移动目标弱放射性检测与甄别研究

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放射性同位素的广泛使用在给经济、科技带来巨大发展的同时,也可能对公众的健康造成伤害。因此,加强对放射性同位素的监管与检测便成为了各单位的重要任务。大面积塑料闪烁体探测器因具有时间响应快,发光衰减时间短,透明度好、性能稳定、耐辐射性强、制作简单、价格便宜等优点而被广泛用于放射性核素的检测中。本课题基于大面积塑料闪烁体开展了对移动弱源的放射性检测甄别研究,比较了单路与双路光电倍增管测量探测效率,并对判断射线强度的计数识别算法展开研究;设计开发了集成电子学模块与数据分析处理软件以代替NIM标准核电子学插件。此外,本研究根据大面积塑料闪烁体能谱特性设计了能谱识别算法,并基于实验测量的放射性核素能谱对该算法进行了研究与讨论。大面积塑料闪烁体探测器对γ光子能量分辨率差,无法通过能谱直接判断存在何种放射性同位素。目前大多数检测单位均采用测量射线强度的方式对受检对象进行甄别判断。本研究改用双路光电倍增管输出以代替通常的单路光电倍增管输出,实验结果表明,使用双路光电倍增管测量能够将检测效率提高30%以上,并且经计数识别算法验证后表明双路测量能够有效避免一些漏报情况的发生。论文设计并开发了集成化的γ辐射脉冲信号的电子学处理模块,包括信号处理模块和线性电源。信号处理模块包括前放输入、主放大器及成形电路、甄别电路,对外数字通讯通过微处理器自带串口实现,使用RS-485接口,采用Modbus国际标准协议。计算机采集数据可进行实时读取、处理与显示。实验结果表明,设计开发的集成电子学模块与数据分析处理软件能够满足正常检测需求,可以对放射性超标做出正确判断。论文依据不同核素的能谱特性,设计了能谱识别算法。该算法可以通过分辨率极差的塑料闪烁体对能谱进行分析,并判断和甄别是否存在目标放射源。实验利用了标准核电子学NIM插件对放射源进行了能谱测试。实验结果表明,不同放射源测量能谱与本底能谱比较存在差异,实验结果可以作为依据进行算法分析。本文建立了关于133Ba、137Cs、60Co三种核素的特征区间,提出了算法计算公式与阈值判断公式,并使用测量结果进行了验证。验证结果表明,能谱识别算法在一定程度上有效,但是出现了误报漏报现象。漏报的原因可能是放射源射线强度太小,导致了特征区间计数率增加不明显;误报的原因则可能是各放射性核素的特征区间划分不够准确,有待进一步研究与讨论。此外,算法的局限性是可甄别判断的放射性核素数量有限。但在实际检测中,如果将计数识别算法与能谱识别算法结合起来,大面积塑料闪烁体的检测性能将得到提升,因此值得进一步研究与讨论。
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