高灵敏、高分辨、宽范围的便携式辐射探测器研制

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近年来,随着核科学与技术的飞速发展,核辐射安全越来越受到人们的关注。便携式辐射探测器因具有携带方便、操作简单、实时有效、可定性定量分析等优点,成为保障个人与环境安全的重要仪器。但对于不同的核应用领域,其对应的放射源种类和强度也各不相同,这就要求辐射探测器具有宽的剂量率量程和宽的能量范围,以及足以区分核素种类的能量分辨率。低剂量率的探测需要高灵敏度,采用传统探测器和模拟电子学系统难以同时保证量程范围,若要获得脉冲的能量信息,量程将进一步缩小。此外,要获得高的灵敏度,即需要大尺寸闪烁晶体,受限于PMT的体积和工作电压,便携性差,新型固态光电器件SiPM具有替换PMT的潜力,但其动态范围不足限制了可探测的能量范围。本文研究新型探测器技术和数据获得系统,研制了一种高灵敏、高分辨、宽范围的便携式辐射探测器。在探测器设计上,采用SiPM作为光电器件提高便携性,利用YSO/SiPM作为低能高率量程探测器,BGO/SiPM作为高能低量程探测器,实现了宽剂量率量程探测。通过组合探测器技术解决了SiPM的动态范围不足的问题,实现了宽能量范围的探测,并分别实现在低能段和高能段获得理想的能量分辨率。在数据获得系统方面,评估了MVT全数字数据获取系统在能量分辨率,衰减时间常数,堆叠恢复等方面的应用。最后实现了宽能量范围的探测器和高灵敏宽量程的剂量率仪样机。通过第三方校准,基于YSO/SiPM的高量程探测器的灵敏度为299cps/μSv/h,剂量率量程为5μSv/h-100μSv/h,实验测试结果显示剂量率上限接近1mSv/h。基于BGO/SiPM的高灵敏探测器灵敏度为662cps/μSv/h,剂量率量程为5μSv/h-100μSv/h,实验测试结果显示剂量率下限可达0.01μSv/h。在宽能谱评估中,低能探测器在59.5keV处得到35%的能量分辨率,能量范围可从59.5keV到中能,高能探测器在511Kev处得到24%的能量分辨率,可探测511keV以上的高能射线。结果表明本文提出的方法可以实现高灵敏、高分辨、宽范围的便携式辐射探测器。
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