[发明专利]一种小型化复合型γ谱仪

说明书

本发明公开了一种小型化复合型γ(伽马)谱仪，具体包括半导体探测单元、闪烁晶体，以及光电转换器件和读出电路。创新点是在杯状的无机闪烁晶体的小尺寸空腔内紧凑安装一个高能量分辨的室温半导体伽马探测器，综合了无机闪烁晶体高探测效率及半导体探测器高能量分辨的优势，使谱仪兼具低本底伽马计数和高分辨反康普顿伽马能谱测量的功能，可以较好满足不同条件下的使用需求。本发明的技术方案能够实现宽剂量率范围的伽马辐射探测，无需制冷，易于设计成小型化、轻量化的便携式探头，可在部分应用领域替代传统的具有反康普顿功能的高纯锗探测器，在环境辐射监测、放射性核素识别等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，具体涉及一种小型化复合型γ谱仪。

背景技术

目前国内关于复合型γ谱仪的研究主要有：南京核安核能科技有限公司的邱远法的《一种宽能反康普顿反宇宙射线高纯锗谱仪》(专利号：CN208110056U)、卡迪诺科技(北京)有限公司的常军林的《反符合超低本底HPGeγ谱仪》(专利号：CN108287362A)、成都理工大学与西北核技术研究所的曾国强等人的《一种高效紧凑反康普顿谱仪的初步研制》(NUCLEAR TECHNIQUES)、中国科学院近代物理研究所的雷祥国等人的《轴对称型BGO反康屏蔽探测器研制》(Nuclear ElectronicsDetection Technology)等，其中以高纯锗探测器作为核心探测器所设计的反康普顿谱仪可以实现很高的能量分辨，便于实现核素识别等功能，但是由于其体积、重量较大，高纯锗还必须在低温环境下才能使用，使用过程中需要搭配制冷设备，很难用于现场实地测量，一般只能用于时效性较差、分析成本较高的“现场取样-实验室分析”的检测方法；而目前已经提出的小型化便携式的复合型γ谱仪专利中，如中国辐射防护研究院的陈立等人的《一种叠层闪烁型反康普顿γ谱仪》(专利号：CN108535766A)、四川省核工业地质调查院的钟红梅等人的《一种便携式反康普顿探测仪》(专利号：CN206990810U)、清华大学的曾志等人的《一种复合型闪烁体γ谱仪》(专利号：CN106547017A)、成都理工大学的喻杰的《海水原位γ能谱快速检测方法的初步研究》(成都理工大学硕士学位论文)等，全部都是采用两种闪烁体进行复合，例如NaI晶体加塑料闪烁体、LaBr₃:Ce晶体加NaI晶体等，这种方案需要采用多个光电转换器件进行读出，或利用两种晶体衰减时间的不同对信号波形进行甄别，增加了谱仪读出电子学的复杂度，而且闪烁晶体的能量分辨率相对较差，为放射性核素识别带来了一定困难。为了更加便携和适应一般现场测试需求，我们结合半导体探测器和闪烁晶体两种探测单元提出了一种小型化复合型γ谱仪的设计方案。

近年来半导体型的伽马探测器发展迅速，有一些种类(如碲锌镉、碲化镉等)在室温下就具有很好的能量分辨，同时因为无需制冷，读出电子学简单，易于实现谱仪的小型化设计。但受限于工艺、成本等问题，室温半导体探测器的体积很难做得很大，这使得其探测效率往往较低，在低放射性条件下计数率过低。

闪烁晶体目前发展已经非常成熟，易于加工成较大的尺寸，因此具有高探测效率，使其在低放射性且测量时间较短的条件下也具有很好的测量效果，恰好能弥补一般的室温半导体探测器探测效率的不足。

对于高能γ射线，室温半导体探测器由于体积较小(往往在立方厘米量级)，所测得的能谱的康普顿坪很高。对于有多种放射性核素的场合，高能γ射线的康普顿事例会对低能γ射线的全能峰事例造成干扰，给核素识别带来很大困难。因此在利用半导体探测器进行伽马探测时，如果利用闪烁晶体进行反符合来抑制康普顿事例的计数，可以极大减少高能区伽马射线的康普顿事例对低能区伽马事例的干扰，提升谱仪的放射性核素鉴别能力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术领域中的问题，提出一种小型化复合型γ谱仪的设计方案，该谱仪便于携带，可以实时的对环境中宽剂量率范围的伽马辐射进行测量。

本发明采用的技术方案为：一种小型化复合型γ谱仪，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；