【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于辐射检测，具体涉及一种适用于核电厂、核元件厂、乏燃料厂等核设施流出物和环境中α核素或β核素的活度浓度的测量设备以及基于该测量设备进行α核素或β核素活度浓度测量的方法。
技术介绍
1、随着人类对核能的开发和利用，释放出大量的α核素或β核素，并以不同方式排放到环境中，对环境和公众造成辐射损伤，影响环境生态。
2、传统的α核素测量方法分为半导体测量法和液体闪烁测量法，然而由于α核素射程短，通过半导体测量过程中，需要在真空条件下操作；另一种液闪测量法，该方法虽然探测效率高，但缺点是测量后产生放射性的有毒闪烁液，不能直接排放。
3、传统的β核素测量方法分为半导体测量法、液闪测量法和正比计数法，半导体测量法和正比计数法最大的缺点是探测能量阈值高，对氚、碳-14等低能放射性核素探测效率极低，正比计数法和液闪法测量法缺点同样是测量后产生放射性的有毒闪烁液，不能直接排放。
4、随着人类社会的进步，对生态环境的日趋重视，传统方法已不再合适，亟需新的α核素或β核素的测量装置和测量方法，以满足需求。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种改进的用于α核素或β核素的测量设备。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种用于α核素或β核素的活度浓度的测量设备，包括收集装置、测量装置、模数转换装置和数据处理装置，所述收集装置用于对放射性核素进行富集和纯化，所述测量装置用于对富集的放射性核素进行
4、根据本专利技术的一些优选实施方面，α核素或β核素核素的活度浓度通过如下公式计算得到：
5、
6、式中，a为α核素或β核素的活度浓度；n为α核素或β核素测量的有效计数；n0为本底计数；t为测量时间；ε为探测效率；v为待测样品的体积；y为样品的回收率；λ为核素的衰减常数；t为从采样/分离到测量一半的时间。
7、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述测量装置包括多组测量单元，每组所述测量单元均包括光电倍增管和前置放大器，所述光电倍增管用于对富集的放射性核素进行α射线和/或β射线的测量并得到脉冲信号，所述前置放大器用于对所述脉冲信号进行放大后输出；所述前置放大器与所述模数转换装置连接。
8、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述测量装置包括四组测量单元；当四路测量单元分别测量时，累计计数为n1；任意两组测量单元同时测到信号时作为两个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n2；任意三组测量单元同时测到信号时作为三个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n3；四组测量单元同时测到信号时作为四个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n4；扣除重复记录部分，得到累积的有效计数n。
9、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述有效计数n按照如下公式计算得到：
10、
11、式中，n为α核素或β核素测量的有效计数；n2为任意两路符合计数；n3为任意三路符合计数；n4为四路符合计数。
12、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述测量装置包括用于进行α核素或β核素测量的微球闪烁体和用于装载待测样品的测量皿，所述测量皿和其内的微球闪烁体、待测样品组成样品单元，所述测量单元用于对所述样品单元进行测量。所述的微球闪烁体主要替代传统液闪法中的闪烁液，所述的微球闪烁体具有粒径小、密度小、亲水性好特点，可悬浮于待测溶液中。待测溶液与微球闪烁体在测量皿内均匀分布，溶液中的放射性核素发射α射线或β射线，直接传输至微球闪烁体表面，作用于闪烁剂，发射波长约360nm的荧光，荧光快速被波长转移剂吸收，并退激释放出约420nm的可见光，被光电倍增管探测并转化为电信号，增强放大后输出。
13、优选地，所述的测量皿为长方体设计，顶部和底部为正方形设计，分别设计接口，作为样品液进口和出口，材质为石英，四个侧面做光学透明处理，保证可见光透过率超过98％，同时有效降低传统玻璃材料中含有天然放射性核素钾-40对测量的干扰。
14、优选地，本专利技术为匹配测量皿的有效探测面积，保证测量装置的便携适用，设计光电倍增管有效探测面积约500mm2，四个光电倍增管分别通过测量皿的四个侧面接收产生的光信号，完全对称设计，保证探测的一致性。
15、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述微球闪烁体由多个单体闪烁微球组成，每个单体闪烁微球的直径为5μm～100μm，根据不同能量的β核素选择不同粒径的闪烁微球。根据不同测量核素的能量差别，选择不同粒径的闪烁微球，实现不同能量β核素测量；对于α核素的测量，每个单体闪烁微球的直径为50～100μm。
16、根据本专利技术的一些优选实施方面，每个单体闪烁微球的密度为1～1.1g/cm3。
17、根据本专利技术的一些优选实施方面，每个所述单体闪烁微球由内向外分为三层，最内层材质为纯ps；中间层为ps、ppo和popop混合形成，最外层材质为ps表面嫁接亲水基团改性形成，优选采用苯磺酸钠。
18、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述最内层的直径为整个单体闪烁微球直径的0.48-0.53；所述中间层的厚度为整个单体闪烁微球直径的0.45-0.49。优选最内层的直径为整个单体闪烁微球直径的一半。
19、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述中间层的载体、闪烁剂和波长转移剂的质量比为1：1～3：0.02～0.05。
20、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述载体为聚苯乙烯(ps)，闪烁剂为2,5-二苯基恶唑(ppo)，波长转移剂为1,4-双(5-苯基恶唑)苯(popop)。
21、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述单体闪烁微球的制备方法为：首先制备目标半径的纯ps微球；再包裹用于闪烁测量的混合层(即ps、ppo和popop混合)，该层厚度为(0.45～0.49)倍目标半径厚度；最后在混合层外表面包裹亲水基团改性的ps层。
22、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述模数转换装置包括采集模块、时间同步模块、信号转化模块和信号输出模块，所述采集模块用于脉冲信号采集；所述时间同步模块用于四个通道采集信号同步，所述信号转化模块用于将采集的脉冲电信号转化为数字信号，所述信号输出模块用于将由发生时间和信号电压值组成的数组作为输出信号输出。
23、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述的数据处理装置用于将所述模数转化装置输出的数字信号通过符合处理，将输入的四路信号数据组，以时间为甄别指标，任意两个通道同时发生则作为真值，记录为1，否则记录为0，排除任意三个通道同时发生和四路信号同时发生的情况，最终输出该段时间区域内的电压值和计数的数组。
24、根据本专利技术的一些优选实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于α核素或β核素的活度浓度的测量设备，其特征在于：包括收集装置、测量装置、模数转换装置和数据处理装置，所述收集装置用于对放射性核素进行富集和纯化，所述测量装置用于对富集的放射性核素进行α射线和/或β射线的测量并输出脉冲信号，所述模数转换装置用于将收集的脉冲信号转化为电平信号，记录采集时刻，并以数字信号的形式输出；所述数据处理装置收集采集得到的数字信号，通过时间同步是否符合，得到有效计数，并计算核素的活度浓度。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：α核素或β核素的活度浓度通过如下公式计算得到：
3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括多组测量单元，每组所述测量单元均包括光电倍增管和前置放大器，所述光电倍增管用于对富集的放射性核素进行α射线和/或β射线的测量并得到脉冲信号，所述前置放大器用于对所述脉冲信号进行放大后输出；所述前置放大器与所述模数转换装置连接。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括四组测量单元；当四路测量单元分别测量时，累计计数为N1；任意两组测量单元同时测到信号时作
5.根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于：所述有效计数N按照如下公式计算得到：
6.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括用于进行α核素或β核素测量的微球闪烁体和用于装载待测样品的测量皿，所述测量皿和容纳在其内的微球闪烁体、待测样品组成样品单元，所述测量单元用于对所述样品单元进行测量。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于：所述微球闪烁体由多个单体闪烁微球组成，每个单体闪烁微球的直径为5μm～100μm，密度为1～1.1g/cm3。
8.根据权利要求7所述的测量设备，其特征在于：每个所述单体闪烁微球由内向外分为三层，最内层的材质包括聚苯乙烯，中间层的材质包括载体、闪烁剂和波长转移剂，最外层的材质包括亲水改性聚苯乙烯。
9.根据权利要求8所述的测量设备，其特征在于：所述最内层的直径为整个单体闪烁微球直径的0.48-0.53；所述中间层的厚度为整个单体闪烁微球直径的0.45-0.49。
10.根据权利要求8所述的测量设备，其特征在于：所述中间层中载体、闪烁剂和波长转移剂的质量比为1：1～3：0.02～0.05。
11.根据权利要求8所述的测量设备，其特征在于：所述单体闪烁微球的制备方法为：首先制备聚苯乙烯微球，之后在所述聚苯乙烯微球外包裹由载体、闪烁剂和波长转移剂混合后形成的中间层，最后在所述中间层外包裹亲水改性聚苯乙烯。
12.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述模数转换装置包括采集模块、时间同步模块、信号转化模块和信号输出模块，所述采集模块用于脉冲信号的采集；所述时间同步模块用于四个通道采集信号的同步，所述信号转化模块用于将采集的脉冲电信号转化为数字信号，所述信号输出模块用于将由发生时间和信号电压值组成的数组作为输出信号输出。
13.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述的数据处理装置用于将所述模数转化装置输出的数字信号通过符合处理，将输入的四路信号数据组，以时间为甄别指标，任意两个通道同时发生则作为真值，记录为1，否则记录为0，排除任意三个通道同时发生和四路信号同时发生的情况，输出该段时间区域内的电压值和计数的数组。
14.一种根据权利要求1-13任意一项所述的测量设备进行α核素或β核素的活度浓度的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于α核素或β核素的活度浓度的测量设备，其特征在于：包括收集装置、测量装置、模数转换装置和数据处理装置，所述收集装置用于对放射性核素进行富集和纯化，所述测量装置用于对富集的放射性核素进行α射线和/或β射线的测量并输出脉冲信号，所述模数转换装置用于将收集的脉冲信号转化为电平信号，记录采集时刻，并以数字信号的形式输出；所述数据处理装置收集采集得到的数字信号，通过时间同步是否符合，得到有效计数，并计算核素的活度浓度。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：α核素或β核素的活度浓度通过如下公式计算得到：
3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括多组测量单元，每组所述测量单元均包括光电倍增管和前置放大器，所述光电倍增管用于对富集的放射性核素进行α射线和/或β射线的测量并得到脉冲信号，所述前置放大器用于对所述脉冲信号进行放大后输出；所述前置放大器与所述模数转换装置连接。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括四组测量单元；当四路测量单元分别测量时，累计计数为n1；任意两组测量单元同时测到信号时作为两个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n2；任意三组测量单元同时测到信号时作为三个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n3；四组测量单元同时测到信号时作为四个通道的有效计数，发生时记录一次，累积计数为n4；扣除重复记录部分，得到累积的有效计数n。
5.根据权利要求4所述的测量设备，其特征在于：所述有效计数n按照如下公式计算得到：
6.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置包括用于进行α核素或β核素测量的微球闪烁体和用于装载待测样品的测量皿，所述测量皿和容纳在其内的微球闪烁体、待测样品组成样品单元，所述测量单元用于对所述样品单元进行测量。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭贵银，黄彦君，孙雪峰，鲜莉，张兵，左伟伟，朱鑫，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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