[发明专利]一种α/β射线流气式正比计数器高压工作点快速测定方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，具体涉及到一种用于反符合甄别流气式正比计数器高压工作点的快速测定方法，可以解决同时测量α、β放射性沾染时追求探测稳定性与准确性之间矛盾的问题。

背景技术

随着核能和核技术的快速发展，核辐射危害与防护成为人们日益关注的焦点。流气式正比计数器技术成熟，广泛应用于涉核场所α、β放射性沾染测量。

流气式正比计数器主要由上阴极、阳极丝、下阴极组成(如图1所示)。下阴极为探测α、β射线的2π立体角透射面。腔体内部充有P-10工作气体，成分为90％Ar+10％CH₄。α射线与β射线在工作气体中电离本领不同，产生数目不等的离子对，经放大后在输出端形成幅度不等的脉冲。通常情况下，一次α或β辐射事件输出一个脉冲；由于α射线电离本领大于β射线，故相同工作状态下，α射线在输出端形成的脉冲幅度大于β射线。

某些情况下，在正比计数器的主脉冲后还可能产生一些跟随脉冲。这些跟随脉冲与入射辐射无关，而是由离子对初级雪崩中某些效应引起的次级过程产生的，导致本该记录一个脉冲的情况下多次计数，是计数器计数不稳的重要原因。产生虚假跟随脉冲的几率随工作电压的增高而变大。在“电压—计数率”曲线上，计数率随气体工作电压的升高变化不大时，呈现坪区；当电压升高到能够记录这些跟随脉冲时，所对应的电压值即为计数坪的终点(如图2所示)。

对于α与β放射源共存的情况，计数率曲线呈现两个坪(如图3所示)。由于α粒子电离本领强，随工作电压的升高，α坪首先起坪，故在第一个坪上的工作点只能记录α粒子；第二个坪上的工作点既能记录α粒子，又能记录β粒子。为达到α与β射线同时探测的目的，《GB/T20131-2006α/β流气式正比计数器的标定和使用》提供了探测器高压调解法、脉冲高度甄别法、上升时间甄别法等三种常用的α/β甄别方法。本案采用脉冲高度甄别法，将高压工作点设置在V₃～V₄之间，即β坪上(如图3所示)，并通过后续的“反符合电路”根据α粒子与β粒子所成脉冲幅度的不同加以甄别。

核电子学信号采集系统接收来自计数管微弱的α、β脉冲信号，经过放大、甄别、成形、反符合，送给数据采集卡(如图4所示)。

经主放大器后，α粒子输出脉冲幅度高于β粒子，设计两个甄别器加以区分：α甄别器下阈应设置为刚好高于任何β事件预计引起的脉冲高度，但低于最低α能量预计引起的脉冲高度。β甄别器上阈则应设置为与α甄别器下阈的电压值相同。β甄别器下阈应设置为正好高于电子学噪声电压。

当α脉冲到来时，触发α甄别阈，在α输出端得到有效信号。但由于α甄别阈远高于β甄别阈，α信号在触发α甄别阈的同时一定也会触发β阈，造成β道计数。所以，应采用“反符合”技术剔除β甄别器输出信号中的α成分。α脉冲先触发β甄别阈形成脉冲V_(α+β),之后触发α甄别阈形成脉冲V_(α)。为保证反符合道信号在时间上能完全覆盖符合道信号，用V_(α+β)下降沿触发单稳态电路形成2μs脉冲作为符合道输入，V_(α)上升沿触发单稳态电路形成30μs脉冲作为反符合道输入(如图5所示)。这样β道无输出。

当β脉冲到来时，只能触发β甄别阈，形成V_(α+β)脉冲给符合道，而反符合道无输入，这时仅β道有信号输出。

高压工作点设置在V₃～V₄之间。对β源的响应，β道计数随工作电压的升高先增加后减少，并不是一个的典型β坪(典型β坪如图3所示)。原因是正比计数器的放大倍数M随工作电压的升高而增加，经主放大器后，β脉冲幅度便会超过α甄别阈，受甄别—反符合电路的作用，形成对α道的计数贡献。在β道计数减少的同时，α道计数增加，但实际上均为β粒子的贡献。这也是图中实线表示的α道与β道计数之和会出现坪区的原因(如图6所示)。在这一工作区间，对α源的响应依然会保持坪区，但对β源的响应会随高压升高，β信号会向α道发生串道，使α道计数增加；而本身β道计数减少。为了确保计数准确，尤其是对β射线，高压工作点应设置在坪头附近。但这会在计数“稳定性”与“准确性”之间出现一对矛盾：随高压升高，计数稳定性变好，但串道比变大使计数准确性变差；随高压降低，串道比变小使计数准确性变好，但计数稳定性变差(如图7所示)。