CN105510956B - 反康普顿散射探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反康普顿散射探测器，包括碘化钠材料制得的主探测器，主探测器的下端连接光电倍增管，主探测器嵌套进入塑料闪烁体制作合成的辅助探测器，主探测器、辅助探测器之间为光导材料，辅助探测器上端连接光电倍增管，辅助探测器下端为铅屏蔽环。本发明的有益效果是：进而实现最大程度上降低天然的γ射线散射光子（康普顿效应）本底影响的目的，提高就地环境γ射线检测结果的准确性，简化探测器的结构单元，降低了整机功耗。

Description

反康普顿散射探测器

技术领域

本发明属于放射检测设备技术领域，涉及一种反康普顿散射探测器。

背景技术

长期以来“高背景条件下低含量放射性检测”技术一直受到国内外学者的关注(H.Oeschger，1975；Kenichi Nogami，1978；Theórsson P.1991；郑仁圻，1985，1995；李德平，1994；黄乃明，2004；等)。众多学者就该问题从理论方法研究到测量***研制应用全方面进行了大量工作。传统的环境低水平放射性监测方式是“现场取样-实验室分析”(也是目前国内采用的主要方式)，分析技术的现场化程度并不高(沙连茂，2011)，时效性差，使用设备多为实验室内大型分析仪器，不便于携带且分析成本较高。

现有的环境放射性就地γ能谱测量***大部分采用多个探测器耦合测量的方式，实现降低本底计数、有效提取目标核素放射性信息的目的(P.P.Povinec，1996；A.Chernyaev，2004；et al)。高纯锗探测器因其具有能量分辨率好、探测效率高的特点被广泛应用于该类型放射性检测***中，但由于该型探测器对工作温度要求较高故需匹配相应的制冷***，这就决定了高纯锗γ能谱仪整体结构复杂不便携带。又如Ortec生产的Detective-DX系列便携式核素甄别***采用电制冷方式虽然简化了***，但是需要持续的交流电供应以稳定制冷***，同时该制冷***结构复杂，***稳定性不高。

除了高纯锗探测器以外，国内外也有选用LaBr₃、SrBr等其他卤素闪烁体作为探测器，该类仪器的优点是能量分辨率好，灵敏度高。但是，探测器部分成本较高，约为同等规格NaI探测器的成本的7-8倍，这在很大程度上使得该类型探测器难以广泛应用。

国内关于环境低放射性就地检测***的专利研究现状主要有：山东省科学院海洋仪器仪表研究所的张国华等人的《海洋原位反符合屏蔽γ能谱仪》(CN203502589U，公开日：2014年3月26日)，张颖颖等人的《用于海洋放射性测量的低本底γ能谱仪》(CN103217702A，公开日：2013年7月24日)，清华大学的程建平等人《一种低本底γ谱仪的组合屏蔽室》(CN103675887A，公开日：2014年3月26日)等。以上专利主要集中在实验室分析和海洋原位分析领域，测量***规模较大，而类似于本文中的便携式环境低放射性检测***还未见报道。

现有的多探头组合探测器中为以阵列组合形式，而主辅探测器嵌套组合的形式较为少见，现有嵌套组合探测器多以高纯锗或溴化镧半导体作为主探测器，外层使用的闪烁体探测器作为辅助探测器，由于该组合中主探测器工作温度(-188℃～-163℃)要求较为苛刻，须附加较大体积和功率的制冷(如电制冷、机械制冷、液氮制冷等)装置，所以此类设计方案主要是针对实验室分析使用，不具有便携性。

发明内容

本发明的目的是提供一种反康普顿散射探测器，极大地降低了天然射线的干扰，有效地消除天然放射性核素散射光子的影响，优化现有的测量技术，实现高背景中低水平放射性核素信息的提取，主、辅助探测器全部使用闪烁体探测器无须附加制冷设备，最大程度上简化了低水平放射性检测***的组成部分，实现了仪器设备的小型化，低成本化。

本发明所采用的技术方案是，一种反康普顿散射探测器，包括碘化钠材料制得的主探测器和塑料闪烁体制作合成的辅助探测器，主探测器的下端连接光电倍增管，主探测器嵌套进入辅助探测器，主探测器、辅助探测器之间为光导材料，辅助探测器上端连接光电倍增管，辅助探测器下端为铅屏蔽环；所述铅屏蔽环包裹在主探测器下端的光电倍增管外壁，且铅屏蔽环底部与所述光电倍增管底部平齐；高能射线经辅助探测器后在主探测器中由于康普顿效应形成散射光子再次返回辅助探测器上进行能量沉积，同时在主探测器、辅助探测器上输出信号，通过反符合的方法将该信号屏蔽，低能射线仅在辅助探测器中沉积并输出脉冲信号，叠加到反符合输出的本底谱上，提高峰背比。

进一步的，主探测器为圆柱形。

进一步的，主探测器、辅助探测器整体外层封装内镀氧化镁反射层的金属壳。

本发明的有益效果是：

1.主探测器使用碘化钠晶体，辅助探测器为塑料闪烁体，通过井型嵌套的方式组合，试天然伽马射线在主辅探测器上均产生响应，通过反符合的方式实现该信号的不输出，进而实现最大程度上降低天然的γ射线散射光子(康普顿效应)本底影响的目的。

2.将辅助探测器的单独输出信号叠加到已经经过反符合输出的本底谱上，有效提高目标核素特征射线计数的峰背比，借此达到提高探测准确度、降低最小可探测活度的目的，提高就地环境γ射线检测结果的准确性。

3.本发明的组合探测器无需附加制冷设备，简化探测器的结构单元，降低了整机功耗，实现了仪器设备的小型化，便携化；同时，选用了塑料闪烁体与碘化钠组合的方式，较已有高纯锗探测器极大地降低了成本。

4.本发明将有效提高现有的低含量放射性就地、实时监测技术水平；极大地丰富辐射环境监测手段。同时，在最大程度上节约我国环境辐射监测工程实践成本，有效推动我国核辐射监测网络的建设。

附图说明

图1是本发明反康普顿散射探测器结构示意图。

图2是通过本发明探测器采集到的能谱图。

图中，1.光电倍增管，2.金属壳，3.辅助探测器，4.光导材料，5.铅屏蔽环，6.主探测器，7.高能射线，8.低能射线。

具体实施方式

反康普顿散射探测器的结构如图1所示，包括碘化钠材料制得的主探测器6，主探测器6的下端连接光电倍增管1，主探测器6嵌套进入塑料闪烁体制作合成的“井”型辅助探测器3，图1是探测器的剖面图，主探测器6为圆柱形嵌入辅助探测器3中，所以辅助探测器为井型，主探测器6、辅助探测器3之间为光导材料4，辅助探测器3上端连接光电倍增管1，辅助探测器3下端为铅屏蔽环5，主探测器6、辅助探测器3整体外层封装内镀氧化镁反射层的金属壳2。

为了能够将计数较低的目标元素产生γ射线从高计数的天然放射性背景中提取出来，设计了反康普顿散射探测器。能量较高的天然放射性核素产生的射线(高能射线7)会在经过辅助探测器3后在主探测器6中由于康普顿效应形成散射光子再次返回辅助探测器3上进行能量沉积，这样高能射线7就会同时在主探测器6、辅助探测器3上输出信号，通过反符合的方法可将该信号屏蔽，即实现了降低本底计数的目的；而人工放射性核素产生的γ射线由于其能量较低(低能射线8)其仅在辅助探测器3中进行沉积，输出脉冲信号，虽然人工核素计数较低，但其相较于经过反符合处理的本底计数却有较高的峰背比，即相对提高了目标核素特征射线计数，提高了灵敏度。

文中说到的低能射线、高能射线中的高低能是个相对概念，即“天然射线能量高于人工(目标)射线能量”。

如图2所示：通过该设计采集到的能谱，可将本底计数降低为原来的30％左右。

Claims (3)

1.一种反康普顿散射探测器，包括碘化钠材料制得的主探测器（6）和塑料闪烁体制作合成的辅助探测器（3），其特征在于，主探测器（6）的下端连接光电倍增管（1），主探测器（6）嵌套进入辅助探测器（3），主探测器（6）、辅助探测器（3）之间为光导材料（4），辅助探测器（3）上端连接光电倍增管（1），辅助探测器（3）下端为铅屏蔽环（5）；所述铅屏蔽环包裹在主探测器（6）下端的光电倍增管外壁，且铅屏蔽环底部与所述光电倍增管（1）底部平齐；高能射线经辅助探测器（3）后在主探测器（6）中由于康普顿效应形成散射光子再次返回辅助探测器（3）上进行能量沉积，同时在主探测器（6）、辅助探测器（3）上输出信号，通过反符合的方法将该信号屏蔽，低能射线仅在辅助探测器（3）中沉积并输出脉冲信号，叠加到反符合输出的本底谱上，提高峰背比。

2.根据权利要求1所述的一种反康普顿散射探测器，其特征在于，所述主探测器（6）为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的一种反康普顿散射探测器，其特征在于，所述主探测器（6）、辅助探测器（3）整体外层封装内镀氧化镁反射层的金属壳（2）。