王強(qiáng)　劉海琴

摘 要：文章研制了一套行人放射性監(jiān)測(cè)裝置，該裝置由CsI（Tl）閃爍體、日本濱松的H8500C光電倍增管、高壓電源、低壓電源、前端電子學(xué)、數(shù)字電子學(xué)、顯示裝置等組成，用于檢測(cè)放射性恐怖活動(dòng)和放射性物質(zhì)非法轉(zhuǎn)移。

關(guān)鍵詞：CsI（Tl）；放射性；探測(cè)器

行人放射性監(jiān)測(cè)裝置[1]是一種用來(lái)防止放射性恐怖活動(dòng)和放射性物質(zhì)非法轉(zhuǎn)移的有效工具。檢測(cè)通過(guò)的人員是否非法攜帶放射性物質(zhì)，主要應(yīng)用在海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、火車站等處對(duì)出入的行人極其行李、包裹進(jìn)行檢查。它在有效控制放射性材料、防止放射性材料擴(kuò)散等方面起著重要作用。

放射性物質(zhì)一般會(huì)有較強(qiáng)的γ射線放出，可以通過(guò)檢測(cè)γ射線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核材料的監(jiān)測(cè)。CsI（Tl）[2]閃爍體常用于γ射線探測(cè)，有性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、易于加工、不宜潮解、耐輻照等優(yōu)點(diǎn)。CsI（Tl）閃爍體的探測(cè)效率雖不如NaI（Tl）[3]閃爍體高，但其很難潮解，且封裝容易，價(jià)格便宜。與塑料閃爍體相比，CsI（Tl）閃爍體具有重量輕，體積小，探測(cè)效率高，且能進(jìn)行核素識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。

1 工作原理

1.1 檢測(cè)原理

本裝置是通過(guò)探測(cè)放射性物質(zhì)發(fā)射出的γ射線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些物質(zhì)的檢測(cè)。γ射線進(jìn)入CsI（Tl）閃爍體中，使原子（或分子）激發(fā)，受激原子在退激過(guò)程中發(fā)光。光子穿過(guò)閃爍體、光導(dǎo)，一部分到達(dá)光電倍增管的光陰級(jí)，在光陰級(jí)上打出光電子，光電子經(jīng)過(guò)光電倍增管各倍增極的倍增，產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大和濾波成形電路，再經(jīng)過(guò)數(shù)字電子學(xué)的處理，然后被記錄，其計(jì)數(shù)率與γ射線的強(qiáng)度相關(guān)[4]。因此通過(guò)檢測(cè)此脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)率的變化來(lái)判斷被被檢測(cè)區(qū)域是否有放射性物質(zhì)存在。

1.2 檢測(cè)方法

本裝置采用總計(jì)數(shù)率來(lái)確定通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的行人受否攜帶放射性物質(zhì)，每產(chǎn)生一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)一次，1s為一個(gè)時(shí)間間隔，每1s通信一次，統(tǒng)計(jì)每1s的計(jì)數(shù)是否有明顯的變化。報(bào)警閾值是可調(diào)的，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)所測(cè)的本底設(shè)置報(bào)警閾值[5]，將探測(cè)器探測(cè)到的計(jì)數(shù)與設(shè)置的閾值作比較，高于閾值時(shí)則啟動(dòng)報(bào)警裝置，認(rèn)為放射性異常，需要進(jìn)一步核查。

2 裝置組成

行人放射性檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖如圖1所示，由探測(cè)器、數(shù)字電子學(xué)、高低壓電源、數(shù)據(jù)處理顯示和報(bào)警裝置組成。探測(cè)器由上海翌波的CsI（Tl）閃爍體、日本濱松的H8500C光電倍增管、前置放大和成形電路組成；數(shù)字電子學(xué)由ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA、網(wǎng)絡(luò)模塊等組成；高低壓電源包括能提供0-1500V的高壓電源、為前放電路和數(shù)字版供電的低壓電源組成；數(shù)據(jù)處理顯示由計(jì)算機(jī)完成；報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置組成

整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成如圖2所示，由CsI（Tl）探測(cè)器、數(shù)字板、高壓電源、低壓電源、電腦組成。

文章實(shí)驗(yàn)采用了兩種探測(cè)器，1#探測(cè)器如圖3所示，它是由48mm×48mm×48mm的CsI（Tl）晶體和H8500C光電倍增管耦合組成，2#探測(cè)器如圖4所示，它是由48mm×96mm×24mm的CsI（Tl）晶體和H8500C光電倍增管耦合組成。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

3.2.1 1#探測(cè)器本底測(cè)試

探測(cè)器部分不做屏蔽，在整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，采集300s本底計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，一共采集3次，每次采集時(shí)間間隔1小時(shí)，每次計(jì)數(shù)的平均計(jì)數(shù)如表1所示。從表1中可以看出每次平均本底計(jì)數(shù)基本穩(wěn)定。

3.2.2 1#探測(cè)器鉛屏蔽后本底測(cè)試

行人放射性檢測(cè)裝置主要用于監(jiān)測(cè)行人通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域是否攜帶放射性物質(zhì)，考慮到探測(cè)器的感興趣區(qū)域，同時(shí)為了減少其他方向的射線對(duì)系統(tǒng)的影響，如圖2中探測(cè)器部分所示，將探測(cè)器的其他5個(gè)面用50mm厚的鉛磚屏蔽。待整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，采集300s本底計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)3次，每次采集時(shí)間間隔1小時(shí)，每次計(jì)數(shù)的平均計(jì)數(shù)如表2所示。從2表中可以看出屏蔽后每次本底平均計(jì)數(shù)基本穩(wěn)定。

3.2.3 1#探測(cè)器鉛屏蔽后有源測(cè)試

在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，使用1μCi的Na-22源進(jìn)行檢測(cè)，距離探測(cè)器水平距離0.5m，采集120s有源計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，有源情況下的平均計(jì)數(shù)為138.5個(gè)。圖5是1#探測(cè)器在本底和有源情況下計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，從圖中可以看出，在40s與60s之間有個(gè)較大的計(jì)數(shù)峰，它高于有源情況下的幾個(gè)計(jì)數(shù)。在這種情況下如果報(bào)警閾值設(shè)定較低，會(huì)差生誤報(bào)警；如果報(bào)警閾值設(shè)定較高，會(huì)產(chǎn)生漏報(bào)警的情況。

3.2.4 2#探測(cè)器鉛屏蔽后本底測(cè)試

針對(duì)上面探測(cè)器本底的計(jì)數(shù)會(huì)高于有源計(jì)數(shù)的情況，設(shè)計(jì)了如圖4所示的2#探測(cè)器，將探測(cè)器的有效探測(cè)面積增加一倍。如圖6所示，將2#探測(cè)器其他5個(gè)面用用50mm厚的鉛磚屏蔽。開(kāi)機(jī)待整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，采集300s本底計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)3次，每次采集時(shí)間間隔1小時(shí)，每次的平均計(jì)數(shù)如表3所示。從3表中可以看出鉛屏蔽后每次本底平均計(jì)數(shù)基本穩(wěn)定。

3.2.5 2#探測(cè)器鉛屏蔽后有源測(cè)試

在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，使用1μCi的Na-22源進(jìn)行檢測(cè)，距離探測(cè)器水平距離0.5m，采集120s有源計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，有源情況下的平均計(jì)數(shù)為213.1個(gè)。圖7是2#探測(cè)器在本底和有源情況下計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，從圖中可以看出，有源計(jì)數(shù)的最小值大于本底計(jì)數(shù)的最大值，我們可以將報(bào)警閾值設(shè)為它們之間的一個(gè)值，高于這個(gè)值，就意味著存在放射性物質(zhì)。在計(jì)數(shù)穩(wěn)定的情況下，再次使用放射源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，距離探測(cè)器水平表面0.5m，攜帶Na-22放射源以1.2m/s的速度通過(guò)，搜集整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)得到如圖8所示?？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)在60s與80s之間有一個(gè)較大的計(jì)數(shù)峰，遠(yuǎn)高于本底計(jì)數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

行人放射性檢測(cè)系統(tǒng)可以有效檢測(cè)行人是否攜帶放射性物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)增加CsI（Tl）探測(cè)器的有效檢測(cè)面積，可以降低統(tǒng)計(jì)漲落誤差，將較低下限的放射性物質(zhì)檢測(cè)出來(lái)，并能減少誤報(bào)警率，提高檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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