门式放射性沾染检测系统设计

　　放射性同位素发出的射线与物质相互作用,会直接或间接地产生电离和激发等效应,利用这些效应,可以探测放射性的存在、放射性同位素的性质和强度;γ射线在与物质作用时不直接产生电离,而是按光电效应、康谱顿效应和生成电子对三种机制之一被吸收。γ射线没有质量且具有很强的穿透性,易被高电子密度的物质吸收。随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等领域的广泛应用,射线辐射危害的可能性在增大[1-2]。放射性应用相关人员有可能会沾染放射性物质。为保证人员健康及环境不被核物质污染,设计了使用方便、测试快速的放射性沾染检测系统。

　　1　检测系统原理及硬件设计

　　探测γ光子采用“密闭”的铊激活碘化钠晶体,以避光和湿气。碘化钠晶体采用玻璃片密封,并同光电倍增管的表面直接接触,其间加硅油以达到光学匹配,整个装置不透光[3]。γ射线易穿透晶体外表的铝层,然后被高效的晶体所吸收,晶体发射出其能量与入射γ射线能量成比例的可见光,保证γ射线可通过晶体闪烁计数,并定量测量。

　　检测系统整体结构为门框式,当红外检测装置检测到有人经过门框时,通过中断方式启动检测系统。系统对头、两肩、两腰、两膝和脚部(两脚合为一个部位)8个部位检测,检测时间为5秒钟。检测完毕,用声、光提示被检人员是否超标,并通过点阵式LED显示超标部位。

　　检测系统硬件原理见图1,信号检测及控制电路按12路设计,实用8路。系统采用交流220V供电,工控机内的PCB由工控机电源(符合EMC要求,可提高系统的稳定性)供电。高压电源和其它电路板由AC-DC开关电源(有±12V和±5V四路输出)供电。工控机采用研华IPC-610型机,为提高检测速度,选用DOS系统,用C语言编程。

　　光电倍增管把γ射线转换为电脉冲,有效电脉冲经信号整形转换到1~4.5V左右,甄别电路根据实际情况控制DAC设定阈值进行脉冲筛选,有效脉冲送入计数器计数,最后通过接口电路送入工控机处理。如超标系统会发出声光报警,并采用LED矩阵显示具体发生核沾染的部位。

　　2　检测系统软件设计

　　软件系统模块见图2。核心模块的功能设计如下:

　　高压标定:给闪烁型探测器加γ射线标准源,甄别电路的阈值电压调到1V左右,光电倍增管的高压电源从800V开始,每次增加1V,记录每个电压值对应的计数值,作出电压、计数值、效率的曲线。找出最佳高压值(要考虑噪声)。

　　甄别阈值标定:甄别阈值在1V左右,通过示波器观察和计数对比(与标准源计数值对比)的方法确定,阈值由计算机设定。

　　本底标定:工作本底主要来源于光电倍增管的高压噪声。原则上每次正式测试前都要进行本底标定。