一种应用于安检领域的核辐射检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种应用于安检领域的核辐射检测系统及方法。该方法针对安检领域特殊需要，对传统核辐射检查技术加以改进，进而提高测量的实时性和准确性。该系统包括探测器、积分电路、模数转换器、比较器-计数器阵列和控制器。该方法具体包括以下步骤：（1）通过光电效应把核辐射粒子轰击探测器中将粒子辐射能量信号转换为电脉冲信号；（2）将电脉冲信号通过比较器-计数器阵列后获取辐射粒子能量分布情况；（3）将电脉冲信号通过积分电路获取在T时间内的核辐射累计量，积分时间T由辐射粒子能量分布信息决定；（4）通过模数转换器将积分电路的输出转换为数字量，将此数字量除以时间T即可获取单位时间内的核辐射剂量信息。

说明书

技术领域

本发明属于核辐射或X射线辐射的测量领域，具体地涉及一种应用于安检领域的核 辐射检测系统及方法。

背景技术

传统的核辐射测量方法一般是将先通过高能粒子轰击光电管所激发的光电效应，获 取相应的电脉冲信号，再将电脉冲信号经过处理积分电路处理过后得到稳定的输出，最 后将结果除以时间来间接的获取单位时间的核辐射剂量。上述方法的一个难点在于电路 的积分时间的选定，特别应用于是对实时性和准确性有一定要求的安检领域，若选取积 分时间太长则会降低测量的实时性，出现漏报事故；若积分时间过短则易产生误差，造 成频繁误报的结果。

因此需要针对安检领域这一特点场合，改进原有传统的核辐射检测方法，从而到达 到既能提高检测实时性，又能降低误差的效果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于能量分布的核辐 射检测系统及方法，该方法能够根据核辐射能量分布的情况，自动调节积分时间，从而 实现高灵敏、低误差的核辐射剂量测量。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于安检领域的核辐射检测系统，包括探测器、积分电路、模数转换器、比 较器-计数器阵列和控制器，其中，所述探测器与M组比较器-计数器并联并通过总线连 接到控制器，构成积分时间计算电路；所述控制器连接到所述积分电路，构成积分时间 反馈电路；所述探测器依次连接积分电路、模数转换器和控制器，构成检测电路。

基于上述检测系统的检测方法，包括如下步骤：

（1）获取核辐射能量分布情况：将粒子轰击探测器激发产生的脉冲电信号输入到 M组比较器-计数器阵列，M为大于1的整数，每组比较器的阈值设置为U₁～U_M，设阈 值常数U，第i组比较器阈值为U_i，i取值范围为1～M，则U_i满足对于比较 器-计数器阵列的第i路输入，当脉冲电信号大于U_i时，比较器i产生一次数字脉冲，数 字脉冲促使计数器i的计数值D_i加1，M组计数器通过控制器总线并联连接到控制器， 控制器通过控制器总线每隔Tc时间段读取计数器的计数值D₁～D_M，对于该时间间隔内 的能量区间[U_i，U_i+1]范围内的粒子分布P_i，满足P_i=D_i-D_i+1，且D_M+1=0，从而获取核辐 射粒子在各个能量级别的分布情况；

（2）根据核辐射能量分布情况决定积分时间：按照能量从低到高将核辐射能量按 照比较器-计数器的组数分为M个区域，其能量分别为E₁～E_M，设第i个能级能量值为 E_i，满足E_i=i×P_i，设辐射的全部能量为E，满足设能量区间[U_M，U]为高 能量区，区间内能量为E_H，满足E_H=E_M，高能量区占全部能量区能量的比q=E_H/E，设 定一个积分时间常数T，则实际积分时间t=（1-q）T；

（3）用计算所得积分时间调控积分电路，获得核辐射的计量值：通过积分电路积 分后获得的核辐射累计的模拟量输出，该模拟量输出通过模数转换器转换为对应的数字 核辐射累计计量值，最后将数字核辐射累计计量值除以积分时间得到核辐射的计量值。

当高能量区占全部能量区能量的比q增大时，说明此时核辐射中高能量粒子在增加， 探测器探测到强辐射源的概率增大，此时控制器将积分时间减少，提高了测量采样速率， 进而提高了实时性，增加了反应速度；当高能量区占全部能量区能量的比q减少时，说 明核辐射中高能量粒子在减少，探测器探测到强辐射源的概率减小，此时控制器将积分 时间增加，降低了测量采样速率，增加了测量数据的准确性。

有益效果：本发明提供的一种基于能量分布的核辐射检测方法，相对于现有的核辐 射测量方案，具有如下优点：1）本发明通过增加一个比较器-计数器电路阵列获取辐射 能量分布，再计算出高能量粒子占整体粒子的能量比值，依据此能量比值自动调节积分 电路积分时间，从而达到在辐射强度大时减少积分时间，提高测量灵敏度和实时性。在 辐射强度低时，增加积分时间，达到减少测量误差的良好效果；2）本发明结构简单、 可靠性强，方便对现有的应用于安保领域的核辐射测量装置的升级改造，易于推广。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种应用于安检领域的核辐射检测方法，其检测装置主要包括探测器、 积分电路、模数转换器（ADC）、比较器-计数器阵列、控制器等。探测器与比较器-计数 器相连并通过总线连接到控制器，构成积分时间计算电路；控制器连接到所述积分电路， 构成积分时间反馈电路；探测器依次连接积分电路、模数转换器和控制器，构成检测电 路。探测器接受核辐射粒子轰击，粒子辐射能量信号转换为电脉冲信号。电脉冲信号通 过所述比较器-计数器阵列后可以获取辐射粒子能量分布情况。控制器用于获取辐射粒 子能量分布情况计算出积分电路的积分时间。电脉冲信号通过积分电路积分得到获取所 述积分时间内的核辐射累计量。核辐射累计量通过模数转换器转换为数字量，将此数字 量除以积分时间即可获取单位时间内的核辐射剂量信息。

在具体的实施过程中，该核辐射检测方法包括以下步骤：将粒子轰击探测器激发产 生的脉冲电信号输入到一组比较器-计数器阵列，其中该比较器-定时器阵列由M组比较 器和计算器组成，每组比较器的阈值设置为U₁～U_M，设阈值常数U，第i组比较器阈 值为U_i，则U_i满足对于比较器-计数器阵列的第i路输入，当脉冲电信号大 于U_i时，比较器i产生一次数字脉冲，数字脉冲促使计数器i的计数值D_i加1，M组计 数器通过控制器总线并联连接到控制器，控制器通过控制器总线每隔Tc时间段读取计 数器的计数值D₁～D_M，对于该时间间隔内的能量区间[U_i，U_i+1]范围内的粒子分布P_i， 满足P_i=D_i-D_i+1，且D_M+1=0，从而获取核辐射粒子的在各个能量级别的分布情况。

一种基于核辐射粒子能量分布情况的积分时间诊定方法，包括以下步骤：设第i个 能级能量值为E_i，满足E_i=i×P_i。设辐射的全部能量为E，满足M的取值 越大，计算得到的辐射能量越精确。设能量区间[U_M，U]为高能量区，区间内能量为E_H， 满足E_H=E_M。高能量区占全部能量区能量的比q=E_H/E。设定一个积分时间常数T，其实 际积分时间t=（1-q）T。

当高能量区占全部能量区能量的比q增大时，说明此时核辐射中高能量粒子在增加， 探测器探测到强辐射源的概率增大，此时控制器将积分时间减少，提高了测量采样速率， 进而提高了实时性，增加了反应速度；当高能量区占全部能量区能量的比q减少时，说 明核辐射中高能量粒子在减少，探测器探测到强辐射源的概率减小，此时控制器将积分 时间增加，降低了测量采样速率，增加了测量数据的准确性。探测器产生的电脉冲信号 通过积分电路积分后的获得的核辐射累计的模拟量输出，该模拟量输出通过模数转换器 转换为对应的数字核辐射累计剂量值，最后将数字核辐射累计剂量值除以积分时间t， 从而获得核辐射的剂量值。