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CN108535766A - 一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪 - Google Patents

一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪 Download PDF

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CN108535766A CN201710129801.1A CN201710129801A CN108535766A CN 108535766 A CN108535766 A CN 108535766A CN 201710129801 A CN201710129801 A CN 201710129801A CN 108535766 A CN108535766 A CN 108535766A
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gamma ray
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compton
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陈立
李强
韦应靖
以恒冠
王明亮
唐智辉
方登富
赵佳辉
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China Institute for Radiation Protection
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China Institute for Radiation Protection
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明属于辐射探测技术领域，涉及一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子。利用本发明的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，可仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并可省去符合电路，降低仪器复杂度和成本，从而使测量系统更加简单，增加仪器携带方便性和使用灵活性。

Description

一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪
技术领域
本发明属于辐射探测技术领域，涉及一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。
背景技术
在核电站液态流出物监测和放射性废物分析等应用场景中，需要进行γ能谱测量。在γ能谱测量过程中，有的光子会在探测器灵敏区发生康普顿效应，从而增加了能谱中全能峰区域的本底，增加了测量的探测下限。通过反康普顿技术，可以识别出那些发生康普顿效应的事件，并将它们从γ谱中剔除，从而降低本底，降低了探测下限。
传统的反康普顿谱仪是由两台独立的探测器实现，主探测器用于测量γ能谱。当γ射线在主探测器中发生康普顿效应后，散射光子被第二台探测器捕获。这种设计中需要分别测量两台探测器的信号，并借助额外的符合电路，设置一个时间宽度，若两台探测器输出信号的时间在该时间宽度范围内，则认为这两个信号是由同一个光子引起。这种传统的设计方法需要两台谱仪，需要额外的符合电路，增加了设备复杂度和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，以仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并省去符合电路，降低仪器复杂度和成本。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，
所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；
所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子；
所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的探头还包括和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器连接的电源接头和信号输出接口，所述的电源接头和信号输出接口穿出所述的外壳。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的CeBr3晶体闪烁体为圆柱体型，一个端面与所述的外壳接触，另一个端面与侧面被所述的BGO晶体闪烁体包覆。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的CeBr3晶体闪烁体的尺寸为φ(25.4-76.2)x(25.4-76.2)mm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的BGO晶体闪烁体为内部剖去一圆柱体的圆柱体形，在内部剖去的圆柱体中装填所述的CeBr3晶体闪烁体。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的BGO晶体闪烁体的外形尺寸为φ(30-90)x(30-90)mm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的光阴极灵敏区的直径为25-76mm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中在所述的CeBr3晶体闪烁体和所述的BGO晶体闪烁体的接触面上涂有光学耦合剂。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中在所述的BGO晶体闪烁体和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的接触面上涂有光学耦合剂。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其中所述的光学耦合剂为硅胶、硅脂或甘油。
本发明的有益效果在于，利用本发明的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，可利用不同闪烁体发光衰减常数的差异，仅利用一台仪器就排除康普顿效应对测量的影响，并可因探测器信号只由一个PMT输出而省去符合电路，降低仪器复杂度和成本，从而使测量系统更加简单，增加仪器携带方便性和使用灵活性。
附图说明
图1为示例性的本发明的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪的探头的结构图。
图2为在灵敏区发生能量沉积的三种情形示意图。
图3为三类事件产生的信号幅度和上升时间联合分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
一、探头结构
示例性的本发明的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，该探头的结构如图1所示，包括CeBr3晶体闪烁体1、BGO晶体闪烁体2、光电倍增管(PMT)和电荷灵敏前置放大器3，以及密封封装它们的铝外壳6。
CeBr3晶体闪烁体1用于测量γ能谱，为圆柱体型，尺寸为φ25.4mm x 25.4mm；其一个端面与外壳接触，另一个端面与侧面被BGO晶体闪烁体2包覆。
BGO晶体闪烁2体连接光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3，用于测量在CeBr3晶体闪烁体1中发生康普顿效应时产生的闪烁光子，为内部剖去一圆柱体的圆柱体形(即马林杯型)，外形尺寸为φ50mm x 32mm；其在内部剖去的圆柱体(尺寸为φ25.4mm x 25.4mm)中装填CeBr3晶体闪烁体1。
光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3连接电源接头4和信号输出接口5(电源接头4和信号输出接口5穿出铝外壳6)，用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体1中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统，其中的光阴极灵敏区的直径为50mm。CeBr3晶体闪烁体1和BGO晶体闪烁体2产生的闪烁光子进入PMT中并输出电信号。
CeBr3晶体闪烁体1和BGO晶体闪烁体2的接触面上，以及BGO晶体闪烁体2和光电倍增管和电荷灵敏前置放大器3的接触面上涂有光学耦合剂(为硅胶、硅脂或甘油)，以增加闪烁体产生的闪烁光子到达PMT光阴极的概率。
铝外壳6主要起保护内部材料和避光的作用，其厚度不应小于5mm。
二、信号处理方法
探头输出的电压信号由采样率大于40MSPS的ADC采集，并传输至FPGA中，由FPGA测量信号的幅度和上升时间。其中信号幅度表示ADC采集得到的电压数值，上升时间表示信号从最大幅度的10％～90％所经历的时间。
当入射的γ粒子在探测器灵敏区发生能量沉积时，可以分为如图2所示的三种情况。
图2中，情况1表示γ粒子只在CeBr3中沉积能量，是测量时需要的事件；情况2表示γ粒子在CeBr3中发生康普顿效应，散射光子被BGO探测到，当这种情况发生时，舍弃这样的事件，能实现反康普顿的功能，从而增加测得能谱的峰康比，降低活度探测下限；情况3表示粒子只在BGO中沉积能量，由于BGO能量分辨率较差，也应该舍弃这类事件。
CeBr3的发光衰减时间常数约为20ns，光子产额约为60个/keV，BGO的发光衰减时间常数约为300ns，光子产额约为10个/keV。两种晶体的这两个参数差异明显，因此三类事件的信号幅度和上升时间的分布必然也差异显著。
图3为三类事件产生的信号幅度和上升时间联合分布示意图，图中，1表示第1类(只在CeBr3中沉积能量)脉冲事件，2表示第2类(发生了康普顿效应，在两种闪烁体中都沉积能量)脉冲事件，3表示第3类(只在BGO中沉积能量)脉冲事件。显然通过信号幅度和上升时间即可分辨这三类事件。
三、本发明的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪的具体制作和测量
1.按图1制造叠层闪烁型反康普顿γ谱仪。
2.使用采样率大于40MSPS的ADC采`集探测器输出的电压信号，并传输至FPGA中，由FPGA测量信号的幅度h和上升时间rt。其中信号幅度表示ADC采集得到的数值，上升时间表示信号从最大幅度的10％～90％所经历的时间。
3.根据如下的式(1)计算甄别参数
f＝h/rt (1)
并由实验确定甄别参数阈值fT。若f>fT，则记录脉冲；否则舍弃该次脉冲，舍弃的脉冲包含发生了康普顿作用的事件和只在BGO中沉积能量的事件。这一步实现了反康普顿功能。
4.对满足f>fT条件的脉冲，由实验确定其能量刻度系数，并求取脉冲能量：
E＝kh+E0 (2)
其中h和E0为能量刻度系数。
5.测量多个脉冲事件，获得经过反康普顿处理后的γ能谱。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于，所述的叠层闪烁型反康普顿γ谱仪包括探头，所述的探头包括CeBr3晶体闪烁体、BGO晶体闪烁体、光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，以及密封封装它们的外壳，
所述的CeBr3晶体闪烁体用于测量γ能谱，其除与所述的外壳接触的外侧部分外，其他外侧部分均被BGO晶体闪烁体包覆；
所述的BGO晶体闪烁体连接所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器，用于测量在CeBr3晶体闪烁体中发生康普顿效应时产生的闪烁光子；
所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器用于将γ射线在CeBr3晶体闪烁体中产生的闪烁光子转换为电压信号并传输给后续进一步的信号处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的探头还包括和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器连接的电源接头和信号输出接口，所述的电源接头和信号输出接口穿出所述的外壳。
3.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的CeBr3晶体闪烁体为圆柱体型，一个端面与所述的外壳接触，另一个端面与侧面被所述的BGO晶体闪烁体包覆。
4.根据权利要求3所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的CeBr3晶体闪烁体的尺寸为φ(25.4-76.2)x(25.4-76.2)mm。
5.根据权利要求3所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的BGO晶体闪烁体为内部剖去一圆柱体的圆柱体形，在内部剖去的圆柱体中装填所述的CeBr3晶体闪烁体。
6.根据权利要求5所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的BGO晶体闪烁体的外形尺寸为φ(30-90)x(30-90)mm。
7.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的光阴极灵敏区的直径为25-76mm。
8.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：在所述的CeBr3晶体闪烁体和所述的BGO晶体闪烁体的接触面上涂有光学耦合剂。
9.根据权利要求1所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：在所述的BGO晶体闪烁体和所述的光电倍增管和电荷灵敏前置放大器的接触面上涂有光学耦合剂。
10.根据权利要求8或9所述的一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪，其特征在于：所述的光学耦合剂为硅胶、硅脂或甘油。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111158040A (zh) * 2019-12-27 2020-05-15 中国原子能科学研究院 一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构
CN112946721A (zh) * 2021-01-22 2021-06-11 西安交通大学 一种能够同时鉴别α、β和γ射线的探测器及探测方法
CN114152970A (zh) * 2021-11-05 2022-03-08 中国科学院紫金山天文台 一种微型空间星体表面元素探测装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405404B1 (en) * 2004-09-23 2008-07-29 Radiation Monitoring Devices, Inc. CeBr3 scintillator
US20080251728A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 The Regents Of The University Of Ca Isotopic response with small scintillator based gamma-ray spectrometers
CN203981892U (zh) * 2014-03-04 2014-12-03 环境保护部核与辐射安全中心 γ谱仪
CN104820232A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种在线式能谱分析反符合测量探测器
CN105510956A (zh) * 2015-07-19 2016-04-20 成都理工大学 反康普顿散射探测器
CN106405623A (zh) * 2016-05-11 2017-02-15 吉林大学 康普顿加和谱仪

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405404B1 (en) * 2004-09-23 2008-07-29 Radiation Monitoring Devices, Inc. CeBr3 scintillator
US20080251728A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 The Regents Of The University Of Ca Isotopic response with small scintillator based gamma-ray spectrometers
CN203981892U (zh) * 2014-03-04 2014-12-03 环境保护部核与辐射安全中心 γ谱仪
CN104820232A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种在线式能谱分析反符合测量探测器
CN105510956A (zh) * 2015-07-19 2016-04-20 成都理工大学 反康普顿散射探测器
CN106405623A (zh) * 2016-05-11 2017-02-15 吉林大学 康普顿加和谱仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. T. FARSONI，ET.AL: "A compton-suppressed phoswich detector for gamma spectroscopy", 《J RADIOANAL NUCL CHEM》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111158040A (zh) * 2019-12-27 2020-05-15 中国原子能科学研究院 一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构
CN111158040B (zh) * 2019-12-27 2021-09-28 中国原子能科学研究院 一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构
CN112946721A (zh) * 2021-01-22 2021-06-11 西安交通大学 一种能够同时鉴别α、β和γ射线的探测器及探测方法
CN112946721B (zh) * 2021-01-22 2024-05-24 西安交通大学 一种能够同时鉴别α、β和γ射线的探测器及探测方法
CN114152970A (zh) * 2021-11-05 2022-03-08 中国科学院紫金山天文台 一种微型空间星体表面元素探测装置

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