大面积塑料闪烁探测器剂量线性测量及修正
采用塑料光纤传输实现γ辐射远距离测量
２ ０ １ ３年 ８月
武 汉 理工大学学报 （ 信息 与管理工程版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＷＵ Ｔ （ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ ＆ ＭＡ Ｎ Ａ Ｇ Ｅ ＭＥ Ｎ Ｔ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ）
Ｖ０ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ４
摘
要： 研究 了一种采用闪烁探测器探测 射 线 、 塑料光 纤传输 闪烁光进 行 辐射 远距离 测量 的方 法。
由于单个 ＾ ｙ 光子在闪烁体 中发 出的闪烁光子数 量十分有 限 ， 通过增 大 闪烁 体 的尺寸提高 射 线激 发光子 的 产额 ， 采用大芯径 的塑料光纤和光子 收集过渡转接头提 高光导对 闪烁光 的传输 效率 ， 再利用 方法存在易受 到周 围恶 劣 电磁 兼容 、 辐射 、 温 湿度 等环境 影 响 的
局 限性 。
直接采用光信号传输 ， 在离开恶劣环境区域
后再进 行 电子学 处理 可 回避上 述 问题 。一种方 法
率 高 的特点 ， 尝试 开发 了一 种 不 采 用前 置 放 大 电 路 而利 用 闪烁探 测器 探 测 射 线 ， 用 大芯 径 塑 料 光纤 做 光导 ， 将 辐射 信 号 以光 信号 传 输 的方 式 实现 远距 离传 输 ， 再 由光 电倍 增 管转 化 为 电信 号
是在 闪烁体 与光 电倍 增管 之 间增加一 段 有机玻 璃 光导 ， 避开 容易受 环境 干扰 的区域 ， 然 后进 行 电子
学处理 。其局限性在于有机玻璃光导不能太 长， 而且有 机玻 璃加 工成 形后 ， 不 能弯 曲 ， 无法 调整 探 头的布置方式 。另一种方法是采用光纤传输 ， 其 可实现 光信 号远距 离 传输 ， 且柔 韧性 好 ， 可 以根 据 现 场条 件任 意布 置传 输路径 。但 光纤 传输 光信 号 的最佳 波段 在 １ ５ ５ ０ ｎ ｍ 附近 ¨ Ｊ ， 只有 波 长在 该 波
42闪烁探测器
全能峰
射线能量较小时，主要是光电效应贡献；随着 射线能量增大，电子对效应贡献逐步增大。 光电效应：光电子能量 外层电子跃迁到K层，多余的结合能以X射线或俄歇电子形式辐射。因X射线能量很低，光电吸收截面很大，几乎被探测器完全吸收，能量迭加到Ee上，构成全能峰，总能量为 电子对效应：正负电子能量总和为 正电子在探测器内损失能量湮灭生成2个能量为mec2的射线，它们可能1个或2个被探测器光电吸收，也可能发生康普顿效应。若2个射线都被吸收，其能量迭加到Epair上构成全能峰，总能量为 康普顿效应：一次或多次散射的射线被探测器光电吸收，由于各次作用时间间隔比闪烁光的产生和衰减时间小很多它们所产生的闪烁光迭加贡献在全能峰。 全能峰对应的能量精确等于射线能量，所以用全能峰测量射线能量。选用大尺寸高Z探测器将显著增大全能峰减小康普顿连续谱。
逃逸峰
由于次级效应产生的电子、X射线和湮灭光子跑出探测器造成的。 次级电子逃逸：三种效应产生的次级电子在跑出探测器前可能损失掉一部分能量，产生的脉冲是连续分布的，能量从0－E，导致全能峰减少，连续分布增加，并使全能峰不对称。 湮灭光子逃逸：电子对效应中正电子湮灭产生2个光子，若1个光子逃出探测器，谱仪记录的能量比全能峰能量少511KeV，称作 单逃逸峰，相应的能量 若2个光子逃出探测器，则 称作双逃逸峰。 X射线逃逸：光电效应产生的X射线逃出探测器，被记录的光电子能量为 如NaI(Tl)测量137Cs的662KeV的射线能谱。因NaI(Tl)计数器的能量分辨率不够，分辨不开662KeV和(662－28=)634 KeV ，使全能峰不对称，低端下降慢，高端下降陡一些。而气体探测器可清楚分辨入射低能X射线和它的逃逸峰。
六、闪烁体的辐照效应
闪烁体
NaI(Tl)
CsI(Tl)
基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化
基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 本文研究内容与方法 (5)二、GEANT4蒙特卡罗算法概述 (6)三、闪烁体探测器建模 (7)1. 闪烁体探测器工作原理 (8)2. 闪烁体探测器模型构建 (9)3. 模型参数设置与仿真 (10)四、基于GEANT4的闪烁体探测器优化 (11)1. 探测器优化方案设计 (12)2. 优化算法流程 (14)3. 关键参数优化 (14)4. 优化结果分析 (16)五、闪烁体探测器性能评估 (17)1. 性能评估指标 (18)2. 评估方法 (20)3. 性能评估结果 (21)六、实验验证与结果分析 (22)1. 实验设置与数据收集 (23)2. 实验结果分析 (24)3. 实验结果与模拟结果的对比 (25)七、结论与展望 (27)1. 研究成果总结 (27)2. 研究不足之处与展望 (28)一、内容描述介绍闪烁体探测器的基本原理，包括闪烁现象的产生机制及其在探测领域的应用。
针对GEANT4这一蒙特卡罗模拟框架，阐述其在闪烁体探测器建模中的应用方法和优势。
介绍建模过程中需要考虑的关键因素，如闪烁体的几何形状、光电性质以及能量沉积机制等。
详细阐述使用GEANT4蒙特卡罗算法进行闪烁体探测器模拟的流程，包括模型的建立、模拟参数的设置、事件的触发和跟踪以及数据的采集和处理等。
重点在于阐述如何对模型进行精准设计以及对模拟过程进行精确控制，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
探讨基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器性能优化策略，包括几何结构优化、材料选择优化以及信号处理优化等。
通过模拟实验和数据分析，研究不同优化策略对探测器性能的影响，并给出具体的优化建议和实施方法。
通过对模拟结果与实验结果的对比分析，验证基于GEANT4蒙特卡罗算法的闪烁体探测器建模与优化的有效性。
探讨模拟过程中可能存在的误差来源，以及如何减小这些误差以提高模拟结果的准确性。
Thermo 剂量测量仪 说明书
γ剂量测量仪FHT 40 NBR γ剂量测量仪，选用双探测器（碘化钠和塑料闪烁体）设计和NBR 专利技术，具有优良的能量响应和辐射响应性能，可用于甄别人工放射性。
FHZ 672E-10采用双探测器设计，碘化钠和塑料闪烁体，具有高的灵敏度，可以快速甄别人工辐射和天然辐射，精确测量剂量当量。
应用：z 环境监测z 国土安全z 应急响应z核相关领域FH 40 GL-10高性能主机，有多种选择，可以满足不同客户的需求。
数据存储存储的测量值可以在测量主机FH40 GL-10上显示，也可以进一步连接计算机，下载到计算机上。
ADF先进的数字化滤波技术，能自动适应探测器速度和辐射强度的变化。
配置可以连接计算机，进行测量参数的配置。
FH 40GL-10能量范围30keV ~ 4.4MeV测量范围500nSv ~ 100mSv/h灵敏度2s-1/μSv/h重量410g，不包括电池重量电池寿命>250小时（不连接FHZ 672E-10）>30小时（连接FHZ 672E-10）FHZ 672E-10能量范围48keV ~ 6MeV测量范围1nSv/h ~ 100μSv/h灵敏度2000s-1/μSv/h探测限小于天然剂量率典型值的20%重量约4kgNBR，天然本底扣除专利技术，识别人工辐射和天然辐射。
zγ辐射与有机闪烁体作用时，其能量转移主要是康谱顿散射，分辨率差，对能谱细节不灵敏，对天然γ辐射本底形成的脉冲幅度分布谱几乎不变，形成一个特征参考脉冲幅度分布。
z NBR专利技术解决了辐射测量实际工作中的最大难题，即如何识别天然辐射与人工辐射，也就是提高探测灵敏度又降低误报警。
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塑料闪烁体探测器工作原理
塑料闪烁体探测器工作原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣的科技玩意儿——塑料闪烁体探测器。
这听起来可能像个高科技词汇，其实，它的原理并不复杂。
就像你和朋友一起玩捉迷藏，找到他的时候心里那个小激动，塑料闪烁体探测器也是在“找东西”，而且它找的是微小的粒子，像宇宙中的那些小秘密。
接下来，就让我们揭开这个神秘的面纱吧！2. 什么是塑料闪烁体探测器？2.1 塑料闪烁体的基本概念说到塑料闪烁体，简单来说，它就是一种能发光的塑料材料。
当高能粒子通过它时，就像你在黑暗中一不小心摔了一跤，瞬间产生了“闪光”效果。
这里的“高能粒子”可以是宇宙射线，也可以是其他放射性物质。
它们在塑料中快速移动，就像你在游乐场的过山车上，嗖的一下，刺激又兴奋。
2.2 工作原理那么，这个探测器到底是怎么工作的呢？其实很简单。
首先，当高能粒子撞击塑料闪烁体的时候，塑料中的分子就会激发起来，开始发光。
接着，这些光信号会被探测器内部的光电二极管捕捉到。
可以想象成，咱们的塑料就像是一个舞台，粒子就是台上的演员，而光电二极管就是在台下聚精会神观看表演的观众。
哇，真是个热闹的场面！3. 应用领域3.1 科学研究那么，塑料闪烁体探测器在哪些地方可以派上用场呢？首先，它在科学研究中可是大显身手。
科学家们利用它来探测宇宙中的粒子，寻找暗物质和其他神秘的现象。
就像侦探在解谜一样，他们通过这些微小的光信号，逐步拼凑出宇宙的故事。
这种探测器不仅轻便，还能适应各种环境，真是科研工作者的好帮手。
3.2 医疗领域再说说医疗领域，塑料闪烁体探测器同样有它的一席之地。
它们被用在某些医学成像设备中，比如正电子发射计算机断层扫描（PET）。
听起来复杂，其实就像是在给身体做一次“大扫除”，帮助医生更好地了解身体内部的状况。
这可真是救命稻草，能够提前发现许多问题，让医生和患者都能松一口气。
4. 总结好啦，朋友们，今天咱们简单聊了聊塑料闪烁体探测器的工作原理。
它从科学研究到医疗领域，真是无所不能，简直就像个全能选手。
国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知
国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知文章属性•【制定机关】国家质量监督检验检疫总局(已撤销)•【公布日期】2012.06.06•【文号】国质检卫[2012]288号•【施行日期】2012.06.06•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】核能及核工业,水运正文国家质量监督检验检疫总局关于印发《口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范》的通知（2012年6月6日国质检卫[2012]288号）各直属检验检疫局：现将《口岸核与辐射设备配置及技术功能规范》印发给你们，请遵照执行。
《口岸核与辐射设备配置及技术功能规范(试行)》(质检反恐办[2011]6号)同时废止。
附件：口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范附件：口岸核与辐射监测设备配置及技术功能规范第一部分总则一、目的为加强口岸入境人员、交通工具、货物、集装箱、行李、邮包、快件等核与辐射监测工作，防范放射性物质经口岸非法输入，有效预防、控制和减少放射性物质对国家安全、人员健康、环境保护造成危害和破坏，规范国境口岸核与辐射监测设备的配置、管理、使用和维护，特制定本规范。
二、适用范围本规范适用于口岸核与辐射监测仪器设备的配置、管理、使用和维护。
检验检疫机构配置的核与辐射监测仪器设备技术指标应不低于本规范技术要求。
第二部分口岸核与辐射监测设备配置和使用要求一、原则口岸核与辐射监测仪器设备的配置和使用应遵循：合理配置，规范使用，有效维护的原则。
二、仪器设备的种类(一)个人剂量计(Personal radiation detectors，PRDs)。
是用于佩带在人体躯干用来测定佩带者所受 X或γ辐射外照射个人剂量当量和个人剂量当量率的检测仪器，主要用于核与辐射工作人员的个人防护。
(二)便携式核与辐射监测仪(Hand-held Radiation detectors instruments)。
便携式核与辐射监测仪种类较多，目前常用有以下几种：1．便携式X和γ剂量率仪(Hand held X and gamma dose rate meter)：用于X和γ辐射剂量率测定的便携式仪器。
γ辐射空气吸收剂量率测量方法研究
γ辐射空气吸收剂量率测量方法研究标题：γ辐射空气吸收剂量率测量方法研究摘要：本文旨在研究γ辐射空气吸收剂量率的测量方法。
通过对不同方法的比较和评估，探讨了各种技术的原理、应用范围以及优缺点。
文章提供了深入的理论知识和实际应用案例，以帮助读者全面了解γ辐射空气吸收剂量率的测量。
引言：γ辐射是一种高能电磁辐射，广泛存在于自然界和人造环境中。
准确测量γ辐射空气吸收剂量率对于安全防护、辐射医学、核工业等领域具有重要意义。
然而，由于γ辐射的高能性和穿透性，测量其空气吸收剂量率是一项技术挑战。
1. 传统测量方法1.1. 磷光体测量法1.2. 离子室测量法1.3. 闪烁体探测器测量法2. 先进测量方法2.1. 塑料闪烁体探测器测量法2.2. 环形气晕室测量法2.3. 光学纤维辐射测量法3. 方法评估与比较3.1. 灵敏度3.2. 精确度3.3. 实用性和成本效益4. 结论与展望在本文中，我们深入探讨了γ辐射空气吸收剂量率的测量方法。
传统的磷光体测量法、离子室测量法和闪烁体探测器测量法在特定场景下仍然具有重要意义。
然而，先进的塑料闪烁体探测器测量法、环形气晕室测量法和光学纤维辐射测量法则显示出更好的灵敏度、精确度和实用性。
未来，我们可以进一步发展新的测量方法，并将其应用于更广泛的领域，以提高γ辐射空气吸收剂量率测量的精准度和效率。
观点和理解：在本文中，我们对γ辐射空气吸收剂量率的测量方法进行了深入研究。
我们发现不同方法在灵敏度、精确度和实用性方面存在差异。
传统方法在特定场景下仍然有其重要性，但先进方法在许多方面具有优势。
我们相信，随着技术的发展和应用的扩大，新的测量方法将不断涌现，并为γ辐射空气吸收剂量率测量领域带来更大的突破。
总结回顾：本文通过对γ辐射空气吸收剂量率测量的方法进行详细研究，提供了深入的理论知识和实际应用案例。
我们通过比较和评估不同方法的优缺点，为读者提供了全面了解该领域的信息。
通过我们的研究，读者可以更好地理解γ辐射空气吸收剂量率测量的原理和方法，并能够在实际应用中做出准确的测量和评估。
μ子寿命测量实验
μ子寿命测量实验孙腊珍;吴雨生;李澄【摘要】根据粒子的平均寿命测量原理,采用大面积塑料闪烁探测器和可编程逻辑器件设计了宇宙线μ子寿命测量的实验教学装置,使用该装置可实现对宇宙μ子寿命的直接测量. 通过该实验,可使学生对高能物理理论、高能粒子探测器、高能粒子探测技术和数据获取、处理有整体的理解和认识. 本文从实验教学内容和教学方法上对μ子寿命测量实验进行了探讨.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2010(030)002【总页数】4页(P1-3,19)【关键词】宇宙线μ子;寿命测量;高能粒子探测器【作者】孙腊珍;吴雨生;李澄【作者单位】中国科学技术大学,近代物理系,安徽,合肥,230026;中国科学技术大学,近代物理系,安徽,合肥,230026;中国科学技术大学,近代物理系,安徽,合肥,230026【正文语种】中文【中图分类】O572.3231 引言宇宙线中的μ子主要是由宇宙线中的π介子衰变(π-→μ-+¯νμ,π+→μ++νμ)产生的.大部分的μ子产生在约15 km的高空,由于μ子不参与强相互作用,因而具有较强的穿透力.海平面上μ子的通量近似为1～2 cm-2·min-1,平均能量约为4 GeV[1-2].μ子带有1个单位的电荷,其质量为105.658 M eV/c2,平均寿命约2.197μs[3].对μ子寿命进行测量具有重要的物理意义,例如:可以利用μ子寿命的精确值来确定粒子物理标准模型中的费米耦合常数 G F;在实验室对μ子的观测和寿命测量也是对狭义相对论的时间膨胀效应的有力验证.在高能粒子物理实验中,传统的粒子衰变寿命测量方法是直接测量衰变事例的时间分布,计算出粒子的寿命.实验上通常采用延迟符合法测量μ子平均衰变寿命,该方法至少需要2个探测器以及相关的逻辑电路和数据处理系统,这就使得实验装置复杂,并且仪器设备所需费用较高.中国科学技术大学近代物理系高能物理研究室的教师将科研成果经过精炼,核心提取,并采用大面积塑料闪烁探测器和可编程程序逻辑器件,自行设计了专门的电子学电路和探测系统,研制了既简便又大量减少仪器费用的μ子寿命测量装置,实现了对宇宙线μ子寿命直接测量[4],测量精度达到实验要求.2 实验原理宇宙线中的μ子通过塑料闪烁体时,主要的能量损失方式是电离能损,并伴随库仑散射.高能量μ子可直接从闪烁体中穿出,并在径迹周围产生电子及荧光光子等次级粒子;一些较低能量μ子在闪烁体中停止后,可以自由衰变,也可能与物质的原子核发生作用被俘获而消失.其发生衰变如下:衰变中产生的电子(e)继续与闪烁体发生作用损失能量,并使闪烁体分子激发,而电子反中微子(¯νe)和μ子中微子(νμ)直接穿出.塑料闪烁体中受激发的分子在极短的时间内(约10-10 s)退激发并发射荧光(荧光波长在350～500 nm之间),荧光通过光电倍增管光电转换放大而输出电信号,这个信号将作为μ子的“到达”信号.当停止在闪烁体内的μ子发生衰变,产生的电子被闪烁探测器探测,形成μ子“衰变”的信号.“到达”探测器的信号与μ子“衰变”的信号的时间间隔,即为μ子1次衰变的寿命.由于微观粒子的衰变具有一定的统计性,因此实验上是通过测量时间差的分布,进而计算得到μ子的平均寿命[5-6].宇宙线中μ子的通量很低,每次击中探测器的事例可以看成单μ子事例.设μ子的平均寿命为τ,第 i个μ子的产生时间为 ti,则相对公共的时间零点,μ子在时刻t衰变概率[3]为如果第i个μ子到达闪烁探测器的时刻为 Ti,那么时间间隔ΔT内,这个μ子衰变的概率是:式中 K=e-(Ti-ti)/τ.如果实验共测量到M个μ子衰变事例,则在时间差ΔT以内,衰变的总μ子数N为式中可见在ΔT时间内μ子衰变数随时间同样服从指数规律.实验上通过记录确定时间间隔内的μ子衰变事例数,利用指数函数拟合方法,可以求得μ子衰变的平均寿命τ.3 实验装置根据μ子寿命测量实验原理,自行设计制作了大面积闪烁探测器(探测面积450 cm2),如图1所示.实验使用的塑料闪烁体的发光衰减时间约为3 ns,与微秒量级的μ子衰变时间相比很小,可以保证时间差测量的相对准确性.图1 实验装置系统框图整个实验测量装置由塑料闪烁探测器[6]、高压电源、数据获取系统以及计算机和分析软件4部分组成.宇宙线中μ子入射到塑料闪烁体,经光电倍增管、放大器、甄别器、可编程逻辑电路(FPGA),最后通过USB接口把数据输入计算机处理.图2是测量装置的照片.2套测量装置共用1个闪烁体和高压电源.图2 μ子寿命测量装置4 实验内容首先将高压电源线(红色)与探测器连接,探测器信号线(黑色)与信号处理仪器测量面板上的信号输入端连接,USB接口线与计算机相应接口连接.将各部件电源线接好,检查无误后,打开高压电源和信号处理仪器电源,并将探测器工作高压设置为-600 V,记录电压及电流值.1)用示波器观测放大器输出信号,并记录放大信号特征(幅度、上升时间,噪声信号);观测甄别器输出信号,记录甄别器输出信号特征(信号宽度、频率).2)调节仪器面板上的电阻以选择合适的阈电压,使得去除放大器输出信号中包含的噪声信号.其方法是将阈电压从0.01～0.5 V连续变化,取10个测量点,作μ子计数-阈电压曲线,并得出合适的阈电压值.3)打开计算机,执行数据获取软件:m uon.tcl,获取μ子的衰变信号,要求累积数据时间足够长(实验安排测量 3～4 h),存储数据文件(自备U盘拷贝数据文件).学生完成实验后,要求利用O rigin软件处理数据,计算μ子的平均寿命,打印出实验曲线和实验结果,如图3所示.可选取感兴趣的相关问题进行探讨:a.在地面参考系观测,运动的μ子(速率为0.998c)到达地面的平均寿命是多少?与实验测量的结果是否矛盾?b.该实验是如何保证测量的2个信号恰是同一μ子的到达与衰变信号?c.解释实验测量的μ子衰变寿命曲线具有一定分布的物理原因.图3 衰变事例-时间关系曲线d.比较所测数据与 100 h数据结果(由实验室提供)的差别.实验测量误差可能有哪些来源,如何减少这些误差?e.1948年,我国科学家张文裕发现负μ子可以取代电子被原子核捕获形成μ原子,分析μ氢原子与氢原子在原子半径、结合能方面的差异.设想是否可以用μ氘原子实现聚变反应?对问题b的探讨:学生可以利用 GEAN T4软件[4]对入射μ子在探测器中的衰变概率进行模拟.估计测量事例率,分析偶然事例对实验的影响.μ子的测量实验中,对每个事例设置20μs的测量时间窗,只取到达信号与衰变信号时间间隔小于这个窗的事例.对实验进行模拟,宇宙射线的μ子在晶体中衰变比率约2×10-3,而μ子的事例率约为10 Hz,μ子的衰变计数率在每分钟几个左右.伪事例的概率,即20μs内连续有2个无时间关联的μ信号的概率约10-4量级,所以可以认为,经可编程逻辑判选后,所测量输出的数据几乎都是μ子沉积在闪烁体内并且发生衰变的事例.对问题d的探讨:学生可获取不同时期(例如:10 h,1 d,7 d等)的多组数据,用适当的统计方法处理实验数据,并对结果进行统计置信度分析,使学生认识数据的随机性和统计性.学生通过查阅参考书、计算机模拟或实验和数据分析,对感兴趣的问题进行探讨,可进一步理解μ子寿命测量的实验原理,加深对爱因斯坦相对论中时间膨胀效应的理解.同时给出实验条件,写出实验报告.图3给出的是累积收集了18 296个衰变事例的实验结果.由测量数据拟合得到的实验值为τ=(2 124.6±9.6)ns,与文献[2]中给出的μ子静止平均寿命参考值(2 197.03±0.04)ns相近.由于测量时间所限,事例率及事例总样本数偏低,精度略显不足.5 结束语自行研制的μ子寿命测量实验装置相对比较精简,是一个较典型的基本粒子探测实验,测量方法新颖可靠,同时利用宇宙线开设高能粒子物理实验,既节省了经费,又解决了使用放射源开设核物理实验的辐射防护问题.学生通过此实验,加深了对高能粒子物理理论理解,并对高能粒子探测器、宇宙线的探测方法、相关电子学和数据获取与处理等方面有比较系统的了解.参考文献:【相关文献】[1] Coan T E,Ye J.M uon physics user manual[Z].v050201.0.[2] Particle Data Group.Cosmic ray muon detection[Z].Review of Particle Physics,Regentsof the U-niversity of Califo rnia.2006.[3] Lundy R A.Precision measurement of theμ+lifetime[J].Phys.Rev.,1962,125:1 686-1 696.[4] 吴雨生.宇宙线muon寿命测量实验的Geant4模拟[D].合肥:中国科学技术大学,2008.[5] 谢一冈,陈昌,王曼,等.粒子探测器与数据获取[M].北京:科学出版社,2003:171-220.[6] 汪晓莲,李澄,邵明,等.粒子探测技术[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2009:232-274.[7] 林延畅,陈少敏,高原宁,等.μ子寿命测量与高能物理实验创造性人才的培养[J].实验技术与管理2008,25(9):19.。
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大面积塑料闪烁探测器剂量线性测量及修正作者：黄秋方方丁卫撑杨勇张从华
来源：《中国测试》2015年第06期
摘要：针对γ射线剂量增大时，大面积塑料闪烁探测器剂量线性会变差这一问题，采用能谱测量方式对塑料闪烁探测器的剂量线性进行修正。
首先在单能辐射场中，探测器通过能谱测量电路在上位机形成辐射场能谱，然后按照能量线性规律算出每道址的权重因子，以标准剂量仪所测剂量率为参考值得到修正公式，接下来对待测辐射场进行能谱采样，根据每道计数和修正公式，得到修正后的总计数率和剂量率，从而对塑料闪烁探测器的剂量线性进行修正。
结果表明：经过修正以后，在137Cs辐射场中剂量测量最大相对误差由-24.32%变为-6.90%，在
60Co辐射场中最大相对误差由-72.22%变为-27.78%。
可以看出，经过修正的探测器剂量线性得到很大改善，可为辐射场中γ射线剂量的准确测量提供技术参考。
关键词：塑料闪烁探测器；剂量线性；能谱测量；修正
文献标志码：A
文章编号：1674-5124（2015）06-0030-04
0 引言
塑料闪烁体是一种用途较为广泛的有机闪烁体，具有发光时间短、光传输性好、稳定、形状及尺寸不受限制、容易制造、成本低、耐辐射性好等特点。
通常采用塑料闪烁体、光电倍增管、分压器配合使用测量γ射线，大面积塑料闪烁探测器可用于大面积γ射线检测装置，核电站、核设施等场所车辆、人员及衣物的γ射线侦检装置，大型工具污染测量、反恐放射性测量及放射性材料探测装置等。
标准IAEA-1312和GB/T 24246——2009《放射性物质与特殊核材料监测系统》都用到了大面积塑料闪烁探测器。
在对大面积塑料闪烁探测器进行测量时，随着所受辐射剂量的变大，其剂量线性会变差。
这不仅会限制探测器的应用范围，也会影响测量结果，因此有必要对其剂量线性进行修正。
然而，国内外对大面积塑料闪烁探测器剂量线性的研究较少，如文献[3]研究了塑料闪烁探测器对中子和γ射线信号脉冲形状的辨别力，文献[4]对光电倍增管坪曲线、探测器效率、电源模块直流输出等进行了测试，但都没提到大面积塑料闪烁探测器的剂量线性问题。
为此，本文对大面积塑料闪烁探测器剂量线性进行了测量并修正。
1 剂量线性测量
塑料闪烁体是快闪烁体，适于做快符合和高计数率测量。
在大面积塑料闪烁探测器测量γ射线应用中，由于塑料闪烁体面积较大，产生的计数率与小面积相比较多。
在137Cs辐射场中，用尺寸为5cmx10cmx100cm的塑料闪烁探测器进行实验，如图1所示。
可以看出，随着γ射线剂量的增大，塑料闪烁探测器计数率越来越偏离直线A，呈现出剂量非线性。
这种剂量非线性是由于探测器输出脉冲堆积造成的。
探测器输出脉冲如图2所示，在未受辐射情况下，探测器输出脉冲之间可以分开，这时不会有脉冲计数丢失。
然而当辐射场的剂量越来越大，脉冲计数丢失得就会越多，即漏计数增大，会造成塑料闪烁探测器计数率的剂量非线性。
并且，由于塑料闪烁探测器对不同能量核素产生信号大小不一样，当辐射场的剂量变大时，脉冲计数丢失的程度也不一样，表现出不同的剂量线性。
使用同一个探测器，在60Co辐射场中，同样测出剂量-计数率曲线，与图1结合，得到大面积塑料闪烁探测器对137CS、60Co 不同的剂量线性，如图3所示。
2 剂量线性修正
为了改善大面积塑料闪烁探测器的剂量线性，对探测器信号采用能谱测量方式。
能谱测量电路由塑料探测器、前置放大器、主放大器和多道脉冲幅度分析器组成，如图4所示。
在γ射线照射下，探测器产生信号经前置放大器后形成不同幅度电压脉冲，主放大器将这些脉冲放大成形后送入多道脉冲幅度分析器，多道分析器对脉冲进行分析，计算出最高能量。
经过多道分析器的数字信号以脉冲高度为道址，在上位机形成辐射场能谱。
在理想情况下，信号脉冲未产生堆积，信号脉冲高度与能量成线性关系。
而在相同能量下，信号脉冲计数也与剂量成线性关系。
又因为每个道址代表了脉冲高度即能量，所以每个道址计数的权重因子应与道址成线性关系，可表示为
由式（2）可知，将测出能谱每道址计数乘以该道的权重因子，再求和就得到修正后的总计数率。
使用转换因子可以将探测器修正后的总计数率转换为剂量率。
剂量线性修正流程如图5所示，通过在各个单能参考辐射场中实验，测出在该能量辐射下塑料闪烁探测器的能谱，按照能量线性规律逐次逼近常数a、b值，算出每道址的权重因子，以标准剂量仪所测剂量率为参考值进行修正，如果按照公式算出的剂量率与参考剂量率相差在允许范围内，则认为两者近似相等，从而得到式（1）中的常数a、b。
之后对待测辐射进行能谱采样，根据每道计数和已经得到的常数a、b值，按照式（1）和式（2），得到修正后的总计数率和剂量率，从而对塑料闪烁探测器的剂量线性进行了修正。
3辐射场实验
同样使用尺寸为5 cmx10 cmx100 cm的塑料闪烁探测器进行实验，分别在137Cs、60Co辐射场中测得数据，通过以上方法对剂量线性进行修正，可以很好地改善探测器随剂量增大，计数率呈非线性的现象，如图6所示。
与图3相比，修正后的探测器计数率与辐射场剂量大小基本呈线性关系，并且修正后还极大地改善了探测器在137Cs、60Co辐射场中不同的剂量线性。
将探测器剂量线性修正后的计数率乘以转换因子k，得到修正后的剂量率，与剂量线性修正前比较，如表1所示。
从实验数据可以看出：大面积塑料闪烁探测器剂量线性修正前，在137Cs辐射场中相对误差最大为-24.32%，在60Co辐射场中相对误差最大为-72.22%。
而经过剂量线性修正以后，在
137Cs辐射场中相对误差最大为-6.90%，在60Co辐射场中相对误差最大为-27.78%。
大面积塑料闪烁探测器的剂量线性在很大程度上得到改善。
4 结束语
本文对大面积塑料闪烁探测器的剂量线性进行了研究。
在放射性测量应用中，随着γ射线照射剂量的增大，塑料闪烁探测器输出脉冲计数率会呈现出非线性。
并且，在137Cs辐射场和60Co辐射场中测出的剂量一计数率曲线也不同。
为了改善大面积塑料闪烁探测器的剂量线性，对探测器信号采用能谱测量方式，通过在各个单能参考辐射场中实验，对塑料闪烁探测器的剂量线性进行修正。
从图6和表1的实验数据可以看出，经过修正以后大面积塑料闪烁探测器的剂量线性得到了很大改善，为辐射场中γ射线剂量的准确测量提供了技术参考。
参考文献
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