一種α/β射線流氣式正比計數(shù)器高壓工作點快速測定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于核輻射探測領域，具體涉及到一種用于反符合甄別流氣式正比計數(shù)器 高壓工作點的快速測定方法，可以解決同時測量α、β放射性沾染時追求探測穩(wěn)定性與準 確性之間矛盾的問題。
【背景技術】
[0002] 隨著核能和核技術的快速發(fā)展，核輻射危害與防護成為人們?nèi)找骊P注的焦點。流 氣式正比計數(shù)器技術成熟，廣泛應用于涉核場所α、β放射性沾染測量。
[0003] 流氣式正比計數(shù)器主要由上陰極、陽極絲、下陰極組成（如圖1所示）。下陰極為 探測〇、0射線的2 31立體角透射面。腔體內(nèi)部充有？-1〇工作氣體，成分為9〇%401〇% CH4。α射線與β射線在工作氣體中電離本領不同，產(chǎn)生數(shù)目不等的離子對，經(jīng)放大后在輸 出端形成幅度不等的脈沖。通常情況下，一次α或β輻射事件輸出一個脈沖；由于α射 線電離本領大于β射線，故相同工作狀態(tài)下，α射線在輸出端形成的脈沖幅度大于β射 線。
[0004] 某些情況下，在正比計數(shù)器的主脈沖后還可能產(chǎn)生一些跟隨脈沖。這些跟隨脈沖 與入射輻射無關，而是由離子對初級雪崩中某些效應引起的次級過程產(chǎn)生的，導致本該記 錄一個脈沖的情況下多次計數(shù)，是計數(shù)器計數(shù)不穩(wěn)的重要原因。產(chǎn)生虛假跟隨脈沖的幾率 隨工作電壓的增高而變大。在"電壓一計數(shù)率"曲線上，計數(shù)率隨氣體工作電壓的升高變化 不大時，呈現(xiàn)坪區(qū)；當電壓升高到能夠記錄這些跟隨脈沖時，所對應的電壓值即為計數(shù)坪的 終點（如圖2所示）。
[0005] 對于α與β放射源共存的情況，計數(shù)率曲線呈現(xiàn)兩個坪（如圖3所示）。由于 α粒子電離本領強，隨工作電壓的升高，α坪首先起坪，故在第一個坪上的工作點只能記 錄α粒子；第二個坪上的工作點既能記錄α粒子，又能記錄β粒子。為達到α與β射 線同時探測的目的，《GB/T 20131-2006α/β流氣式正比計數(shù)器的標定和使用》提供了探測 器高壓調(diào)解法、脈沖高度甄別法、上升時間甄別法等三種常用的α/β甄別方法。本案采用 脈沖高度甄別法，將高壓工作點設置在^~￥4之間，即β坪上（如圖3所示），并通過后 續(xù)的"反符合電路"根據(jù)α粒子與β粒子所成脈沖幅度的不同加以甄別。
[0006] 核電子學信號采集系統(tǒng)接收來自計數(shù)管微弱的α、β脈沖信號，經(jīng)過放大、甄別、 成形、反符合，送給數(shù)據(jù)采集卡（如圖4所示）。
[0007] 經(jīng)主放大器后，α粒子輸出脈沖幅度高于β粒子，設計兩個甄別器加以區(qū)分：α 甄別器下閾應設置為剛好高于任何β事件預計引起的脈沖高度，但低于最低α能量預計 引起的脈沖高度。β甄別器上閾則應設置為與α甄別器下閾的電壓值相同。β甄別器下 閾應設置為正好高于電子學噪聲電壓。
[0008] 當α脈沖到來時，觸發(fā)α甄別閾，在α輸出端得到有效信號。但由于α甄別閾 遠高于β甄別閾，α信號在觸發(fā)α甄別閾的同時一定也會觸發(fā)β閾，造成β道計數(shù)。所 以，應采用"反符合"技術剔除β甄別器輸出信號中的α成分。α脈沖先觸發(fā)β甄別閾 形成脈沖'α+{!)，之后觸發(fā)α甄別閾形成脈沖'α)。為保證反符合道信號在時間上能完全 覆蓋符合道信號，用'α + {!)下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路形成2 μ s脈沖作為符合道輸入，V ^上 升沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路形成30 μ s脈沖作為反符合道輸入（如圖5所示）。這樣β道無輸 出。
[0009] 當β脈沖到來時，只能觸發(fā)β甄別閾，形成V(a + {!)脈沖給符合道，而反符合道無 輸入，這時僅β道有信號輸出。
[0010] 高壓工作點設置在ν3~ν4之間。對β源的響應，β道計數(shù)隨工作電壓的升高先 增加后減少，并不是一個的典型β坪（典型β坪如圖3所示）。原因是正比計數(shù)器的放 大倍數(shù)Μ隨工作電壓的升高而增加，經(jīng)主放大器后，β脈沖幅度便會超過α甄別閾，受甄 別一反符合電路的作用，形成對α道的計數(shù)貢獻。在β道計數(shù)減少的同時，α道計數(shù)增 加，但實際上均為β粒子的貢獻。這也是圖中實線表示的α道與β道計數(shù)之和會出現(xiàn)坪 區(qū)的原因（如圖6所示）。在這一工作區(qū)間，對α源的響應依然會保持坪區(qū)，但對β源的 響應會隨高壓升高，β信號會向α道發(fā)生串道，使α道計數(shù)增加；而本身β道計數(shù)減少。 為了確保計數(shù)準確，尤其是對β射線，高壓工作點應設置在坪頭附近。但這會在計數(shù)"穩(wěn)定 性"與"準確性"之間出現(xiàn)一對矛盾：隨高壓升高，計數(shù)穩(wěn)定性變好，但串道比變大使計數(shù)準 確性變差；隨高壓降低，串道比變小使計數(shù)準確性變好，但計數(shù)穩(wěn)定性變差（如圖7所示）。
[0011] GB/T20131-2006規(guī)定，采用脈沖高度甄別原理的正比計數(shù)管，β進入α道的交叉 干擾，即串道比應在3%以內(nèi)；另外，GB/T 11682-2008規(guī)定，III級低本底α/β測量儀，β 射線對α道的串道比應小于1.0%。
[0012] 對測量典型單種放射源來說，流氣式正比計數(shù)器的高壓工作點通常設置在坪區(qū)的 1/2~1/3處某一點，目的是遠離坪頭以避免高壓晃動使得計數(shù)不穩(wěn)，同時遠離坪尾以避免 虛假跟隨脈沖產(chǎn)生亂真計數(shù)，在克服工作高壓對放射性計數(shù)的影響，增強流氣式正比計數(shù) 器的工作穩(wěn)定性的同時，提高抗干擾能力，提高測試精度。但是在采用反符合甄別技術同時 測量α、β時，仍將高壓工作點設置在坪區(qū)的1/2~1/3處，則測量的串道比或計數(shù)穩(wěn)定性 可能不滿足相關標準的國標要求。為有效減少測試人員在放射源周圍的暴露時間，需要研 究一種流氣式正比計數(shù)器高壓工作點的快速測定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對基于反符合技術使用一對上下甄別閾值同時探測α與β射線的流氣式正比 計數(shù)器，本發(fā)明提出了一種以（α + β )總計數(shù)坪曲線為依據(jù)，綜合考慮計數(shù)穩(wěn)定性（變異系 數(shù)）和準確性（串道比）兩方面因素的流氣式正比計數(shù)器高壓工作點的快速測定方法，所 測定高壓工作點可以滿足國標中對準確性和計數(shù)穩(wěn)定性的要求。
[0014] 現(xiàn)將本發(fā)明構(gòu)思及技術方案敘述如下：
[0015] 步驟1 :測量流氣式正比計數(shù)器對β放射源的計數(shù)率響應，得到α道凈計數(shù)率、 β道凈計數(shù)率，和α道與β道總凈計數(shù)率α + β，以α + β建立坪曲線；
[0016] 步驟2:由α+β坪曲線判斷探測器工作是否正常，即流氣式正比計數(shù)器坪特性的 物理指標一坪長PL和坪斜Κ是否合格，如合格，則執(zhí)行步驟3,如不合格則重新設計調(diào)試流 氣式正比計數(shù)器，之后執(zhí)行步驟1 ;
[0017] 步驟3 :根據(jù)國標和實際需要設定"準確性"指標一 β射線對α道的串道比ka e， 和"穩(wěn)定性"指標一變異系數(shù)S ;
[0018] 步驟4 :以a + β坪起坪電壓為νω，終止電壓為VH。，取[νω，VJ的中點V M，測量并 計算在VM工作點下的k a p和S ;
[0019] 步驟5 :判斷ka jP S是否滿足要求，如果k a jP S均滿足要求，則執(zhí)行步驟5. 1 ; 如果ka e不滿足要求，S滿足要求，則執(zhí)行步驟5. 2 ;如果k a e滿足要求，S不滿足要求，則 執(zhí)行步驟5. 3 ;如果ka jP S均不滿足要求，則執(zhí)行步驟1 ;
[0020] 步驟5. 1 :VM為測定高壓工作點，輸出V M值；
[0021] 步驟 5. 2 :令 VH= V M，\= V ω，并重復步驟 4、5 ;
[0022] 步驟5. 3 :令\= V M，VH= V ,并重復步驟4、5。
[0023] 具體實施步驟如下：
[0024] 步驟1 :測量建立流氣式正比計數(shù)器對β源的計數(shù)率響應，得到a道凈計數(shù)率、 β道凈計數(shù)率，和a道與β道總凈計數(shù)率（α+β);
[0025] 步驟2:以a道與β道總凈計數(shù)率（α+β)確定坪區(qū)為[VW，VH。]，坪區(qū)的起點對 應為（\。，Νω)，終點為（VH。，NJ (如圖2所示），則坪長PL為：
[0026] PL = VH0-VL0 (1)
[0027] 其中，PL為坪長，\。為坪頭的電壓，Νω為坪頭的計數(shù)率，VH。為坪尾的電壓，N H。為 坪尾的計數(shù)率，每百伏坪斜K為：
[0029] 判斷檢測探測器工作是否正常，即流氣式正比計數(shù)器坪特性的物理指標坪長PL 和坪斜K是否合格，探測器物理合格的判據(jù)是：β坪長不小于150V ;坪斜不大于5 % /100V。 否則，流氣式正比計數(shù)器不正常，應重新設計調(diào)試，并重復上述步驟；
[0030] 步驟3 :滿足探測器合格判據(jù)的前提下，a道和（a + β )的坪特性滿足隨工作電 壓升高的正相關性，β道滿足隨工作電壓升高的負相關性（如圖6所示）。通常情況下，在 (α+β)坪區(qū)，a射線對β道的串道比kea很小，可忽略，故以下只需考查β射線對a道 的串道比ka p與變異系數(shù)S這對變化趨勢相反的參量即可；
[0031 ] 步驟4 :以（a + β )坪起坪電壓為νω，終止電壓為VH。，取[νω，VJ的中點V M，測量 并計算在VM工作點下的k a p和S。
[0032] 準確性指標β射線對a道的串道比ka{!為：
[0034] ka p為β射線對a道的串道比，N a p為β信號在a道的計數(shù)率，N p p為β信 號在β道的計數(shù)率，Να。為β的本底計數(shù)率，Νρ。為β的本底計數(shù)率。
[0035] 穩(wěn)定性指標一變異系數(shù)為一組η次測量值（Xl)的標準差（s)與其算數(shù)平均值(:i) 之比：
[0037] 變異系數(shù)應小于1 %。對于服從高斯分布的觀測，將各次測量值出現(xiàn)的次數(shù)與理論 高斯分布進行比較：數(shù)據(jù)落在1倍方差之間：
的大約有68. 3% ;2倍方 差之間
>的大約有95. 5% ;3倍方差之間
?的大約 有99. 7% ;3倍標準差范圍之外幾乎沒有數(shù)據(jù)。即大部分數(shù)據(jù)應落在±3倍標準差之間。
[0038] 步驟5 :判斷ka ^和S i是否滿足要求，如果k α S i均滿足要求，則執(zhí)行5. 1 ;如 果ka Pi不滿足要求，S ;滿足要求5. 2 ;如果k a Pi滿足要求，S ;不滿足要求，則執(zhí)行5.