一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法和探测器

摘要

本发明为一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法和探测器，属于核辐射探测领域；提出一种可精准寻找表面辐射污染源位置的探测方法和装置，技术方案为：一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法，多组阳极丝均与同一电源正极相连，与多组阳极丝相对的同一金属外壳与同一电源负极相连，金属外壳与多组阳极丝之间形成电场，多组阳极丝与金属外壳之间填充惰性气体；对不同组阳极丝探测数据读取后进行处理分析；一种精准寻找表面辐射污染位置的探测器，包括：探测器外壳、阳极丝组件、入射窗和绝缘柱；探测器外壳为上端开口，探测器外壳内设置有若干阳极丝组件，且阳极丝组件与探测器外壳之间通过绝缘柱相固定，探测器外壳上端开口覆盖有入射窗。

说明书

技术领域

本发明为一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法和探测器，属于核辐射探测领域。

背景技术

目前，表面辐射污染监测的技术已经十分成熟。表面污染监测设备多应用于核电、核燃料循环、乏燃料后处理以及核设施退役等领域。工作人员进行表面辐射污染监测后，通过分析数据及时发现沾污位置，并根据指示进行去污处理，减少了人员沾污风险，防止了污染转移。它是核电站或相关核设施及其它放射性同位素应用部门保证安全生产的手段之一。

目前的探测器主要有：正比计数器、闪烁探测器和半导体探测器；各种探测器虽工作原理不同、探测灵敏度存在偏差，但整体都能监测放射性污染强度，为下一步措施提供指导方案。

但是，目前的探测器仅能对探测面进行放射污染监测，即：仅对探测器探测面范围内进行放射性监测，而无法相对精确的指出该范围内污染位置以及不同位置之间的放射性强度。采用拼接的方式进行定位测量,存在体积较大、一致性不同以及造价较高等问题。

该缺陷不利于工作人员快速清理放射性物质，另一方面不利于后期研究放射性物质泄漏途径和踪迹。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种可精准寻找表面辐射污染源位置的探测方法和探测装置。

为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法，多组阳极丝均与同一电源正极相连，与多组阳极丝相对的同一金属外壳与同一电源负极相连，所述金属外壳与多组阳极丝之间形成电场，多组阳极丝与金属外壳之间填充惰性气体；

对不同组阳极丝探测数据读取后进行处理分析。

读取不同组阳极丝探测其对应位置的α射线或者β射线放射强度。

读取所有组的阳极丝数据，任意一组阳极丝数据高于其相邻位置的阳极丝数据即可判断该组阳极丝对应位置存在放射源。

采用上述方法对应的一种精准寻找表面辐射污染位置的探测器，包括：探测器外壳、阳极丝组件、入射窗和绝缘柱；所述探测器外壳为上端开口的方形外壳，所述探测器外壳内设置有若干阳极丝组件，若干阳极丝组件依次排列在同一水平面上，且阳极丝组件与探测器外壳之间通过绝缘柱相固定，阳极丝组件之间绝缘，所述探测器外壳上端开口覆盖有入射窗。

所述阳极丝组件包括阳极丝,所述阳极丝在同一水平面多次弯折,且阳极丝之间不重叠。

所述绝缘柱包括固定绝缘柱和屏蔽绝缘柱，所述固定绝缘柱为绝缘材质的圆柱，所述固定绝缘柱固定于探测器外壳壳底，所述固定绝缘柱上部与阳极丝组件的阳极丝固定；

所述屏蔽绝缘柱包括：阳极丝通孔、屏蔽外壳和绝缘外壳，所述绝缘外壳整体为柱状结构，绝缘外壳上延其轴线方向设置有通孔，所述通孔为阳极丝通孔，所述绝缘外壳的管壁内设置有屏蔽外壳，所述屏蔽外壳为金属网或者金属管。

所述屏蔽绝缘柱下端同轴固定有圆柱卡台，所述圆柱卡台为管状结构，所述圆柱卡台外径大于屏蔽绝缘柱外径。

所述屏蔽外壳上端被屏蔽绝缘柱完全包裹，所述屏蔽外壳下端自屏蔽绝缘柱下端延伸至圆柱卡台外部，所述屏蔽外壳接地。

所述阳极丝组件中的阳极丝自阳极丝通孔延伸至圆柱卡台管外后与处理模块电气连接。

所述处理模块包括：主控芯片、分区芯片和处理电路；每个阳极丝组件的信号端均与一个处理电路电气连接，相邻的若干阳极丝组件的处理电路与一个分区芯片电气连接，所述主控芯片与若干分区芯片串行连接。

所述处理电路包括：信号放大电路和ADC转换电路，阳极丝组件信号端与其对应的信号放大电路输入端连接，所述信号放大电路输出端与ADC转换电路连接，所述ADC转换电路输出端与其对应的分区芯片连接。

所述精准寻找表面辐射污染位置的探测器还包括电源，所述电源包括：高压电源和工作电源，所述高压电源为：变压器输入端与AC220V连接，所述变压器输出端与整流器连接，所述整流器与高压稳压器连接，所述高压稳压器输出端正极串接电阻R后接若干阳极丝组件，所述高压稳压器负极接探测器外壳；

所述工作电源为：电源模块接AC220V电源，所述电源模块输出DC5V电源，所述电源模块输出端接稳压电路，所述稳压电路输出DC3.3V电源，所述工作电源为处理模块工作供电。

所述信号放大电路包括运算放大器QA，所述阳极丝32接电阻RB17一端，所述电阻RB17另一端并接电阻RB13一端和运算放大器QA反相输入端，所述运算放大器QA正相输入端串接电阻RB25后接地，所述电阻RB13另一端接运算放大器QA输出端，所述运算放大器QA正电源端接-VDD电源端，所述运算放大器QA负电源端接+VDD电源端，所述运算放大器QA输出端和电阻RB13连接点还连接电阻RB18一端，所述电阻RB18一端接运算放大器QB正相输入端，所述运算放大器QB反相输入端并接电阻RB23和电阻RB24，所述电阻RB23另一端接地，所述电阻RB24另一端接运算放大器QB输出端和电容CB9一端，所述，所述电容CB9接电阻RB21后接地。

所述阳极丝32与电阻RB17之间设置有滤波电路，所述滤波电路为：电容CB8一端与阳极丝32连接，所述电容CB8另一端接瞬态抑制二极管DB1负极，所述瞬态抑制二极管VTS正极接地。

所述ADC转换电路包括α比较电路和β比较电路，所述α比较电路为：

电阻R30一端接运算放大器QA输出端和电阻RB13连接点，所述电阻R30另一端与电压比较器U5正输入端和电阻R39一端连接，所述电阻R39另一端接地，所述电压比较器U5负输入端接电阻R36一端，所述电阻R36另一端并接电容C21、电阻R41和电阻R38，所述电容C21另一端和电阻R41另一端接地，所述电阻R38另一端接单片机，所述电压比较器U5输出端接电阻R32，所述电阻R32接电压比较器U5正极电源端和DC5V电源，所述电压比较器U5负极电源端接地，电压比较器U5输出端和电阻R32连接点为α比较电路输出端，且α比较电路输出端与单片机连接；

所述β比较电路为：电阻R14一端接电容CB9和电阻RB21连接点，所述电阻R14另一端接电压比较器U4正输入端和电阻R22，所述电阻R22另一端接地，所述电压比较器U4负输入端接电阻R16，所述电阻R16另一端接电容C17和单片机，所述电容C17另一端接地，电压比较器U4输出端接电阻R13，所述电阻R13接电压比较器U4正极电源端和DC5V电源，所述电压比较器U4负极电源端接地，电压比较器U4输出端和电阻R13连接点为β比较电路输出端，且β比较电路输出端与单片机连接。

所述主控芯片、分区芯片均为单片机，所述单片机采用STM373CCT6。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明采用的方法采用类似复眼结构进行探测，其探测精准度高，设备本身误差极大降低，可提高探测灵敏度和精准寻找污染位置。

二、本发明采用若干阳极丝组件，每个阳极丝组件均可参与α射线或者β射线的探测，进而提高整体探测精准度，同时阳极丝组件连接同一电源和处于同一气体环境中，探测过程中受到外部因素影响小，探测数据均匀准确。

三、本发明采用多组阳极丝组件，当检测到放射源时，同时会有多组阳极丝组件输出信号，并且呈现一组阳极丝组件信号强，周围阳极丝组件信号逐步递减趋势，如此可迅速准确判断放射源位置。

四、本发明采用屏蔽绝缘柱，避免不同阳极丝穿越其他阳极丝组件，防止出现阳极丝组件之间短路以及阳极丝对其他阳极丝组件的电场干扰的情况，利于后期数据处理，同时提高了探测精准度；另外采用屏蔽外壳可屏蔽竖直设置的阳极丝对阳极丝组件内的电场干扰，确保探测精准度。

五、本发明采用分区芯片，一方面便于若干阳极丝组件可与处理芯片电气连接，便于数据快速精确处理；另一方面阳极丝组件提供的数据由分区芯片进行处理，主控芯片继续对不同阳极丝组件提供处理数据进行综合处理，可提高处理速度，而且为精准寻找表面辐射污染位置的探测器精准度提高提供了潜力。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明剖面示意图。

图3为本发明屏蔽绝缘柱剖面示意图。

图4为本发明图3中A-A截面示意图。

图5为本发明高压电源与探测器外壳和阳极丝组件连接电路图。

图6为本发明信号放大电路图。

图7为本发明α比较电路图。

图8为本发明β比较电路图。

图中：1为探测器外壳，2为阳极丝组件，3为入射窗，4为绝缘柱，41为固定绝缘柱，42为屏蔽绝缘柱，421为阳极丝通孔，422为屏蔽外壳，423为绝缘外壳，424为圆柱卡台。

具体实施方式

为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例详细阐述：

一种精准寻找表面辐射污染位置的探测方法，多组阳极丝均与同一电源正极相连，与多组阳极丝相对的同一金属外壳与同一电源负极相连，所述金属外壳与多组阳极丝之间形成电场，多组阳极丝与金属外壳之间填充惰性气体；

对不同组阳极丝探测数据读取后进行处理分析。

读取不同组阳极丝探测其对应位置的α射线或者β射线放射强度。

读取所有组的阳极丝数据，任意一组阳极丝数据高于其相邻位置的阳极丝数据即可判断该组阳极丝对应位置存在放射源。

α粒子或者β粒子入射多组阳极丝与金属外壳之间的空间后与惰性气体的原子发生碰撞，使惰性气体电离；在电场作用下，电子向阳极丝运动，形成电子雪崩，电子与阳极丝接触产生脉冲；不同位置的相同空间大小的区域内，α粒子或者β粒子自起始位置向外扩散，α粒子或者β粒子密度随之降低，进而导致放射源位置的阳极丝脉冲幅度大，并以该位置的阳极丝为中心周围的阳极丝脉冲幅度逐步降低，根据此原理形成上述精准寻找表面辐射污染位置的探测方法。

如图1至图8所示：本发明采用上述方法对应的一种精准寻找表面辐射污染位置的探测器，包括：探测器外壳1、阳极丝组件2、入射窗3和绝缘柱4；所述探测器外壳1为上端开口的方形外壳，所述探测器外壳1内设置有若干阳极丝组件2，若干阳极丝组件2依次排列在同一水平面上，且阳极丝组件2与探测器外壳1之间通过绝缘柱4相固定，阳极丝组件2之间绝缘，所述探测器外壳1上端开口覆盖有入射窗3。

所述阳极丝组件2包括阳极丝,所述阳极丝在同一水平面多次弯折,且阳极丝之间不重叠。

所述绝缘柱4包括固定绝缘柱41和屏蔽绝缘柱42，所述固定绝缘柱41为绝缘材质的圆柱，所述固定绝缘柱41固定于探测器外壳1壳底，所述固定绝缘柱41上部与阳极丝组件2的阳极丝固定；

所述屏蔽绝缘柱42包括：阳极丝通孔421、屏蔽外壳422和绝缘外壳423，所述绝缘外壳423整体为柱状结构，绝缘外壳423上延其轴线方向设置有通孔，所述通孔为阳极丝通孔421，所述绝缘外壳423的管壁内设置有屏蔽外壳422，所述屏蔽外壳422为金属网或者金属管。

所述屏蔽绝缘柱42下端同轴固定有圆柱卡台424，所述圆柱卡台424为管状结构，所述圆柱卡台424外径大于屏蔽绝缘柱42外径。

所述屏蔽外壳422上端被屏蔽绝缘柱42完全包裹，所述屏蔽外壳422下端自屏蔽绝缘柱42下端延伸至圆柱卡台424外部，所述屏蔽外壳422接地。

所述阳极丝组件2中的阳极丝自阳极丝通孔421延伸至圆柱卡台424管外后与处理模块电气连接。

所述处理模块包括：主控芯片、分区芯片和处理电路；每个阳极丝组件的信号端均与一个处理电路电气连接，相邻的若干阳极丝组件的处理电路与一个分区芯片电气连接，所述主控芯片与若干分区芯片串行连接。

所述处理电路包括：信号放大电路和ADC转换电路，阳极丝组件信号端与其对应的信号放大电路输入端连接，所述信号放大电路输出端与ADC转换电路连接，所述ADC转换电路输出端与其对应的分区芯片连接。

所述精准寻找表面辐射污染位置的探测器还包括电源，所述电源包括：高压电源和工作电源，所述高压电源为：变压器输入端与AC220V连接，所述变压器输出端与整流器连接，所述整流器与高压稳压器连接，所述高压稳压器输出端正极串接电阻R后接若干阳极丝组件，所述高压稳压器负极接探测器外壳；

所述工作电源为：电源模块接AC220V电源，所述电源模块输出DC5V电源，所述电源模块输出端接稳压电路，所述稳压电路输出DC3.3V电源，所述工作电源为处理模块工作供电。

所述信号放大电路包括运算放大器QA，所述阳极丝32接电阻RB17一端，所述电阻RB17另一端并接电阻RB13一端和运算放大器QA反相输入端，所述运算放大器QA正相输入端串接电阻RB25后接地，所述电阻RB13另一端接运算放大器QA输出端，所述运算放大器QA正电源端接-VDD电源端，所述运算放大器QA负电源端接+VDD电源端，所述运算放大器QA输出端和电阻RB13连接点还连接电阻RB18一端，所述电阻RB18一端接运算放大器QB正相输入端，所述运算放大器QB反相输入端并接电阻RB23和电阻RB24，所述电阻RB23另一端接地，所述电阻RB24另一端接运算放大器QB输出端和电容CB9一端，所述，所述电容CB9接电阻RB21后接地。

所述阳极丝32与电阻RB17之间设置有滤波电路，所述滤波电路为：电容CB8一端与阳极丝32连接，所述电容CB8另一端接瞬态抑制二极管DB1负极，所述瞬态抑制二极管VTS正极接地。

所述ADC转换电路包括α比较电路和β比较电路，所述α比较电路为：

电阻R30一端接运算放大器QA输出端和电阻RB13连接点，所述电阻R30另一端与电压比较器U5正输入端和电阻R39一端连接，所述电阻R39另一端接地，所述电压比较器U5负输入端接电阻R36一端，所述电阻R36另一端并接电容C21、电阻R41和电阻R38，所述电容C21另一端和电阻R41另一端接地，所述电阻R38另一端接单片机，所述电压比较器U5输出端接电阻R32，所述电阻R32接电压比较器U5正极电源端和DC5V电源，所述电压比较器U5负极电源端接地，电压比较器U5输出端和电阻R32连接点为α比较电路输出端，且α比较电路输出端与单片机连接；

所述β比较电路为：电阻R14一端接电容CB9和电阻RB21连接点，所述电阻R14另一端接电压比较器U4正输入端和电阻R22，所述电阻R22另一端接地，所述电压比较器U4负输入端接电阻R16，所述电阻R16另一端接电容C17和单片机，所述电容C17另一端接地，电压比较器U4输出端接电阻R13，所述电阻R13接电压比较器U4正极电源端和DC5V电源，所述电压比较器U4负极电源端接地，电压比较器U4输出端和电阻R13连接点为β比较电路输出端，且β比较电路输出端与单片机连接。

所述主控芯片、分区芯片均为单片机，所述单片机采用STM373CCT6。

所述阳极丝为25μm镀金钨丝。

所述探测器外壳1为黄铜。

所述入射窗3为10μm钛箔。

所述入射窗3将探测器外壳1上端开口密封，所述探测器外壳1内填充惰性气体。

所述探测器外壳1壳底上设置有用于安装屏蔽绝缘柱42的通孔，且所述圆柱卡台424位于探测器外壳1外侧，所述探测器外壳1与屏蔽绝缘柱42之间通过胶水密封。

本发明具体实施方式如下：

当采用本发明进行探测放射性物质时，因其放射性特性，多个阳极丝组件2均由放射射线电离产生离子而收到信号，越靠近放射性物质附近的阳极丝组件2收到信号越强，由此经过单片机数据处理，可判断放射性物质附着位置，继而快速精确处理。另外，通过判断放射性物质附着的精确位置，便于科研人员反向推导出现辐射污染原因以及提供避免出现上述问题的措施。

上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。