构的中部安装有GM计数器6能够扩宽探测器剂量率测量范围。该探测器可测量海洋水体中的天然核素和人工核素γ辐射能谱和剂量率。放射性探测器借口为RS232或422接口。该探测器采用LED稳谱，克服了探测器在海洋环境中由于环境本底较低，采用40K稳谱造成的谱漂。该探测器数据处理模块可直接对采集模块进行数据处理，控制模块4和通讯模块3上传数据为数据处理结果，同时原始能谱数据将储存于探测器中，该种方式大大降低了对于数据通信速率的要求。该探测器数据采集模块中的多道脉冲幅度分析器7采用数字型，有效的降低了能谱的谱漂。该探测器的控制模块可对探测器的测量时间进行调整，最长连续测量时间为30天。本专利技术采用linux系统控制探测器的数据采集、数据处理分析模块、控制与通信模块等，整体功耗低于2.5W。本专利技术为克服闪烁体探测器常见的谱漂，影响自动解谱效果的问题，除采用普通的温度校正稳谱外，在探测器中增加了LED，根据LED光源在NaI探测器采集的道址，实时调节探测器的控制单元的增益放大值。本专利技术的数据处理方法采用以下方法：最小可探测活度(MDA)的计算过程：B为本底计数；Decay为衰减因子；ε为探测效率；b为射线分支比；k为活度单位转换系数；q为样品质量或体积。γ能谱解谱的流程如图3所示：而γ能谱解谱方法：谱光滑技术采用小波变换；寻峰算法采用对称零面积；本底扣除采用SNIP算法；净峰面积计算采用最小二乘高斯拟合。本专利技术在γ辐射探测器上安装了CTD传感器10，可以同时测量海洋水体的CTD数据。根据海洋水体随温度和盐度变化对γ射线在水体中的自吸收系数的影响，本专利技术通过蒙特卡罗模拟的方法计算出不同温度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；所述数据采集模块包括NaI晶体探头和多道脉冲幅度分析器，所述NaI晶体探头内置LED光源用于对谱漂进行校正，所述NaI晶体探头通过光电倍增管连接多道脉冲幅度分析器，所述多道脉冲幅度分析器连接数据处理分析模块；所述数据处理分析模块用于将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；所述数据处理分析模块连接控制与通信模块，所述控制与通信模块用于向外发送处理后的数据。

【技术特征摘要】
1.一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块、防腐水密舱，所述数据采集模块、数据处理分析模块、控制与通信模块设置在防腐水密仓内；所述数据采集模块包括NaI晶体探头和多道脉冲幅度分析器，所述NaI晶体探头内置LED光源用于对谱漂进行校正，所述NaI晶体探头通过光电倍增管连接多道脉冲幅度分析器，所述多道脉冲幅度分析器连接数据处理分析模块；所述数据处理分析模块用于将采集的数据进行数据处理得到水体中γ核素的活度浓度；所述数据处理分析模块连接控制与通信模块，所述控制与通信模块用于向外发送处理后的数据。2.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述防腐水密舱配置钛合金或聚甲醛外壳。3.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，在NaI晶体探头后方还安装有GM探测器，用于扩宽探测器测量范围。4.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述防腐水密仓内还设有CTD传感器，同时测量温盐深参数，用于校正γ辐射在海水中的自吸收。5.根据权利要求1所述的一种海洋水体γ辐射原位探测器，其特征在于，所述控制与通信模块设有RS232或422接口。6.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金钊，李红志，王磊，李春芳，张峰，杜军艳，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津;12