一种放射性惰性气体活度测量装置及方法与流程

1.本发明涉及计量技术领域，尤其涉及一种放射性惰性气体活度测量装置及方法。


背景技术：

2.核电作为一种安全可靠、清洁的能源，已成为电力工业的重要组成部分。目前国内核能事业迅速发展，中国在建核电机组数量位居世界第一，按照目前趋势，在未来中国新投入运行的核电机组的数量将会继续上升。
[0003][0004]
目前，对气态流出物的监测手段主要分为在线测量和实验室取样测量两种方法。在线监测主要用于实时监测，主要通过β射线测量得到流出物中总放射性活度，并给出一个等效133xe排放量。实验室取样为离线测量模式，核设施实验室会对流出物进行周期取样和伽马能谱测量，测量结果认为是这个周期的排放平均值。
[0005]
对于在线测量，现有技术的主要问题在于在线β射线测量无法分辨核素种类，只能获得一个总排放活度，无法满足国际上相关导则及规定的要求。随着近几十年来大气中
85
kr浓度的上升，核设施流出物中
85
kr的排放量也越来越受到政府和相关部门的重视，故核素分辨成为了核设施气态流出物监测的一个重要改进项。
[0006]
对
85
kr、
133
xe、
135
xe这类放射性惰性气体活度的测量，无论是基于正比计数长度补偿法的绝对测量方法，还是核电系统采用的在线总β连续监测方法，所采用的探测单元均为β灵敏(或γ灵敏，如高纯锗γ谱分析方法)探测模块，如内充气正比计数器、闪烁体探测模块、半导体探测模块等。
[0007]
公开号为cn111638540a的中国专利公开了一种放射性惰性气体的测量装置、方法、设备及存储介质，其中，该装置包括：信号探测设备检测样品与探测晶体作用得到的β-γ符合脉冲电信号，探测模块中β探测晶体和γ探测晶体合体设置；信号采集处理设备将β-γ符合脉冲电信号由模拟形式转换为数字形式；计算设备分析β-γ符合脉冲电信号中β脉冲信号的幅度得到第一幅度和γ脉冲信号的幅度得到第二幅度，根据数字形式的β-γ符合脉冲电信号在第一幅度和第二幅度组成的幅度范围内的脉冲计数，计算样品中惰性气体核素的活度浓度。该方案可以提高测量的准确性、可靠性，可以区分放射性惰性气体核素并精确、连续测量活度的浓度值，可降低探测装置的体积、重量、成本。
[0008]
公开号为cn106405615a的中国专利提出了一种高灵敏探测放射性气体核素活度的装置，以解决宇宙射线在符合测量系统产生符合本底计数的难题。该装置包括充气式β探测模块、γ探测模块、反宇宙射线探测模块组和数字符合电路；β探测模块和γ探测模块设置在铅屏蔽内，β探测模块的底部朝下放置在γ探测模块上；反宇宙射线探测模块组用于屏蔽宇宙射线在β探测模块和γ探测模块中产生的符合信号；反宇宙射线探测模块组由5个反宇宙射线探测模块组成，分别设置在铅屏蔽的顶部和四周；反宇宙射线探测模块的输出信号、β探测模块的输出信号以及γ探测模块的输出信号分别送入数字符合电路，得到γ探测模块原始谱、反宇宙射线γ谱、β-γ符合谱及反宇宙射线β-γ符合谱。本发明能大幅提高放
射性气体核素探测的灵敏度。
[0009]
然而，现有技术中，在核电系统、环保等行业对放射性流出物、辐射环境中的放射性惰性气体监测，一般采用高纯锗γ谱分析和在线连续监测的方法。区别在于：
①
高纯锗γ谱仪分析方法为离线分析方法，需要气体采样和富集。这种方法的优点是能够通过γ射线的测量实现惰性气体核素识别，定量分析每种放射性惰性气体核素(如
85
kr、
133
xe、
135
xe等)的活度量；但该方法的局限性是由于该方法是离线分析方法，不能进行核事故情况下的应急测量，且该方法对于诸如
85
kr这类γ分支很低的惰性气体核素探测下限比较高。
②
在线连续监测方法，一般采用电离室或闪烁体型探测模块，可实现放射性流出物的实时连续测量和预警监测。但该方法的局限性在于不能区分核素，所以测量结果一般是总放射性测量。对于
85
kr、133xe这类惰性气体，为总β(含γ射线部分能量响应)测量。


技术实现要素：

[0010]
针对现有技术之不足，本发明提供了一种放射性惰性气体活度测量装置，包括刻度装置，刻度装置包括取样罐、气体循环泵、惰性气体监测仪和高纯锗谱仪气罐，刻度装置利用
85
kr标准源对探测器进行β活度响应刻度采用气体混合的方式结合高纯锗γ谱仪对
85
kr气体的效率刻度结果实现
85
kr气体的活度浓度确定，
85
kr气体的活度浓度确定包括：在
85
kr标准气体源取样体积活度为(108～109)bq/m3的条件下，利用气体循环泵将取样罐内的
85
kr 标准气体源与回路其余部分的空气相混合，待混合均匀后，采用高纯锗γ谱仪对取样罐内γ射线进行测量，结合高纯锗γ谱仪对
85
kr特征γ射线的探测效率ε计算气罐内
85
kr气体体积活度值，该值亦为探测器采样空腔内
85
kr气体的体积活度值。
[0011]
优选地，探测器包括：探测模块，用于与射线发生相互作用并产生信号波形；信号采集模块，用于采集探测模块上的信号波形；分析模块，用于对信号波形进行脉冲形状甄别以处理β-γ符合信号，探测模块至少包括第一闪烁体和包覆于第一闪烁体设置的第二闪烁体，其中，第一闪烁体用于测量β射线；其中，第二闪烁体用于测量γ射线；其中，第一闪烁体被配置为能够沉积β射线的全部能量并允许γ射线穿透第一闪烁体到达第二闪烁体，以使探测模块能够基于第一闪烁体的短发光衰减时间以及第二闪烁体的长发光衰减时间实现β、γ射线的独立测量以及β-γ符合测量。
[0012]
优选地，两个闪烁体能够以预设探测效率为基础，按照能够以自身在空气中的运动捕获并容纳至少部分采样气体的方式形成采样空腔，采样空腔的体积参数被按照能够平衡探测效率和采样体积的方式配置为具有预设直径和轴向长度的圆柱状腔体。
[0013]
优选地，利用了一种基于geant4的模拟方法，模拟方法包括以下步骤：
[0014]
将第一闪烁体的厚度配置为对高能β射线具有高的探测效率和对低能γ射线具有低的探测效率；
[0015]
基于对γ射线的高探测效率确定第二闪烁体的厚度；
[0016]
基于空气对射线的自吸收效应将采样空腔配置为能够满足高β探测效率的预设形状和尺寸。
[0017]
优选地，探测模块连接有至少两路光电倍增管，其中，一路光电倍增管允许接收由β/γ射线中的一个粒子入射闪烁体激发的光子群的至少部分，以使另一路光电倍增管能够接收光子群的剩余部分。
[0018]
优选地，信号采集模块能够对探测模块产生的信号进行高速采样并对获取到的脉冲信号进行长短门积分计算，从而根据计算结果对信号进行β/γ甄别以得到关于该脉冲信号的波形谱、能量谱以及psd谱数据并以scii码或二进制的形式储存为dat文件。
[0019]
优选地，分析模块能够调用信息采集模块中储存的dat文件，其中，分析模块按照叠加两路光电倍增管的能量信号的方式获得一个衰变时间产生的总能量，分析模块引入扩展型死时间处理以对计数率进行修正获得实际计数率，分析模块利用脉冲形状甄别方法，通过二维柱状图显示的方式，实现β/γ射线的甄别。
[0020]
一种放射性惰性气体活度测量方法，其特征在于，方法包括：利用
85
kr 标准源对探测器进行β活度响应刻度；利用一种基于geant4的模拟方法确定探测模块中第一闪烁体和第二闪烁体的厚度，以及确定采样空腔的几何参数；利用基于长短门计算的信号采集模块进行β/γ射线的甄别；配置分析模块的参数。
[0021]
优选地，利用
85
kr标准源对探测器进行β活度响应刻度包括以下步骤：
[0022]
将探测器接入气体取样管路，抽真空后充入具有预设温度和压力的
85
kr 气体；
[0023]
根据计算出
85
kr气体的活度浓度；
[0024]
采用气体混合的方式结合高纯锗γ谱仪对
85
kr气体的效率刻度结果实现
85
kr气体的活度浓度确定。
[0025]
优选地，分析模块的参数配置包括以下步骤：通过符合分辨时间的设置，使一个粒子在两路光电倍增管中产生的能量信号的时间差能够位于符合分辨时间内；引入扩展型死时间处理对计数率进行修正；根据qsd值甄别信号来自于β/γ射线。
[0026]
本发明的有益技术效果：
[0027]
本发明采用气体混合的方式，并借助高纯锗γ谱仪对
85
kr气体的效率刻度结果，实现探测器采样空腔内
85
kr气体活度浓度标准值的确定，解决了无法通过精确测量
85
kr气体的取样压强来定量取样活度浓度的问题；以惰性气体的衰变道为主要依据，利用发光衰减时间不同的两种闪烁体构造一个具有4π立体角探测的探测模块，使β射线的能量能够全部沉积在第一闪烁体中，而γ射线能够穿过第一闪烁体将能量沉积在第二闪烁体中，该方式能够得到β、γ射线的能量、计数率以分辨出射线的种类，同时能够进行β-γ符合测量，获取理论上最优的闪烁体厚度以及最优的采样空腔几何参数的配置，保证足够采样体积的同时获得较高的探测效率，从而以最优的方式实现了混合放射性惰性气体的活度测量，解决了混合放射性惰性气体测量困难的问题。此外，本发明还引入了两路光电倍增管，能够更大幅度地捕捉到闪烁体退激发出的光子，进一步提高了探测效率以及探测灵敏度，尤其是对于混合放射性气体中含量较少的部分能够增加探测的灵敏度和精准性。
附图说明
[0028]
图1是本发明提供的一种优选实施方式的放射性惰性气体活度测量装置示意图；
[0029]
图2是本发明提供的一种优选实施方式的传递标准装置测量
85
kr气体示意图；
[0030]
图3是本发明提供的一种优选实施方式的geant4模拟和理论计算的射线衰减曲线对比图；
[0031]
图4是本发明提供的一种优选实施方式的第一闪烁体对四种核素的β探测效率曲
线图；
[0032]
图5是本发明提供的一种优选实施方式的电流灵敏前置放大器的电路图；
[0033]
图6是本发明提供的一种优选实施方式的
85
kr测量数据的qsd-q
long
散点图；
[0034]
图7是本发明提供的一种优选实施方式的测量数据的q
long-q
short
散点图；
[0035]
图8是本发明提供的一种优选实施方式的
85
kr测量数据的qsd-q
short
散点图。
[0036]
附图标记列表
[0037]
1：探测模块；2：信号采集模块；3：分析模块；4：两路光电倍增管； 5：取样罐；6：气体循环泵；7：惰性气体监测仪；8：高纯锗谱仪气罐；11：第一闪烁体；12：第二闪烁体；13：采样空腔。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图进行详细说明。
[0039]
图1所示为一种放射性惰性气体活度测量方法。
[0040]
根据一种优选的实施方式，在实际使用探测器之前，需要使用刻度装置对探测器进行惰性气体核素活度响应的刻度。优选地，借助放射性标准物质或标准源对探测器进行刻度，例如，利用放射性惰性气体
85
kr活度浓度标准物质，可以对探测器β活度响应进行刻度。
[0041]
可选地，采用标准气体对探测器进行刻度的方法有以下两种：
[0042]
a.采用体积活度已知的标准放射性惰性气体源，将测量仪器的进气口和出气口分别连接标准气体和循环泵。在循环泵的作用下，
85
kr标准气体进入采样空腔，直至管路内体积活度达到平衡，被测量装置示值趋于稳定。然而，采用这种方法的关键是由于测量装置和连接管路体积的存在，取样标准气体的活度浓度与探测器采样空腔内的活度浓度不一致，需要重新确定。
[0043]
b.将探测器浸没在一个体积足够大的体积活度已知的放射性惰性气体源舱室内。这种方法的好处是由于标准源所处的体积足够大，探测器中的采样空腔的体积可忽略不计，采样空腔内的活度浓度标准值为气体源舱室内的浓度，但这种方法的缺点是由于舱室整体体积大，所需的标准气体总活度很高，测量后的气体回收处理是个难题。
[0044]
优选地，本实施例中对惰性气体活度探测器的刻度采用a方法。优选地，在探测器的采样空腔真空性很好的情况下，可以将探测器直接接入气体取样管路上，抽真空后充入温度压力已知的
85
kr气体，并计算充入
85
kr气体的活度浓度：
[0045][0046]
然而，当被测量气体接入取样管路时，腔室内真空度在真空泵的作用下可维持在10
°
水平。但当撤去准备充入
85
kr标准气体时，探测器采样空腔内气压迅速升高，因此无法通过精确测量
85
kr气体的取样压强来定量取样活度浓度。
[0047]
根据一种优选的实施方式，为了避免直接取样过程中由于采样空腔真空性不理想而导致的
85
kr气体取样活度浓度定量的不准确，本实施例中采用气体混合的方式，并借助高纯锗γ谱仪对
85
kr气体的效率刻度结果，实现探测器采样空腔内
85
kr气体活度浓度标准值的确定。优选地，探测器采样空腔内的
85
kr活度浓度确定方法如下：
[0048]
如图1所示，刻度装置包括
85
kr标准气体(存储于体积为284.5ml的取样罐5内，活度浓度通过控制取样压强和温度确定)、气体循环泵6(knf 小流量隔膜泵)、惰性气体传递标准装置、适用于高纯锗γ谱仪相对测量的高纯锗谱仪气罐8(结构设计为
85
kr气体标准物质存储气罐，但为双阀门设计，便于气体混合，体积约70ml)和惰性气体监测仪7。优选地，在接入气体循环回路图1前，需在取样管路上充入
85
kr标准气体源并在高纯锗γ谱仪装置上进行测量，确定高纯锗γ谱仪对该几何条件下
85
kr特征γ射线 (e
γ
＝514kev)的探测效率ε。考虑到
85
kr核素衰变产生的γ射线发射几率仅为0.435％，优选地，为了降低由于计数统计涨落对探测效率测量的影响，使气罐内
85
kr标准气体的总活度水平保持在104bq/m3量级以上。本技术中气罐体积v＝69.2ml，经计算，气罐内
85
kr标准气体源的体积活度量级至少为108bq/m3。
[0049]
根据一种优选的实施方式，在
85
kr标准气体源取样体积活度为(108～109) bq/m3条件下(记为a
v1
)，在循环泵的作用下将
85
kr标准气体源与回路其余部分的空气相混合，待气体混合均匀后(15分钟左右)，采用高纯锗γ谱仪装置对图1中的气罐进行测量，结合确定的
85
kr特征γ射线(e
γ
＝514kev) 的探测效率ε，计算气罐内
85
kr气体体积活度值(记为a
v2
)，该值亦为探测器采样空腔内
85
kr气体体积活度。可以得到，
85
kr标准气体源在混气前后体积活度稀释因子：
[0050][0051]
当
85
kr标准气体源体积活度值变化情况下，被校仪器内的
85
kr气体体积活度值可通过如下公式计算：
[0052]
qi＝a
vi
·d[0053]
式中：qi为第i个体积活度测量点下被校仪器内的
85
kr气体体积活度，单位：bq
·
m-3
；
[0054]avi
为第i个体积活度测量点下
85
kr标准气体源体积活度，单位：bq
·
m-3
；
[0055]
d为
85
kr标准气体源在混气前后体积活度稀释因子，为无量纲数。
[0056]
根据一种优选的实施方式，采用
85
kr标准气体源对探测器进行体积活度测试。测试方法如下：采用圆柱形直通采样罐，定量获取表3中活度浓度为 5.850
×
108bq
·
m-3
的
85
kr标准气体(该条件下的
85
kr气体取样活度浓度最高，计算得到的体积活度稀释因子更为准确)，并与循环泵、体积为 69.19ml的圆柱形气罐和被测试仪器相连从而形成闭合气体回路。在循环泵的作用下，将
85
kr标准气体与管路中的空气在常压下进行混合。待混合均匀后(15分钟左右)，用高纯锗谱仪对69.19ml圆柱形气罐内的
85
kr气体活度浓度进行测量(在此前，已经用标准
85
kr气体对高纯锗谱仪对特征γ射线的效率e
γ
＝514kev进行了刻度)，此即为被测试仪器内的
85
kr气体活度浓度，该活度浓度值与初始活度浓度5.850
×
108bq
·
m-3
之比为循环过程中，
85
kr标准气体向被测试仪器内的转移比例。当用表3中活度浓度较低的
85
kr 气体对仪器进行测试时，被测试仪器内的活度浓度为转移比例与
85
kr标准气体活度浓度之乘积。经测量，
85
kr标准气体向被测试仪器内的转移比例为 0.486。
[0057]
表3放射性惰性气体
85
kr取样量信息
[0058][0059][0060]
图6-8为测量
85
kr标准气体源分析得到的形状甄别参数与短门积分电荷 q
short
、长门积分电荷q
long
的关系散点图，依次为qsd-q
long
，q
long-q
short
和 qsd-q
short
。通过数据散点图，可以明显地看到塑料闪烁体β信号(上)与碘化铯γ信号(下)。通过图6，可以简单地以qsd＝-3.5
×
10-3qshort
0.7加以区分。直线以上为塑料闪烁体β信号，以下为碘化铯γ信号。
[0061]
传递探测器内的
85
kr体积活度和体积活度浓度及其非线性测量结果如下表：
[0062]
表7传递标准探测器体积活度浓度响应测量结果
[0063][0064][0065]
优选地，
85
kr活度浓度响应计算公式可以表示如下：
[0066][0067]
其中：ri为第i个
85
kr活度浓度条件下的活度浓度响应，单位s-1
·
bq-1
·
m3；
[0068]
为对应活度浓度条件下的被测试仪器计数率平均值，单位s-1
；
[0069]
nb为被测试仪器的本底计数率，单位s-1
；
[0070]
η为
85
kr活度浓度标准源向被测仪器内的转移率，无量纲；
[0071]avi
为第i个
85
kr标准气体活度浓度值，单位bq
·
m-3
。
[0072]
对i个活度浓度条件下测量的活度浓度响应取平均，为该仪器在表7所列的活度浓度范围内对
85
kr气体的体积活度浓度响应。
[0073]
优选地，
85
kr活度浓度响应非线性计算公式如下：
[0074][0075]
其中：li为第i个
85
kr活度浓度条件下的活度浓度响应与平均值的相对偏差；
[0076]ri
为第i个
85
kr活度浓度条件下的活度浓度响应，单位s-1
·
bq-1
·
m3；
[0077]
r为i个活度浓度响应的平均值，单位s-1
·
bq-1
·
m3；
[0078]
li的绝对值最大者，为探测器在各种活度浓度范围内对
85
kr气体的活度浓度响应
非线性。
[0079]
需要说明的是：该体积活度浓度响应5.870
×
10-5
s-1
·
bq-1
·
m3和非线性 2.2％对应的
85
kr气体体积活度范围在(5.0
×
105～3.0
×
108)bq
·
m-3
。当实验采用体积活度浓度更低的
85
kr气体进行测量时，得到体积活度浓度响应偏离上述值。可能的原因为统计涨落的影响，特别是本底的涨落或其稳定性。
[0080]
根据一种优选的实施方式，本放射性惰性气体活度测量装置还包括探测器。包括：用于与射线发生相互作用并产生信号波形的探测模块1；用于采集探测模块1上的信号波形的信号采集模块2；用于对信号波形进行脉冲形状甄别以处理β-γ符合信号的分析模块3。优选地，探测模块1至少包括第一闪烁体11和包覆于第一闪烁体11设置的第二闪烁体12。其中，第一闪烁体11用于测量β射线，第二闪烁体12用于测量γ射线。优选地，第一闪烁体11被配置为能够沉积β射线的全部能量并允许γ射线穿透所述第一闪烁体11到达第二闪烁体12，以使得所述探测模块1能够基于第一闪烁体 11的短发光衰减时间以及第二闪烁体12的长发光衰减时间实现β、γ射线的独立测量以及β-γ符合测量。优选地，第一闪烁体11可采用塑料闪烁体，第二闪烁体12可采用碘化铯(csi)晶体。
[0081]
根据一种优选实施方式，第一闪烁体11和第二闪烁体12的发光衰减时间有较大差异，其中，长发光衰减时间适合探测γ射线，短发光衰减时间适合探测β射线。为了增大β探测效率以及实现不同β探测效率接近这一目标，本技术采用具有近4π覆盖角的圆柱形塑料闪烁体用于β射线的测量，圆柱形采样空腔外包裹等厚度的碘化铯闪烁体。用于测量β射线的第一闪烁体可以采用ej-200快速塑料闪烁体，发光衰减时间为2.1ns。第二闪烁体采用含铊激发的csi(ti)，发光衰减时间约为1300ns。
[0082]
根据一种优选的实施方式，第一闪烁体11和第二闪烁体12的发光衰减时间有较大差异，其中，长发光衰减时间适合探测γ射线，短发光衰减时间适合探测β射线。
[0083]
根据一种优选的实施方式，如图1所示。探测模块1的中央处设置有一允许容纳预设体积的气体的采样空腔13，优选地，该采样空腔13是由第一闪烁体11包围形成的，进一步优选地，第二闪烁体12被按照均匀厚度的方式沿第一闪烁体11中非接触采样空腔13的一侧敷设，以使得第一闪烁体11能够被第二闪烁体12包覆在内。
[0084]
根据一种优选的实施方式，当放射性惰性气体进入采样空腔13中时，其由于衰变所释放出的具有电离能力的射线(本实施例中包括x、β、γ射线)能够使闪烁体激发，由闪烁体退激产生的光子能够引起光电效应，从而转换为电信号。
[0085]
优选地，利用光电倍增管从探测模块1的两端同时读出γ射线和β射线产生的脉冲信号，通过高速采样adc直接采集光电倍增管的输出信号波形，再利用脉冲形状甄别方法在计算机端离线分析处理第一闪烁体11中的β信号和第二闪烁体12中的γ信号以及二者之间的符合信号，最终计算各种放射性核素的活度。优选地，探测模块1在上述配置方式下可以通过第一闪烁体11实现
85
kr活度的测量，和在多种惰性气体核素混合情况下的总β测量进而得到总活度(前提是每种惰性气体核素在塑料闪烁体内的β活度响应相近)；优选地，探测模块1还可以通过第二闪烁体12测量γ信号并与第一闪烁体11内的β信号作符合，实现
133
xe等衰变纲图中存在β
‑ꢀ
γ衰变时间的惰性气体核素的活度测量。
[0086]
根据一种优选的实施方式，利用geant4对探测模块1的性能进行模拟，优选地，性能模拟包括对探测模块1的几何参数和组分参数的模拟。优选地，该模拟方法包括以下几个
步骤：
[0087]
s1：确定第一闪烁体11的厚度，使其可以达到对e
max
＝687kev的β射线的最大探测效率，同时对81kev的γ射线的探测效率最低。如此，
133
xe、
135
xe、
41
ar等其他核素在塑料闪烁体内的β活度响应与
85
kr相接近，可以通过一种核素的活度响应刻度实现混合核素条件下的惰性气体总活度测量。
[0088]
s2：确定第二闪烁体12的厚度，对81kev的γ射线近100％的探测效率，以及249.8kev的γ射线(135xe)尽可能高的探测效率，从而采用符合法实现对
133
xe等级联衰变核素活度的测量。
[0089]
s3：选取合适的空腔体积，从而达到对四种不同e
max
的β射线最接近的探测效率，同(s2)。
[0090]
根据射线在物质中的衰减规律，γ射线经过厚度为t的碘化铯晶体，其γ的总计数n
t
：
[0091]nt
＝n0exp(-μ
ρ
·
ρ
total
·
t)，其中，
[0092]
优选地，对于81kev的γ射线，其在cs和i中的μi/ρi分别为： 3.72cm2/g,3.4cm2/g；对于31kev的γ射线，其在cs和i中的μi/ρi分别为：8.35cm2/g,7.84cm2/g。优选地，利用该公式可以计算出两种能量的射线通过不同厚度的csi后的射线衰减率曲线，并与通过geant4所模拟出的射线衰减率曲线进行比较。如图3所示，两条曲线的拟合程度较高，根据曲线图可以判定geant4中采用的模型和程序的整体框架符合理论计算的结果，则可以证明采用该模拟方式是正确的。
[0093]
对于s1，优选地，在geant4构建出探测模块1的几何结构，优选地，由于第一闪烁体11的材质特性，对γ射线的探测效率相对较低，因此在构建探测模块1的几何结构时可以忽略第一闪烁体11的影响，即，只构建第二闪烁体12的几何结构。优选地，将第二闪烁体12的材质设置为碘化铯，对于31kev和81kev的γ射线，探测模块1的探测效率分别在碘化铯的厚度为2mm与5mm时达到最大值，对于249.8kev的γ射线，探测效率需要在碘化铯的厚度达到40mm时达到最大值。考虑碘化铯晶体使用的成本以及配套光电倍增管的选择，优选地，将碘化铯的厚度设置为20mm。
[0094]
对于s2，优选地，在测量β射线时，要求第一闪烁体11的厚度能够满足较高的β探测效率，且能够尽可能小地影响γ射线的穿透，同时对xe 同位素衰变发射的31kev低能特征x射线的探测效率应被压制得足够低，因此优选地，第一闪烁体11的材质被配置为塑料闪烁体。在geant4程序中分别按照放射性惰性气体衰变道模拟塑料闪烁体对不同核素发射的β射线的探测情况。优选地，对于β衰变发射的连续β谱，本实施例中采用不考虑库仑修正的fermi模型。如下式所示：
[0095][0096]
由于β空气自吸收效应的存在，气体采样空腔13的体积会影响低能β的探测效率。为了降低采样空腔13的体积过大产生的对低能β的吸收作用，优选地，将采样空腔13设置为直径为10毫米，高为10毫米的圆柱形空腔。优选地，将第一闪烁体11的探测阈值设置为40kev，即第一闪烁体11中沉积的β能量大于40kev时认为β射线可被探测到。图4为四种核素所发射的β射线的探测效率随第一闪烁体11厚度的变化关系。从图4 中可以看出，因
133
xe的
β射线平均能量最低，其探测效率受探测阈值及采样空腔13中空气的影响最大；但在第一闪烁体11厚度达到0.3毫米时，四种核素所发射的β射线的探测效率均达到饱和值。因此优选地，第一闪烁体11被按照探测效率最大化的方式使其厚度配置为至少大于0.3毫米，优选地，在此种配置方式下，探测模块1对表中不同能量的β射线的探测效率差异处于极小的范围之内。
[0097]
对于s3，优选地，如图2所示，采样空腔13被构造为直径与其轴向长度相等的圆柱形腔，当采样空腔13的直径小于40毫米时，探测模块1的β探测效率随着采样空腔13的体积增大而缓慢降低；当采样空腔13的直径大于40毫米时，探测模块1对
133
xe的β探测效率随着采样空腔13的体积增大而快速下降。为了使探测模块1有足够的β探测效率，优选地，采样空腔13的直径被配置为50毫米，以使得处于采样空腔13中的空气对β射线的吸收被控制在较低的范围之内，同时能够保证足够的气体采样空间。
[0098]
根据一种优选的实施方式，按照上述模拟方法所得的结果，将探测模块 1中第一闪烁体11的厚度设置为1毫米，第二闪烁体12的厚度被配置为 20毫米。优选地，采样空腔13的直径被设置为50毫米，轴向长度被设置为39毫米。以使得探测模块1能够平衡各方面的探测需要，在保证探测效率的基础上达到较好的探测效果。优选地，第一闪烁体11和第二闪烁体12 的侧壁上各开设有一对通孔，优选地，两个闪烁体上的通孔按照能够允许采样气体流入/流出探测模块1采样空腔13的方式相对齐。
[0099]
根据一种优选的实施方式，探测模块1的两端各设置有一个光电倍增管，其设置有能够接收闪烁体退激光子的光阴极板，优选地，退激光子从光阴极板上激发出的光电子通过若干个打拿级后实现倍增输出，以使得探测模块1 探测到的信号能够被放大以便于读取处理。优选地，此处采用了9306kb型光电倍增管并以etc636a型高压分压器件作为光电倍增管的高压源。优选地，两路光电倍增管4能够分别接收位于探测模块1两端的部分闪烁体所产生的光子，在同等条件下，忽略光子传输过程中的差异时，两路光电倍增管 4的输出信号大小相一致。
[0100]
根据一种优选的实施方式，为了提高信号的放大倍数并调节信号的输出阻抗，将输出信号经过耦合电容引入至电流灵敏前置放大器中，优选地，电流灵敏前置放大器的电路图如图5所示。
[0101]
根据一种优选的实施方式，信号采集模块2连接于电流灵敏前置放大器，其能够获取经过电流灵敏前置放大器放大过后的信号，优选地，信号采集模块2能够对信号进行高速采样并对获取到的脉冲信号进行长短门积分计算，从而根据计算结果对信号的产生方式进行甄别，以确定该脉冲信号是由β射线或者γ射线产生的。优选地，进行β、γ射线的甄别具有以下步骤：
[0102]
s21：设定长短门宽度，分别对输入信号进行积分。
[0103]
s22：定义：qsd＝q
short
/q
long
，其中，q
short
为信号短门电荷积分值，q
long
为信号长门电荷积分值。
[0104]
优选地，信号的上升时间和下降时间不同，qsd值就不同，根据qsd值就可以将上升时间不同的信号分开。
[0105]
根据一种优选的实施方式，第一闪烁体11产生的信号的上升时间约为40纳秒，第二闪烁体12产生的信号的上升时间约为200纳秒，二者的信号波形差别较大，因此可以直接
根据qsd值分辨出信号是由第一闪烁体11 还是第二闪烁体12产生的，优选地，根据前述实施例中β、γ射线和闪烁体的作用方式，即，β射线的能量沉积在第一闪烁体11中，γ射线的能量沉积在第二闪烁体12中，因此进一步优选地，可以鉴别当前信号反映的为何种射线。
[0106]
根据一种优选的实施方式，信号采集模块2在完成信号采集以及射线甄别之后，其至少能够得到关于该信号的波形谱、能量谱、psd谱等数据，优选地，信号采集模块2能够将上述数据以ascii码或二进制的形式储存为 dat文件，以便于分析模块3调用该dat文件进行数据分析。
[0107]
根据一种优选的实施方式，分析模块3在进行数据分析之前，需要配置自身参数，其中，参数配置包括以下步骤：
[0108]
s31：符合功能配置，其旨在将两路光电倍增管4产生的能量信号进行符合叠加。对于一个衰变时间产生的粒子，它的能量损失在两路光电倍增管 4中都有输出，因此优选地，该粒子在探测模块1内的能量损失需要将两路光电倍增管4的能量信号叠加，而且这两路能量信号在时间上是几乎同步的。因此，考虑这种情况的事件处理，通过符合分辨时间设置，将两路光电倍增管4中信号的时间差在符合分辨时间内的信号认为是一个时间，在处理时需要将能量相加。
[0109]
s32：死时间功能配置：对于脉冲型辐射探测模块1，都需要考虑在计数率很高的情况下由于电子学处理过程中固有的死时间，因此需要对计数率进行修正。优选地，分析模块3引入了扩展型死时间处理模式，其能够对实测计数率进行修正。
[0110]
s33：形状甄别功能配置：由于塑料闪烁体和碘化铯闪烁体的时间响应不同，脉冲宽度也不同。因此优选地，通过长门积分电荷值和短门积分电荷值计算的形状甄别因子qsd就不同。对应于塑料闪烁体的输出信号，其qsd 值接近于1，这种情况基本对应于能量完全沉积在塑料闪烁体内的β粒子信号或者能量很低的γ光子信号；对应于碘化铯闪烁体的输出信号，其qsd 值远小于1，这种情况基本对应于γ光子信号或穿出塑料闪烁体的高能β粒子信号。当将这些信号采用二维柱状图进行显示时，能够发现两种情况下的时间可以完全分开。优选地，分析模块3通过二维柱状图显示的方式，实现塑料闪烁体(第一闪烁体11)和碘化铯闪烁体(第二闪烁体12)中能量沉积的甄别，进而实现β-γ甄别。β-γ甄别的具体步骤：基于dt5790p 输出文件ascii，编制数据读取和分析文件。测试前先进行dt5790p数据获取系统的参数设置，如下：光电倍增管电压a端630v、b端670v；短门积分时间shortgate：60ns；长门积分时间longgate：1000ns；阈值 threshold:50lbs(1lsb＝0.49mv)；偏置时间gateoffset:20ns。对于每一个采集的数字化信号，通过短门积分电荷和长门积分电荷计算qsd，并绘制 qsd、q
short
和q
long
两两之间的二维柱状图。从图6、图7和图8可以明显看到：都有两条带，上面一条为β，下面一条为γ，两条带之间分别为β穿透时间、β-γ符合时间和康普顿散射时间。
[0111]
一种放射性惰性气体活度测量方法，包括：采用标准气体对惰性气体活度装置进行刻度、利用基于geant4的模拟方法确定探测模块1中的第一闪烁体11和第二闪烁体12的厚度以及确定采样空腔13的集合参数、利用基于长短门计算的信号采集模块2进行β/γ射线的甄别和配置分析模块3的参数。
[0112]
其中对装置进行刻度的方法包括：采用体积活度已知的标准放射性惰性气体源，将测量仪器的进气口和出气口分别连接标准气体和循环泵。采取气体混合的方式，并借助
高纯锗γ谱仪对
85
kr气体的效率刻度结果，实现探测器采样空腔内
85
kr气体活度浓度标准值的确定。
[0113]
85
kr气体的活度浓度确定包括以下步骤：
[0114]
在
85
kr标准气体源取样体积活度为(108～109)bq/m3的条件下(记为 a
v1
)，利用循环泵将气罐内的
85
kr标准气体源与回路其余部分的空气相混合，
[0115]
待混合均匀后，采用高纯锗γ谱仪对气罐内γ射线进行测量，
[0116]
结合γ谱仪对
85
kr特征γ射线的探测效率ε计算气罐内
85
kr气体体积活度值，该值亦为探测器采样空腔内
85
kr气体的体积活度值。
[0117]
其中模拟方法包括：将第一闪烁体11的厚度配置为对高能β射线具有高的探测效率和对低能γ射线具有低的探测效率，基于对γ射线的高探测效率确定第二闪烁体12的厚度，基于空气对射线的自吸收效应将采样空腔 13配置为能够满足高β探测效率的预设形状和尺寸。
[0118]
其中β/γ射线的甄别方法包括以下步骤：设定长短们的宽度，分别对输入信号进行积分，定义：qsd＝q
short
/q
long
，其中，q
short
为信号短门电荷积分值， q
long
为信号长门电荷积分值。
[0119]
分析模块3的参数配置包括以下步骤：通过符合分辨时间的设置，使一个粒子在两路光电倍增管(4)中产生的能量信号的时间差能够位于符合分辨时间内，引入扩展型死时间处理对计数率进行修正，根据qsd值甄别信号来自于β/γ射线。
[0120]
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。