一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置

    技术2025-12-06  2


    本申请涉及辐射剂量测量领域,尤其涉及一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置。


    背景技术:

    1、随着核科学技术的发展,对核技术的利用日益进入人们的生活,例如核电、核医学、放射治疗、辐照灭菌等。但是,核技术给人类带来福祉的同时也带来了一系列的安全隐患,在对核技术的利用的同时需要防范核辐射对人体或者环境的危害,例如在核电站运行、利用放射性药物对病人进行治疗等环节,相关的工作人员在工作中将会直接接触射线照射。此外,研究表明,由于工作流程、临床路径以及治疗计划的区别,医疗人员的受照剂量将会有所不同,其中核素治疗医生受到的辐射剂量最高,人均年剂量当量可达3.14msv,因此在做好屏蔽防护的同时,也需要加强对这些高剂量人员的监测。

    2、核电站事故中将会向大气中释放大量的kr-85、xe-133、i-131等放射性核素,不仅能够对人体健康造成严重危害,出现各种急性或者慢性放射疾病,如皮肤坏死,头晕乏力,白血病,癌症等;还会对周边环境造成广泛且长远的影响,例如会对周围大气、水、土壤等动植物生存环境造成污染。因此不仅需要对核事故现场进行及时监测,协助救助人员与当地民众自我防护,也需要对重点地区周围环境进行长时间监测,以应对突发辐射事故,能够及时采取干预或者防护行动。

    3、x/γ射线剂量率仪是常用的环境剂量检测仪器。然而,用于放射治疗、加速器运行、核设施以及环境辐射的监测仪器,都存在或多或少的问题,主要体现在能量响应较差、测量范围较窄、对于低能x/γ射线响应不足,将会低估相关从业人员受到的剂量。此外,对于放射治疗或者加速器研究中的脉冲辐射场或者短时辐射场的探测,由于响应时间不足以及量程不够,无法测量或是测不准确。


    技术实现思路

    1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

    2、为此,本申请的目的在于提出一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置。

    3、为达上述目的,本申请实施例提出了一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置,包括:

    4、闪烁体,用于将辐射能量转换为光信号。

    5、光电倍增管,用于将所述闪烁体产生的光信号转换为电信号,所述光电倍增管包含多个打拿极,从阴极开始各打拿极上被依次加上逐渐增加的电压,最后一极是阳极;

    6、第一电流积分及数字化电路,用于采集所述光电倍增管的阳极或靠近阳极的打拿极输出的电流信号,通过电流积分方式将采集到的电荷量转换为电压,并对该电压进行模拟/数字转换,得到的第一采集数据用于测量低量程的剂量率;

    7、第二电流积分及数字化电路,用于采集所述光电倍增管的靠近阴极的打拿极输出的电流信号,得到的第二采集数据用于测量高量程的剂量率;

    8、光电倍增管的高压电源及其控制电路,用于为所述光电倍增管提供工作所需的高压,并控制高压电源的输出;

    9、微控制器,用于根据来自所述第一电流积分及数字化电路和所述第二电流积分及数字化电路的采集数据计算剂量率;

    10、可触摸显示屏,用于显示计算出的所述剂量率,供用户查看。

    11、可选的,所述第一电流积分及数字化电路与所述第二电流积分及数字化电路之间进行电隔离;

    12、所述第一电流积分及数字化电路与所述第二电流积分及数字化电路中的至少一个与所述微控制器之间进行电隔离。

    13、可选的,所述第一电流积分及数字化电路上的电流积分电路与数字化电路被集成在一块芯片上;

    14、所述第二电流积分及数字化电路上的电流积分电路与数字化电路被集成在一块芯片上。

    15、可选的,所述微控制器,用于:

    16、根据来自所述第一电流积分及数字化电路的第一采集数据和所述第二电流积分及数字化电路的第二采集数据的大小,自动判断所测剂量率所属的量程范围;

    17、根据判断的剂量率所属的量程范围,自动选择利用所述第一电流积分及数字化电路的第一采集数据或第二电流积分及数字化电路的第二采集数据来计算剂量率。

    18、可选的,所述可触摸显示屏设置有剂量率仪程序界面,所述剂量率仪程序界面支持用户手动选择使用的剂量率量程,所述微控制器,还用于:

    19、根据手动选择的剂量率量程,自动选择利用所述第一电流积分及数字化电路的第一采集数据或第二电流积分及数字化电路的第二采集数据来计算剂量率。

    20、可选的,所述微控制器,还用于:

    21、通过控制给所述光电倍增管供电的高压电源输出的高压,来调节剂量率仪的高、低量程的各自范围。

    22、可选的,还包括:

    23、d/a转换器,用于将所述微控制器处理过的数字信号转换为模拟信号;

    24、串口通信接口芯片,用于实现所述微控制器与所述可触摸显示屏的串行数据通信。

    25、本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果:

    26、本申请采用光电倍增管转换闪烁体的发光,光电倍增管的光阴极将发光转换为电子,光电倍增管有多个打拿极,从阴极开始各打拿极上被依次加上逐渐增加的电压,最后一极是阳极,激发的电子在高压作用下被逐极放大,最终从阳极输出信号,从而根据各打拿极信号和阳极信号的大小比例,来选择从哪一个打拿极采集信号,使得高、低量程中间有适当的重叠,以便形成一个无缝隙的整体大量程;另外,本申请将电流积分电路与其后的数字化电路结合为一个芯片,从而降低采集电路带来的噪声;并且,采用电流积分方式,本发明的剂量率仪不仅可以测量连续辐射场,也可以测量脉冲辐射场。

    27、综上,本发明通过创新的信号采集与处理方法,实现了从低到高剂量率的无缝测量,特别优化了对脉冲辐射场的响应,提高了核辐射监测的精确度和安全性,填补了现有技术在剂量率仪性能上的空白。

    28、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。



    技术特征:

    1.一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一电流积分及数字化电路与所述第二电流积分及数字化电路之间进行电隔离;

    3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一电流积分及数字化电路上的电流积分电路与数字化电路被集成在一块芯片上;

    4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述微控制器,用于:

    5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述可触摸显示屏设置有剂量率仪程序界面,所述剂量率仪程序界面支持用户手动选择使用的剂量率量程,所述微控制器,还用于:

    6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述微控制器,还用于:

    7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:


    技术总结
    本申请提出了一种基于闪烁探测器的辐射剂量探测装置,该装置包括:闪烁体、光电倍增管、两路电流积分及数字化电路、光电倍增管的高压电源及其控制电路、微控制器与可触摸显示屏,其中,光电倍增管包含多个打拿极,从阴极开始各打拿极上被依次加上逐渐增加的电压,最后一极是阳极;第一电流积分及数字化电路用于采集光电倍增管的阳极或靠近阳极的打拿极输出的电流信号,得到的采集数据用于测量低量程的剂量率;第二电流积分及数字化电路,用于采集光电倍增管的靠近阴极的打拿极输出的电流信号,得到的采集数据用于测量高量程的剂量率;微控制器用于根据两个电流积分及数字化电路的采集数据计算剂量率;可触摸显示屏用于显示剂量率,供用户查看。

    技术研发人员:衣宏昌,李君利,曾志,张辉,武祯,邱睿,马豪
    受保护的技术使用者:清华大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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