一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀制造技術

本發明專利技術屬于輻射監測技術領域，公開了一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀。該劑量率儀包括探測器系統、信號處理系統和控制電路系統；所述探測器系統包括兩個半球型CZT晶體、前置放大器及電路板；所述控制電路系統包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、便攜式模組電源及電池管理芯片；所述信號處理系統包括雙通道數字多道、信號處理軟件、液晶觸摸屏和計算機。該劑量率儀具有能量分辨率高、探測效率高的有益效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于輻射監測
，具體涉及一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀。
技術介紹
國內外將碲鋅鎘(以下簡稱CZT)晶體用于輻射監測方面的技術比較成熟，目前已經公開了平面型、混合手持型、弗里希柵型以及半球型碲鋅鎘探測器等，其中半球型CZT探測器形狀一般為長方體形，電場為類半球型，因此本領域技術人員一般稱之為半球型CZT探測器。王瑩等2014年公開了《基于半球型碲鋅鎘探測器的多功能劑量率儀適用性研究》這一文獻，并從能量范圍、能量分辨率、環境適應性和角響應等方面闡述了基于半球型CZT探測器作為多功能劑量率儀的適用性，該文獻是利用兩個半球型CZT探測器共陽極合并成一個類球型CZT探測器，但是該文獻公開的探測器仍然存在探測效率和能量分辨率較低的問題。
技術實現思路
(一)專利技術目的根據現有技術所存在的問題，本專利技術提供了一種能量分辨率高、探測效率高的劑量率儀。(二)技術方案為了解決現有技術所存在的問題，本專利技術提供的技術方案如下：一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀，該劑量率儀包括探測器系統、信號處理系統和控制電路系統；所述探測器系統包括兩個半球型CZT晶體、前置放大器及電路板，兩個半球型CZT晶體的形狀、結構和尺寸完全相同，均為長方體形；所述每個半球型CZT晶體面積最大的一個面接正高壓，為陽極，其他5面接地為陰極；該兩個晶體采用左右擺放的方式安裝在電路板上，電路板下方對應每個CZT晶體處都設置有一個前置放大器，X、γ射線在CZT晶體上產生的信號傳輸至前置放大器上；該兩個晶體面積最大的陰極面為左右相鄰面，且該兩個相鄰面緊密貼合；該兩個晶體、電路板及前置放大器位于一個圓筒形外殼內，兩個晶體的正中位置處于圓筒的徑向中心線上且陽極面對著筒壁,該探測器外殼進行了密封處理；所述控制電路系統包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、便攜式模組電源及電池管理芯片，其中高壓電源模塊、低壓電源模塊分別通過線路與前置放大器連接，且線路與圓筒形外殼之間通過航空插件連接以密封處理；高壓電源模塊為兩個半球型CZT晶體提供高壓，低壓電源模塊為前置放大器提供±12V的工作電壓；所述信號處理系統包括雙通道數字多道、信號處理軟件、液晶觸摸屏和計算機，從前置放大器出來的兩路信號線分別進入數字多道，兩路數字多道分別對測量能譜進行處理后相加，相加后的測量能譜通過軟件可在該系統的液晶觸摸屏或計算機上顯示。該信號處理系統能提供完備的數字極零相消、數字濾波成型、峰值判定及提取、能譜生成功能。優選地，所述前置放大器為低噪聲電荷靈敏前置放大器。優選地，所述半球型CZT晶體的尺寸為10mm×10mm×5mm。優選地，所述圓筒形外殼為鋁殼，其中鋁殼厚度為1mm，兩個晶體的正中位置處于圓筒的中心且陽極面對著筒壁。優選地，所述便攜式模組電源為鋰電池組，外出攜帶時使用，電池管理芯片控制電池電量使用情況。優選地，所述兩個半球型CZT晶體的外周包裹著一層黑色的環氧樹脂包裹。優選地，所述高壓電源模塊為前置放大器提供的高壓為0～1500V。(三)有益效果本專利技術提供的劑量率儀，該探測器包括兩個半球型CZT晶體、雙前置放大器和雙通道數字多道，與現有的兩個半球型CZT晶體采用共陽極組合且電場為類球型不同，本專利技術采用陰極面為相鄰面即“共陰極”的方式放置，組合的電場非球型，從兩路CZT晶體輸出的信號分別接入兩路前置放大器，再分別進入數字多道進行處理后相加。采用這樣的CZT晶體組合方式和信號處理方式能夠提高對X/γ射線探測效率和能量分辨率。試驗證明對Am-241(59.5keV)的探測效率提高了約13倍，對不同放射源的能量分辨率改善了約40％，具體如表1所示。表1不同能量射線的能量分辨率共陽極條件下的能量分辨率共陰極條件下的能量分辨率Am-24110.3％7.57％Cs-1374.18％2.96％Co-603.55％2.71％附圖說明圖1是本申請提供的劑量率儀中兩個半球型CZT晶體擺放方式示意圖；其中1是半球型CZT晶體的陽極面，2是半球型CZT晶體；圖2是共陽極和共陰極條件下用MCNP方法模擬距離劑量率儀10cm處，能量范圍為10keV-2MeV的單能點放射源探測效率模擬結果示意圖；具體實施方式下面將結合說明書附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步闡述。實施例一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀，該劑量率儀包括探測器系統、信號處理系統和控制電路系統；所述探測器系統包括兩個半球型CZT晶體2、前置放大器及電路板，兩個半球型CZT晶體的形狀、結構和尺寸完全相同，均為10mm×10mm×5mm的長方體形；所述每個半球型CZT晶體面積最大的一個面接正高壓為陽極，其他5面接地為陰極；該兩個晶體采用左右擺放的方式安裝在電路板上，電路板下方對應每個CZT晶體處都設置有一個前置放大器，X、γ射線在CZT晶體上產生的信號傳輸至前置放大器上；該兩個晶體面積最大的陰極面為左右相鄰面，且該兩個相鄰面緊密貼合；該兩個晶體、電路板及前置放大器位于一個圓筒形鋁殼內，其中鋁殼厚度為1mm，兩個晶體的正中位置處于圓筒的徑向中心線上且陽極面對著筒壁。所述前置放大器為低噪聲電荷靈敏前置放大器。所述圓筒形外殼為鋁殼，所述控制電路系統包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、便攜式模組電源及電池管理芯片，其中高壓電源模塊、低壓電源模塊分別通過線路與前置放大器連接，且該線路與圓筒形外殼之間密封處理；高壓電源模塊為兩個半球型CZT晶體提供0～1500V高壓，低壓電源模塊為前置放大器提供±12V的工作電壓；所述信號處理系統包括雙通道數字多道、信號處理軟件、液晶觸摸屏和計算機，從前置放大器出來的兩路信號線分別進入數字多道，兩路數字多道分別對測量能譜進行處理后相加，相加后的測量能譜通過軟件可在該系統的液晶觸摸屏或計算機上顯示。該信號處理系統能提供完備的數字極零相消、數字濾波成型、峰值判定及提取、能譜生成功能。所述便攜式模組電源為鋰電池組，外出攜帶時使用，電池管理芯片控制電池電量使用情況。所述兩個半球型CZT晶體的外周包裹著一層黑色的環氧樹脂包裹。將能量范圍為10keV-2MeV的單能點源位于探測器上方，距離探測器中心10cm。在其他條件均一致的情況下分別對“共陰極”和“共陽極”的探測器幾何進行MCNP仿真，得到的源峰探測效率如圖2所示。從圖2可看出，雙半球型CZT晶體“共陰極”相對于“共陽極”在低能量區其探測效率顯著提高。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀，其特征在于，該劑量率儀包括探測器系統、信號處理系統和控制電路系統；所述探測器系統包括兩個半球型CZT晶體、前置放大器及電路板，兩個半球型CZT晶體的形狀、結構和尺寸完全相同，均為長方體形；所述每個半球型CZT晶體面積最大的一個面接正高壓，為陽極，其他5面接地為陰極；該兩個晶體采用左右擺放的方式安裝在電路板上，電路板下方對應每個CZT晶體處都設置有一個前置放大器，X、γ射線在半球型CZT晶體上產生的信號傳輸至前置放大器上；該兩個晶體面積最大的陰極面為左右相鄰面，且該兩個相鄰面緊密貼合；該兩個晶體、電路板及前置放大器位于一個圓筒形外殼內，兩個晶體的正中位置處于圓筒的徑向中心線上且陽極面對著筒壁；所述控制電路系統包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、便攜式模組電源及電池管理芯片，其中高壓電源模塊、低壓電源模塊分別通過線路與前置放大器連接，且線路與圓筒形外殼之間密封處理；高壓電源模塊為兩個半球型CZT晶體提供高壓，低壓電源模塊為前置放大器提供±12V的工作電壓；所述信號處理系統包括雙通道數字多道、信號處理軟件、液晶觸摸屏和計算機，從前置放大器出來的兩路信號線分別進入數字多道，兩路數字多道分別對測量能譜進行處理后相加，相加后的測量能譜通過軟件可在該系統的液晶觸摸屏或計算機上顯示。...

【技術特征摘要】
1.一種基于雙半球碲鋅鎘探測器及雙前置放大器的劑量率儀，其特征在于，該劑量率儀包括探測器系統、信號處理系統和控制電路系統；所述探測器系統包括兩個半球型CZT晶體、前置放大器及電路板，兩個半球型CZT晶體的形狀、結構和尺寸完全相同，均為長方體形；所述每個半球型CZT晶體面積最大的一個面接正高壓，為陽極，其他5面接地為陰極；該兩個晶體采用左右擺放的方式安裝在電路板上，電路板下方對應每個CZT晶體處都設置有一個前置放大器，X、γ射線在半球型CZT晶體上產生的信號傳輸至前置放大器上；該兩個晶體面積最大的陰極面為左右相鄰面，且該兩個相鄰面緊密貼合；該兩個晶體、電路板及前置放大器位于一個圓筒形外殼內，兩個晶體的正中位置處于圓筒的徑向中心線上且陽極面對著筒壁；所述控制電路系統包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、便攜式模組電源及電池管理芯片，其中高壓電源模塊、低壓電源模塊分別通過線路與前置放大器連接，且線路與圓筒形外殼之間密封處理；高壓電源模塊為兩個半球型CZT晶體提供高壓，低壓電源模塊為前置放大器提供±12V的工作電壓；所述信號處理系統包括雙通道數字多道、信號處理軟件、液晶觸摸屏...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑩，陳凌，駱志平，黃金峰，熊文俊，龐洪超，劉陽，
申請(專利權)人：中國原子能科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11