[发明专利]一种小型化复合型γ谱仪

权利要求书

1.一种小型化复合型γ谱仪，其特征在于：包括半导体探测单元、杯状的闪烁晶体、光电转换器件及读出电路，其中，

所述半导体探测单元用于伽马能谱测量；

所述杯状的闪烁晶体既可用于在低放射性且只有数分钟到数十分钟的较短测量时间的情况下实现伽马计数测量或相对较低分辨率即FWHM分辨5％～10％的伽马能谱测量，也可作为半导体探测单元的反符合探测器，在杯状的闪烁晶体的空腔内紧凑安装一个所述的半导体探测单元；

所述光电转换器件用于将闪烁晶体输出的光信号转换为电信号；

所述读出电路用于接收半导体探测器和光电转换器件输出的信号，放大后再进行采样与处理；

所述的闪烁晶体，选用易于加工和贮存、自身放射性低、伽马探测效率高的闪烁晶体，其形状加工为杯状，将半导体探测单元放置在杯状闪烁晶体的空腔内；

所述的半导体探测单元与闪烁晶体，二者复合使用，使谱仪具备两种测量模式，可以满足不同测试时长、宽剂量率范围的使用需求；

所述的两种测量模式，包括单独使用闪烁晶体进行伽马探测，或使用半导体探测单元进行伽马探测并由闪烁晶体实现反康普顿功能；

所述半导体探测单元用于在1μSv/h以上较高放射性、或低于1μSv/h的放射性较低但测量时间较长即达小时量级的情况下实现高分辨即FWHM分辨好于2.5％的伽马能谱测量；

其中半导体探测单元采用室温下就可以达到高能量分辨的小体积碲锌镉(CZT)半导体探测器，它的阳极和阴极信号各通过一个管脚引出，直接接到读出电路，闪烁晶体选用具有自身放射性低、密度高、易于加工优点的BGO晶体，通过光电转换器件将信号引出到读出电路，CZT探测器通过合适高度的支架固定到前端电路板上，使得CZT探测器位于杯状BGO晶体空腔内贴近底部处，以此提高反康普顿的效率，读出电路可分为前端和后端两部分，其中前端电路又包括CZT半导体探测器前端电路和光电转换器件前端电路两部分，CZT探测器和BGO晶体的信号分别由各自的前端电路进行放大，之后再送到公共的后端电路进行数字化和处理；

使用时，如果是在低放射性且短时间测量条件下，可以通过配置命令使谱仪只采集闪烁晶体对应的信号，以光电转换器件的信号幅度过阈作为触发，计算计数率的同时可以根据波形或幅度信息得到闪烁晶体信号的能量测量结果；

在放射性较高或者测量时间较长的条件下，可以使谱仪同时采集半导体探测器和闪烁晶体对应的两路信号，半导体探测器作为主探测器，闪烁晶体作为反康普顿探测器，以半导体探测器的信号幅度过阈作为触发，每次有触发时，判断闪烁晶体对应通道在触发时刻前后一个固定的时间窗内是否有过阈信号：如果有，则表明该事例在半导体探测器和闪烁晶体中都沉积了能量，即入射伽马的能量没有在半导体探测器中完全沉积，要将该事例删除；如果没有过阈信号，则保留该事例，由后端电子学对这些保留事例中半导体探测器对应的信号幅度进行统计，就可得到反康普顿后的伽马能谱；

该小型化复合型γ谱仪包括立方体结构的CZT半导体探测器(1)、杯状BGO闪烁晶体(2)，CZT半导体探测器(1)设置的尺寸为10mm*10mm*10mm，杯状BGO闪烁晶体(2)设置的尺寸为Φ51mm*60mm的圆柱体前端挖一个Φ23mm*30mm的圆柱形空腔；

该小型化复合型γ谱仪兼具了两种不同性能的伽马探测器的优点，使其能在宽剂量率范围内进行探测，可以适应不同条件下的使用需求；在低剂量率且短时间的测量条件下，半导体探测器体积很小，探测效率相对较低，而选用的闪烁晶体体积相对较大，且对伽马射线的探测效率很高，因此可只使用闪烁晶体进行辐射探测，实现伽马计数测量或者能量分辨率相对较低的伽马能谱测量；在较高剂量率或测量时间较长的条件下，可以用半导体探测器来实现高分辨的伽马能谱测量，同时还可以利用闪烁晶体作为反康普顿探测器，抑制半导体探测器测得能谱的康普顿事例的计数，提升放射性核素的区分能力；通过该小型化复合型γ谱仪可用于在较大剂量率范围内实时测量γ射线的计数率、能谱，有利于核素种类识别，并且无需制冷，易于设计成小型化、轻量化的便携式探头，能满足多种不同应用现场的辐射测量需求。