核材料检测仪的研制

　　强放射性对人体的永久性伤害是人所共知的事实[1]。在核试验基地,核材料存储地和海关等重要出入口安装放射性物质探测仪对环境保护,断绝走私U235,Pu239,Cs137等放射性很强的特种核材料的来源,以及遏制恐怖主义的蔓延很有意义。目前,成本相对较低,寿命长的塑料闪烁体普遍用于辐射β射线的核材料,而特种核材料却一般只辐射α和γ射线[2]。在实验室常用NaI(Tl)-铊激活的碘化钠探测γ射线。但在工程中这种晶体很容易被潮解、中毒而失效或性能降低;而且抗冲击,抗氧化能力不高,温度负面效应较大。我们采用涂层工艺,解决了塑料闪烁体代替NaI(Tl)的工程应用难题,并设计了PC-SCP(单片机)冗余控制核心的检测装置和金属性和含放射性双重识别防关检测通道。从而排除了当前绝大多数引进或仿制产品的主要缺陷,如:无法检测装在金属罐里的放射性材料;对快速通过,携有放射性材料的闯关者无能为力;不具备数据库操作和远程交换数据的功能。

　　1　电路设计

　　根据ZnS在γ射线作用下能发出高亮度脉动荧光,而塑料闪烁体抗冲击,抗氧化和温度效应好的特点,在后者的两个端面涂一层约0.5mm厚的ZnS薄膜[3],使复合闪烁体对γ射线具有较宽敏感范围和良好的光-电转换线性,见图1。

　　当未屏蔽的γ射线源出现在检测通道内时,闪烁传感器受激发出荧光,光电倍增管输出电脉冲信号;8路并入-串出编码器按SCP供的时序脉冲输出8位1帧的串行信号,经过如此编码的信号能够指出报警传感器的位置;经过电平转换,滤波,整形和差分放大后,进入SCP的串口,由软件完成信号的符合及识别功能;SCP将采集/预处理后的信号与事先存储在ROM中的报警阈值电压比较;若大于该阈值,则驱动声光报警电路工作,并锁定限速/位机构;同时,通过“一拖四”多分支RS-232标准接口将信息发送到PC总控系统,存入数据库,并可登录局域网或因特网,见图2。

　　若γ射线源被金属容器屏蔽,则闪烁传感器失灵。但通道中的金属传感器发出的强电磁信号将被其吸收,引起谐振电路失谐;针对常用金属如铅,不锈钢等容器的形状和大小设定带通滤波器的上、下截止频率,只允许该频段内的信号通过。阻塞放大器用于滤除过强的冲击信号,尤其是传感器自身发出的电磁信号。其后的高通滤波器进一步消除低频段如日光灯和电动机等信号的干扰。用单稳态触发器接成的A/D电路将上述模拟信号数字化,其转换脉冲与多路开关的时序脉冲相同。经过整形的信号脉冲被送入串入-串出8位编码器,以上述SCP提供的时序脉冲作同步信号,通过电平转换,成为标准RS-232信号,并送至串行通讯接口。