气态放射性碘探测装置机械结构与模拟电子学设计

摘要

实时监测核设施排放废气的放射性是核设施核安全相关辐射监测的重要内容。131I是具有挥发性的裂变产物，因此它很容易进入排放废气中。在正常情况下，废气中的131I含量很低，当发生泄漏事故时，其浓度会急剧上升，进而对周边环境产生严重污染。131I进入人体后会对甲状腺等器官产生巨大威胁，因此研制气态放射性碘监测装置具有重要意义。本文介绍一种气态放射性碘装置的研制过程，首先使用蒙卡模拟计算软件MCNP、Geant4对探测方式进行了模拟计算，并根据模拟计算结果与使用环境确定探测模型；其次，介绍探测器的电子学设计过程；再次，设计对气态放射性碘吸附的吸附方式；最后，探索气态放射性碘装置的小型化、低成本、质量小的新型设计方案。
　　本文是在已有的国外该类装置设计基础之上进行的改进与优化设计。主要的创新点是：在探头内对前置放大器输出的信号进行整型后再输出，以实现信号的远距离传输；使用蒙卡模拟计算软件就探测器结构对探测器性能的影响进行了系统地模拟计算，这为探测器的优化设计提供了较全面的理论数据支持，对降低设备研发成本、提升设备研发质量具有重要意义；为了大幅降低探头外围铅屏蔽的体积与重量，在不降低探测器性能的前提下，需要寻找体积小、成本低、性能好的光电倍增器，而信号响应快、工作电压低、占用空间小的硅光电倍增器可作为首选，本文检验了把硅光电倍增器应用于气态放射性碘探测器的可行性，并简要说明改进方案，在国内尚未发现将硅光电倍增器应用于气态放射性碘监测方面的研究，因此进行该方向的深入研究具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基本知识

2.1 气态放射性碘探测原理

2.2 γ射线与物质的相互作用

2.3 射线探测器的选择

2.4 光电倍增管(PMT)工作原理及主要性能

2.5 硅光电倍增器工作原理与特性

2.6 PMT与硅光电倍增器性能比较

2.7 蒙特卡洛方法

第三章 采用PMT对碘进行探测的设计方案及实验验证

3.1 测量系统设计

3.2 模拟电路设计

3.3 数字电路设计方案简介

3.4 能谱显示软件设计方案简介

3.5 光电倍增管磁屏蔽设计

3.6 围绕探测器模型的模拟计算

3.7 实验测量结果与模拟计算结果对比

3.8 稳谱方案设计

3.9 碘吸附方案设计

3.10电磁兼容鉴定试验

第四章 采用硅光电倍增器的碘探测装置设计方案

4.1 模拟电路设计

4.2 调试电路

4.3 用调试后的电路测试SiPM的工作性能

第五章 总结与展望

参考文献

科研成果

致谢