[发明专利]一种盖革-米勒计数管剂量率量程扩展的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及核辐射检测技术领域，具体是一种盖革-米勒计数管剂量率量程扩展的方法及装置。

背景技术

盖革-弥勒计数管简称GM计数管，因其灵敏度高、脉冲幅度大、稳定性好、能够适应许多恶劣环境，而且使用方便、价格低廉而被广泛用来检测电离辐射，在反应堆辐射监测、工作人员剂量监测、环境辐射监测等应用十分广泛。目前国内外军用和民用核辐射监测仪大量使用GM计数管作为探测器，如美国AN/VDR系列辐射仪、奥地利SSM-1多用辐射仪、芬兰RDS系列核辐射监测仪、我国的FFS06型辐射仪和PDM系列个人剂量仪等。

但GM计数管的死时间较长，输出脉冲较宽，在传统的测量单位时间内GM计数管输出脉冲计数率的工作方式下，如果在死时间内又有新的射线或粒子产生雪崩电离，将因输出脉冲幅度较小而被漏计；随着辐射场增强，漏计的射线或粒子所占比例越来越大，因此导致其量程较窄，线性较差。尤其是在辐射场进一步增强时，GM计数管输出计数率不但没有增加，反而减小，发生逆转现象。

目前多采用计数管死时间模型校正、函数拟合等数学方法扩展剂量率量程。死时间模型校正方法必须事先已知或测量GM计数管死时间，而且一般假设GM计数死时间不随辐射场强度、温度、工作电压等外界条件变化，但实际上死时间会受以上条件影响而发生变化，而且多数死时间模型无法求出输出计数率关于辐射场强度的解析函数关系，只能求解数值解，这在以微处理器为平台的仪器上实现起来是非常困难的。函数拟合方法需要进行大量的实验观测和数据统计工作，而且在输出计数率随辐射场强度变化缓慢的区域，函数拟合方法会产生的误差较大。

由于以上方法并未改变GM计数管的工作方式，其死时间影响仍然存在，而且在辐射场较强时，GM计数管工作电压较大，会影响计数管的使用寿命。因此，这些方法用于GM计数管量程扩展具有先天的局限性。

发明内容

本发明提供一种盖革-米勒计数管剂量率量程扩展的方法及装置，使GM计数管在工作和休眠两种状态中切换，避开GM计数管死时间对剂量率测量的影响，能够解决GM计数管量程较窄和线性较差的问题，极大地扩展GM计数管剂量率量程，改善线性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种盖革-米勒计数管剂量率量程扩展装置，包括GM计数管、第一电子开关、第二电子开关、负载电阻、可变电阻器、隔直电容、时间测量与控制单元，第一电子开关和第二电子开关串联连接，第一电子开关和第二电子开关的连接点通过负载电阻与GM计数管的阳极连接，第一电子开关的另一端与正高压V1连接，第二电子开关的另一端接地；GM计数管的阴极通过可变电阻器接入负高压-V2，可变电阻器的调节端通过隔直电容与时间测量与控制单元的输入端连接，时间测量与控制单元的输出端与第一电子开关和第二电子开关的控制端连接。

一种利用上述装置进行剂量率量程扩展的方法，包括如下步骤：

步骤一、开始测量前，时间测量和控制单元控制第一电子开关断开而第二电子开关接通，GM计数管阳极接地，GM计数管两端电压低于起始电压，无法产生雪崩电离；

步骤二、待所有部件准备就绪后，时间测量和控制单元控制第二电子开关断开而第一电子开关接通，GM计数管阳极与正高压V1接通，GM计数管两端电压达到工作电压从而转入正常工作状态，时间测量和控制单元开始计时；

步骤三、一段时间后，射线或粒子在GM计数管内产生雪崩电离后将输出电压脉冲信号，此信号触发时间测量和控制单元停止计时，并控制第一电子开关断开而第二电子开关接通，GM计数管阳极接地，GM计数管两端电压降至起始电压以下从而转入休眠状态；；

步骤四、休眠状态保持约1～2ms后，重复步骤一之后的步骤；

步骤五、设单位时间内步骤二～步骤四中第一电子开关单次接通持续的平均时间为T，则剂量率D＝1/(S·T)，其中S为GM计数管的灵敏度。

本发明通过向GM计数管的阳极和阴极分别提供正高压和负高压，其中某一极的高压可在外部信号控制和驱动作用下快速通断，使GM计数管在工作和休眠两种状态之间切换，避开计数管死时间对测量的影响，通过测量计数管的有效工作时间得到剂量率，可有效扩展剂量率量程，改善线性，延长计数管的使用寿命。

附图说明

图1是本发明盖革-米勒计数管剂量率量程扩展的方法的原理框图；

图中：K1-第一电子开关，K2-第二电子开关，R1-负载电阻，R2-可变电阻器，C-隔直电容，M-时间测量与控制单元，V1-正高压，-V2-负高压。