CN104849742B - α与β的粒子活度探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α与β的粒子活度探测装置，包括：闪烁光纤束，其包括多根彼此间隔开的闪烁光纤；第一光电倍增管和第二光电倍增管，用于接收来自多根闪烁光纤的光子，并转化为电信号；第一光电倍增管附加电路和第二光电倍增管附加电路，用于为第一光电倍增管和第二光电倍增管供电，以及放大电信号；第一输出端和第二输出端；密封组件。本发明实施例不仅能够节省光电倍增管的数量，并且降低了整体探测系统的体积，更容易实现水中总α与总β活度的在线测量，不但成本低，而且有效测量面积大，满足饮用水的在线放射性测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种α与β的粒子活度探测装置。
背景技术
国标《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定的水质常规指标及限值中包括了放射性指标，并给出指导值(非限定值)：总α小于0.5Bq/L，总β小于1Bq/L。当放射性指标超出指导值时，应进行核素分析与评价，判断能否饮用，并且GB5749-2006给出的“生活饮用水水质参考指标及限值”中规定：镭226和镭228的限值为5pCi/L(0.18Bp/L)，氡的限值为300pCi/L(10.8Bq/L)。
相关技术中，饮用水的总α和总β检测可依据《生活饮用水标准检验法》(GB5750.13-2006)采用采样、浓缩、测量的实验室检测方法(得到的总α和β不包括水中挥发性放射性核素)。然而，现有的饮用水中总α和β都是通过样品浓缩制样后，利用金硅面垒、αβ双闪探测器等进行测量，但其不能实现在线的饮用水放射性测量，主要原因是通常情况下饮用水中放射性物质活度极低，并且α和β射线的射程很短，只有靠近探测器的很小范围的水中的α和β才能被探测，现有探测器的测量下限远远不能满足在线测量的要求。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现作出的：
为提高实现饮用水的在线测量，可以有两个解决的方向：一个方向是对水进行在线浓缩，另一个方向是研制高α和β探测效率的探测器。
其中，对水的在线浓缩，其装置复杂，浓缩比例在100倍以上才有意义，并且系统的浓缩比例会随着使用时间增加而变化，需要定期(1个月或几个月)对滤膜进行清洗或更换，因此不适合大规模应用。
研制高α和β探测效率的探测器是一个可行的方向，其探测器应具有对α和β较高的探测效率，对γ射线的探测效率较低，因此大面积、薄探测器是此种探测器的一个特征。然而，若按β在水中射程0.1mm,需要10平米的探测器才能接触1L的水，又因为射线方向随机，在1Bq/L的活度情况下，10平米的探测器的最大计数率<0.5/s。如果采用常规探测器，如低本底塑料闪烁体---αβ塑料双闪烁体，若按探测器接一个光电倍增管计算，需要约3600个光电倍增管，才能使测量面积达到10m2，系统将很复杂、成本也非常高。
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种α与β的粒子活度探测装置，该探测装置不但成本低，而且有效测量面积大，满足饮用水的在线放射性测量需求。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种α与β的粒子活度探测装置，包括：闪烁光纤束，所述闪烁光纤束包括多根彼此间隔开的闪烁光纤；第一光电倍增管和第二光电倍增管，所述第一光电倍增管和所述第二光电倍增管分别与所述闪烁光纤束的一端和另一端耦合，用于接收来自所述多根闪烁光纤的光子，并将所述光子转化为电信号；第一光电倍增管附加电路和第二光电倍增管附加电路，所述第一光电倍增管附加电路和所述第一光电倍增管相连，所述第二光电倍增管附加电路与所述第二光电倍增管相连，用于为所述第一光电倍增管和第二光电倍增管供电，以及放大所述电信号；第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第一光电倍增管附加电路相连，所述第二输出端与所述第二光电倍增管附加电路相连；密封组件，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管、所述第一光电倍增管附加电路和第二光电倍增管附加电路密封在所述密封组件内。
根据本发明实施例提出的α与β的粒子活度探测装置，通过光电倍增管将光子转化为电信号，并对电信号进行放大，以实现α与β的粒子活度的测量，不仅能够节省光电倍增管的数量，并且降低了整体探测系统的体积，更容易实现水中总α与总β活度的在线测量，不但成本低，而且有效测量面积大，满足饮用水的在线放射性测量需求。
另外，根据本发明上述实施例的α与β的粒子活度探测装置还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：处理器，所述处理器分别与第一输出端和所述第二输出端相连，以根据放大后的电信号分析溶液中α粒子和/或β粒子的活度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理器通过能谱分析判断所述粒子为所述α粒子或所述β粒子。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述密封组件包括第一密封套筒与第二密封套筒，所述第一光电倍增管和所述第一光电倍增管附加电路密封在所述第一密封套筒内，所述第二光电倍增管和所述第二光电倍增管附加电路密封在所述第二密封套筒内。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：位于所述闪烁光纤束中间的固定板，所述固定板具有多个孔洞，所述多根闪烁光纤一一对应地穿过所述多个孔洞。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：控制装置，所述控制装置分别与所述第一光电倍增管附加电路、所述第二光电倍增管附加电路和所述处理器相连，当所述第一光电倍增管附加电路与所述第二光电倍增管附加电路同时获取所述电信号时，控制所述处理器工作。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：第一冷却装置和第二冷却装置，所述第一冷却装置和所述第二冷却装置分别与所述第一光电倍增管和所述第二光电倍增管的所述密封组件相连，以降低所述密封组件内的光电倍增管的温度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：至少一个γ射线探测器，所述至少一个γ射线探测器与所述处理器相连，用于检测所述溶液中γ射线的强度，并扣除所述γ射线对所述α与β的粒子活度探测装置的影响。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的α与β的粒子活度探测装置的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的α与β的粒子活度探测装置的结构示意图；
图3为根据本发明一个具体实施例的α与β的粒子活度探测装置的结构示意图；以及
图4为根据本发明另一个具体实施例的α与β的粒子活度探测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的α与β的粒子活度探测装置。参照图1所示，该装置1000包括：闪烁光纤束100、第一光电倍增管200、第二光电倍增管300、第一光电倍增管附加电路400、第二光电倍增管附加电路500、第一输出端600、第二输出端700和密封组件800。
其中，闪烁光纤束100包括多根彼此间隔开的闪烁光纤101。第一光电倍增管200和第二光电倍增管300分别与闪烁光纤束100的一端和另一端耦合，第一光电倍增管200和第二光电倍增管300用于接收来自多根闪烁光纤101的光子，并将光子转化为电信号。第一光电倍增管附加电路400和第一光电倍增管200相连，第二光电倍增管附加电路500与第二光电倍增管300相连，第一光电倍增管附加电路400和第二光电倍增管附加电路500用于为第一光电倍增管200和第二光电倍增管300供电，以及放大电信号。第一输出端600与第一光电倍增管附加电路400相连，第二输出端700与第二光电倍增管附加电路700相连。第一光电倍增管200和第二光电倍增管300、第一光电倍增管附加电路400和第二光电倍增管附加电路500密封在密封组件800内。
在本发明的实施例中，本发明实施例将几百乃至几千根闪烁光纤组成一束，其两端分别与一个光电倍增管接合，α与β粒子射入闪烁光纤束中的任一根光纤上，都将产生光子，光子沿着光纤传输，最终到达光电倍增管，光电倍增管接收这些光子并产生电信号，经前置放大电路例如光电倍增管附加电路放大后输出，供后续分析电路采集分析。本发明实施例的装置1000相当于一种α与β探测器，与普通α、β双闪探测器比较，单个光电倍增管涉及的探测表面积增加几十倍甚至上百倍，不仅能够大大节省光电倍增管的数量，也降低了整体探测系统的体积，使得水的总α和总β剂量的在线测量更容易实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明实施例的装置1000还包括：处理器(图1中未具体标示)。处理器分别与第一输出端600和第二输出端700相连，以根据放大后的电信号分析溶液中α粒子和/或β粒子的活度。
其中，在本发明的一个实施例中，处理器通过能谱分析判断粒子为α粒子或β粒子。α粒子的动能在MeV以上，而β粒子能量一般在几百keV以下，并且α一般为单能的，β能量是连续的，通过能谱分析，能够区分α、β。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，密封组件800包括第一密封套筒(图1中未具体标示)与第二密封套筒(图1中未具体标示)，第一光电倍增管200和第一光电倍增管附加电路400密封在第一密封套筒内，第二光电倍增管300和第二光电倍增管附加电路500密封在第二密封套筒内。
在本发明的一个具体实施例中，参照图2所示，本发明实施例包括1个闪烁光纤束1，闪烁光纤束1的两端被紧密约束为圆形，并且端面平齐，闪烁光纤束1除两端外，闪烁光纤束1中的每根闪烁光纤与周围其他闪烁光纤保持一定间距；包括2个光电倍增管3，光电倍增管3分别与闪烁光纤束1两端耦合，以接受来自闪烁光纤的光子；包括2套光电倍增管附加电路4，分别与光电倍增管3连接，为光电倍增管3提供电源和提取并放大光电倍增管3的输出信号；包括2个密封套筒5，用于安装光电倍增管3和光电倍增管附加电路4，密封套筒5一端有用于供电和输出信号的电气接口6，另一端将闪烁光纤束1与密封套筒5之间密封7。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明实施例的装置1000还包括：位于闪烁光纤束中间的固定板(图1中未具体标示)。固定板具有多个孔洞，多根闪烁光纤101一一对应地穿过多个孔洞。
在本发明的一个具体实施例中，参照图2所示，闪烁光纤束1的中间部位有一块带多个孔的板8相当于固定板，带孔板8的孔的数量大于等于闪烁光纤束1的光纤数量，闪烁光纤束1中的每一根光纤穿过带孔板8的一个孔，每个孔只穿过一根光纤。
其中，带多个孔的板8与密封套筒5使用支架9固定它们之间的相对位置，使闪烁光纤束1中的每根光纤被拉直，且闪烁光纤束1与光电倍增管3以及密封套筒5之间位置固定不变。
在本发明的一个实施例中，带多个孔的板8可以为圆形，板上孔均匀分布。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明实施例的装置1000还包括：控制装置(图1中未具体标示)。控制装置分别与第一光电倍增管附加电路400、第二光电倍增管附加电路500和处理器相连。当第一光电倍增管附加电路400与第二光电倍增管附加电路500同时获取电信号时，控制装置控制处理器工作。
在本发明的一个具体实施例中，参照图3所示，本发明实施例的还包括一个接收探测器输出信号10和输出符合电路输出信号11的符合电路12，符合电路12相当于控制装置。符合电路12与两个光电倍增管附加电路4通过电气接口6相连，只有当两个光电倍增管附加电路4同时产生信号时，信号才被认为是α或β射线引起的信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明实施例的装置1000还包括：第一冷却装置(图1中未具体标示)和第二冷却装置(图1中未具体标示)。第一冷却装置和第二冷却装置分别与第一光电倍增管200和第二光电倍增管300的密封组件800相连，以降低密封组件800内的光电倍增管的温度。
在本发明的一个具体实施例中，参照图3所示，本发明实施例还包括两个制冷装置(图3中未具体标示)，制冷装置相当于冷却装置。制冷装置分别用于两个光电倍增管3的制冷，使光电倍增管3的温度可以被控制在-40摄氏度到30℃范围内的任一温度处。
其中，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，由于从光纤传输到光电倍增管3的信号较弱，光电倍增管3本身的电子噪声将影响对β射线产生信号的测量，为了降低光电倍增管3的电子噪声，需要对其进行降温，使其工作在较低温度下，才能保证对β射线的正常测量，因此在本发明的实施例中，制冷装置可以包括隔热套筒13、电制冷片14和散热片15，实现光电倍增管的制冷，从而使光电倍增管3的温度可以被控制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图1所示，本发明实施例还包括：至少一个γ射线探测器(图1中未具体标示)。至少一个γ射线探测器与处理器相连，用于检测溶液中γ射线的强度，并扣除γ射线对α与β的粒子活度探测装置的影响。其中，γ射线探测器测量水中γ射线的强度，处理器按照比例从探测装置1000测量的总计数中扣除γ射线的影响。
根据本发明实施例提出的α与β的粒子活度探测装置，通过光电倍增管将光子转化为电信号，并对电信号进行放大，以实现α与β的粒子活度的测量，不仅能够节省光电倍增管的数量，并且降低了整体探测系统的体积，更容易实现水中总α与总β活度的在线测量，不但成本低，而且有效测量面积大，满足饮用水的在线放射性测量需求。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种α与β的粒子活度探测装置，其特征在于，包括：
闪烁光纤束，所述闪烁光纤束包括多根彼此间隔开的闪烁光纤；
第一光电倍增管和第二光电倍增管，所述第一光电倍增管和所述第二光电倍增管分别与所述闪烁光纤束的一端和另一端耦合，用于接收来自所述多根闪烁光纤的光子，并将所述光子转化为电信号；
第一光电倍增管附加电路和第二光电倍增管附加电路，所述第一光电倍增管附加电路和所述第一光电倍增管相连，所述第二光电倍增管附加电路与所述第二光电倍增管相连，用于为所述第一光电倍增管和第二光电倍增管供电，以及放大所述电信号；
第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第一光电倍增管附加电路相连，所述第二输出端与所述第二光电倍增管附加电路相连；
密封组件，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管、所述第一光电倍增管附加电路和第二光电倍增管附加电路密封在所述密封组件内；
处理器，所述处理器分别与第一输出端和所述第二输出端相连，以根据放大后的电信号分析溶液中α粒子和/或β粒子的活度；
控制装置，所述控制装置分别与所述第一光电倍增管附加电路、所述第二光电倍增管附加电路和所述处理器相连，当所述第一光电倍增管附加电路与所述第二光电倍增管附加电路同时获取所述电信号时，控制所述处理器工作；
第一冷却装置和第二冷却装置，所述第一冷却装置和所述第二冷却装置分别与所述第一光电倍增管和所述第二光电倍增管的所述密封组件相连，以降低所述密封组件内的光电倍增管的温度。
2.根据权利要求1所述的α与β的粒子活度探测装置，其特征在于，所述处理器通过能谱分析判断所述粒子为所述α粒子或所述β粒子。
3.根据权利要求1所述的α与β的粒子活度探测装置，其特征在于，所述密封组件包括第一密封套筒与第二密封套筒，所述第一光电倍增管和所述第一光电倍增管附加电路密封在所述第一密封套筒内，所述第二光电倍增管和所述第二光电倍增管附加电路密封在所述第二密封套筒内。
4.根据权利要求1所述的α与β的粒子活度探测装置，其特征在于，还包括：位于所述闪烁光纤束中间的固定板，所述固定板具有多个孔洞，所述多根闪烁光纤一一对应地穿过所述多个孔洞。
5.根据权利要求1所述的α与β的粒子活度探测装置，其特征在于，还包括：至少一个γ射线探测器，所述至少一个γ射线探测器与所述处理器相连，用于检测所述溶液中γ射线的强度，并扣除所述γ射线对所述α与β的粒子活度探测装置的影响。
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