一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法，包括以下步骤：一、搭建基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测平台；二、确定闪烁光纤反光涂层厚度；三、确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离；四、高氡环境下待测气体中氚的探测。本发明专利技术设计合理，通过确定闪烁光纤反光涂层厚度保证β粒子和α粒子均能进入闪烁光纤且能有效阻隔氚气在闪烁光纤探测器外的附着，通过确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离，保证α粒子在两根闪烁光纤中都沉积能量的概率小于1‰，用以防止α粒子的重复计数，以实现高氡环境中氚发射β粒子的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法
本专利技术属于气态氚探测
，具体涉及一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法。
技术介绍
在国防与核能领域，氚具有不可替代的重要作用。氚(31H)是一种β放射性核素，衰变放出平均能量为5.67keV的β粒子，经吸入、皮肤渗入等途径进入人体造成内照射伤害，严重时会导致死亡。空气中以氚化水蒸汽(HTO)和氚气(HT)的形式存在，在核反应堆等场所中氚体积活度的监测是确保操作人员周边环境安全的重要内容。在天然环境中，氡也是一种广泛存在的放射性气体，衰变放出5.49MeV的α粒子。两者均为气体放射源，在气态氚体积活度监测中氡的存在给氚的监测带来了严重干扰。在传统的气态氚实时监测装置及方法中，电离室因结构简单、成本较低等优点被广泛应用于氚的实时监测。电离室因使用了静电计而对周边环境变化非常敏感，监测装置周边的人员走动、实验大厅通风装置的开关均会对测量结果造成影响。现有的氡甄别型氚监测仪TAM-V，基于反符合技术扣除电离室中氡衰变α的计数，一方面氡放出的α粒子在电离室中产生电流比氚放出的β粒子高出3个量级，β粒子产生的电流极易被α粒子产生的电流淹没；另一方面氡浓度变化剧烈时反符合算法因响应较慢，无法准确扣除氡α粒子带来的干扰，导致氚监测值的不准确。另外，现有的基于两种类型闪烁光纤进行气态或液态氚样品测量的装置，涂有反光材料的闪烁光纤可记录天然γ射线等在探测器中产生的电流，未涂反光材料的闪烁光纤可记录天然γ射线与氚放出β粒子产生的电流，通过两类光纤产生的电流差来推导氚的浓度。其未考虑气态氚测量时氡气对测量结果的影响，另一方面测量过程需要进行电流刻度，不同能量射线未必在探测器中产生线性的响应，准确刻度的过程复杂繁琐。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法，通过确定闪烁光纤反光涂层厚度保证β粒子和α粒子均能进入闪烁光纤且能有效阻隔氚气在闪烁光纤探测器外的附着，通过确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离，保证α粒子在两根闪烁光纤中都沉积能量的概率小于1‰，用以防止α粒子的重复计数，以实现高氡环境中氚发射β粒子的准确测量，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、搭建基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测平台，过程如下：步骤101、沿金属屏蔽外壳长度方向设置闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列的两端通过光纤支架支撑；所述闪烁光纤阵列包括M层N列式排布的闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列包括M×N个闪烁光纤探测器，其中，M和N均为不小于2的正整数；所述闪烁光纤探测器包括闪烁光纤和涂抹在闪烁光纤外的闪烁光纤反光涂层；步骤102、在金属屏蔽外壳内且位于闪烁光纤探测器的两端分别设置光导层和与所述光导层连接的光电倍增管；步骤103、在金属屏蔽外壳外设置依次连接的信号放大器、波形甄别器、脉冲幅度多道分析器和计算机，光电倍增管的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；步骤104、在金属屏蔽外壳上位于所述闪烁光纤阵列的部分安装进气管和出气管，气泵通过气管向进气管输送待测气体，所述待测气体包含氚气和氡气，氚气衰变放出β粒子，氡气衰变放出α粒子；步骤二、确定闪烁光纤反光涂层厚度：所述闪烁光纤反光涂层为镀铝反光涂层，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立一层单位厚度的镀铝反光涂层至多层单位厚度的镀铝反光涂层的仿真模型，使β粒子分别垂直入射至一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层中，分别记录穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的β粒子计数，并对每次的β粒子计数进行归一化处理，得到β粒子穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的概率，绘制以镀铝反光涂层的厚度为横坐标、β粒子穿过镀铝反光涂层的概率为纵坐标的曲线，设定β粒子穿过镀铝反光涂层的概率阈值，在曲线上查找β粒子穿过镀铝反光涂层的概率大于概率阈值时，对应的镀铝反光涂层的厚度作为闪烁光纤反光涂层的厚度；步骤三、确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离，过程如下：步骤301、建立二维平面坐标系xoy，所述二维平面坐标系xoy所在平面平行于所述闪烁光纤阵列的横截面所在平面，所述闪烁光纤阵列的横截面位于所述二维平面坐标系xoy的第一象限内，所述二维平面坐标系xoy的x轴方向为所述闪烁光纤阵列的宽度方向，所述二维平面坐标系xoy的y轴方向为所述闪烁光纤阵列的高度方向，所述闪烁光纤阵列中第一列闪烁光纤探测器均与所述二维平面坐标系xoy的y轴相切，所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴均相切；步骤302、选定闪烁光纤的半径，将所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器的外边缘与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴围成的区域视为选定区域，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的仿真模型，使位于选定区域内α粒子分别垂直入射至同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的闪烁光纤阵列中，分别记录选定区域出射的α粒子到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器之外的第二个闪烁光纤内部或第二个闪烁光纤反光涂层外表面的概率；将选定区域出射的α粒子到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器之外的第二个闪烁光纤内部或第二个闪烁光纤反光涂层外表面的概率小于1‰且其相对误差小于0.05时，对应的闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离作为确定的闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离；步骤四、高氡环境下待测气体中氚的探测：利用气泵向进气管输送待测气体，待测气体完全浸没所述闪烁光纤阵列，待测气体进入金属屏蔽外壳内部后自由扩散，氚衰变放出β粒子、氡衰变放出α粒子，β粒子和α粒子随机运动，β粒子和α粒子穿过闪烁光纤反光涂层，进入闪烁光纤内部，β粒子和α粒子沉积能量，使闪烁光纤内部原子核发生电离和退激，退激过程产生荧光，荧光在闪烁光纤反光涂层内表面多次反射，传输至闪烁光纤两端并进入光导层；光导层耦合闪烁光纤和光电倍增管的光阴极，光电倍增管的光阴极通过光电效应产生电子，电子再通过光电倍增管倍增形成电压输出，光电倍增管输出的电压信号通过信号放大器进行线性放大，再依次输送至波形甄别器和脉冲幅度多道分析器；脉冲幅度多道分析器可将电压信号转化为数字信号发送给计算机处理；计算机以波形甄别器记录的电压下降时间为横坐标、以脉冲幅度多道分析器记录的电压脉冲个数为纵坐标绘制脉冲波形谱；β粒子和α粒子各自形成对应的统计峰，通过划定两峰之间的界线，实现β粒子和α粒子两种辐射粒子的甄别，划分不同粒子界线后，在脉冲波形谱两侧分别计数便可获两类粒子的单独计数；计数结果再通过线性转化为气体辐射源的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、搭建基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测平台，过程如下：/n步骤101、沿金属屏蔽外壳(1)长度方向设置闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列的两端通过光纤支架(8)支撑；/n所述闪烁光纤阵列包括M层N列式排布的闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列包括M×N个闪烁光纤探测器(14)，其中，M和N均为不小于2的正整数；/n所述闪烁光纤探测器(14)包括闪烁光纤(14-2)和涂抹在闪烁光纤(14-2)外的闪烁光纤反光涂层(14-1)；/n步骤102、在金属屏蔽外壳(1)内且位于闪烁光纤探测器(14)的两端分别设置光导层(3)和与所述光导层(3)连接的光电倍增管(4)；/n步骤103、在金属屏蔽外壳(1)外设置依次连接的信号放大器(9)、波形甄别器(10)、脉冲幅度多道分析器(11)和计算机(12)，光电倍增管(4)的信号输出端与信号放大器(9)的信号输入端连接；/n步骤104、在金属屏蔽外壳(1)上位于所述闪烁光纤阵列的部分安装进气管(2)和出气管(13)，气泵(6)通过气管(5)向进气管(2)输送待测气体，所述待测气体包含氚气和氡气，氚气衰变放出β粒子(15)，氡气衰变放出α粒子(16)；/n步骤二、确定闪烁光纤反光涂层厚度：所述闪烁光纤反光涂层(14-1)为镀铝反光涂层，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立一层单位厚度的镀铝反光涂层至多层单位厚度的镀铝反光涂层的仿真模型，使β粒子(15)分别垂直入射至一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层中，分别记录穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的β粒子计数，并对每次的β粒子计数进行归一化处理，得到β粒子(15)穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的概率，绘制以镀铝反光涂层的厚度为横坐标、β粒子穿过镀铝反光涂层的概率为纵坐标的曲线，设定β粒子穿过镀铝反光涂层的概率阈值，在曲线上查找β粒子穿过镀铝反光涂层的概率大于概率阈值时，对应的镀铝反光涂层的厚度作为闪烁光纤反光涂层(14-1)的厚度；/n步骤三、确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离，过程如下：/n步骤301、建立二维平面坐标系xoy，所述二维平面坐标系xoy所在平面平行于所述闪烁光纤阵列的横截面所在平面，所述闪烁光纤阵列的横截面位于所述二维平面坐标系xoy的第一象限内，所述二维平面坐标系xoy的x轴方向为所述闪烁光纤阵列的宽度方向，所述二维平面坐标系xoy的y轴方向为所述闪烁光纤阵列的高度方向，所述闪烁光纤阵列中第一列闪烁光纤探测器(14)均与所述二维平面坐标系xoy的y轴相切，所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴均相切；/n步骤302、选定闪烁光纤(14-2)的半径，将所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)的外边缘与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴围成的区域视为选定区域，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的仿真模型，使位于选定区域内α粒子(16)分别垂直入射至同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的闪烁光纤阵列中，分别记录选定区域出射的α粒子(16)到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)之外的第二个闪烁光纤(14-2)内部或第二个闪烁光纤反光涂层(14-1)外表面的概率；/n将选定区域出射的α粒子(16)到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)之外的第二个闪烁光纤(14-2)内部或第二个闪烁光纤反光涂层(14-1)外表面的概率小于1‰且其相对误差小于0.05时，对应的闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离作为确定的闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离；/n步骤四、高氡环境下待测气体中氚的探测：利用气泵(6)向进气管(2)输送待测气体，待测气体完全浸没所述闪烁光纤阵列，待测气体进入金属屏蔽外壳(1)内部后自由扩散，氚衰变放出β粒子(15)、氡衰变放出α粒子(16)，β粒子(15)和α粒子(16)随机运动，β粒子(15)和α粒子(16)穿过闪烁光纤反光涂层(14-1)，进入闪烁光纤(14-2)内部，β粒子(15)和α粒子(16)沉积能量，使闪烁光纤(14-2)内部原子核发生电离和退激，退激过程产生荧光，荧光在闪烁光纤反光涂层(14-1)内表面多次反射，传输至闪烁光纤(14-2)两端并进入光导层(3)；光导层(3)耦合闪烁光纤(14-2)和光电倍增管(4)的光阴极，光电倍增管(4)的光阴极通过光电效应产生电子，电子再通过光电倍增管(4)倍增形成电...

【技术特征摘要】
1.一种基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、搭建基于闪烁光纤阵列的高氡环境下氚探测平台，过程如下：
步骤101、沿金属屏蔽外壳(1)长度方向设置闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列的两端通过光纤支架(8)支撑；
所述闪烁光纤阵列包括M层N列式排布的闪烁光纤阵列，所述闪烁光纤阵列包括M×N个闪烁光纤探测器(14)，其中，M和N均为不小于2的正整数；
所述闪烁光纤探测器(14)包括闪烁光纤(14-2)和涂抹在闪烁光纤(14-2)外的闪烁光纤反光涂层(14-1)；
步骤102、在金属屏蔽外壳(1)内且位于闪烁光纤探测器(14)的两端分别设置光导层(3)和与所述光导层(3)连接的光电倍增管(4)；
步骤103、在金属屏蔽外壳(1)外设置依次连接的信号放大器(9)、波形甄别器(10)、脉冲幅度多道分析器(11)和计算机(12)，光电倍增管(4)的信号输出端与信号放大器(9)的信号输入端连接；
步骤104、在金属屏蔽外壳(1)上位于所述闪烁光纤阵列的部分安装进气管(2)和出气管(13)，气泵(6)通过气管(5)向进气管(2)输送待测气体，所述待测气体包含氚气和氡气，氚气衰变放出β粒子(15)，氡气衰变放出α粒子(16)；
步骤二、确定闪烁光纤反光涂层厚度：所述闪烁光纤反光涂层(14-1)为镀铝反光涂层，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立一层单位厚度的镀铝反光涂层至多层单位厚度的镀铝反光涂层的仿真模型，使β粒子(15)分别垂直入射至一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层中，分别记录穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的β粒子计数，并对每次的β粒子计数进行归一化处理，得到β粒子(15)穿过一层单位厚度的镀铝反光涂层和多层单位厚度的镀铝反光涂层的概率，绘制以镀铝反光涂层的厚度为横坐标、β粒子穿过镀铝反光涂层的概率为纵坐标的曲线，设定β粒子穿过镀铝反光涂层的概率阈值，在曲线上查找β粒子穿过镀铝反光涂层的概率大于概率阈值时，对应的镀铝反光涂层的厚度作为闪烁光纤反光涂层(14-1)的厚度；
步骤三、确定闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间的距离，过程如下：
步骤301、建立二维平面坐标系xoy，所述二维平面坐标系xoy所在平面平行于所述闪烁光纤阵列的横截面所在平面，所述闪烁光纤阵列的横截面位于所述二维平面坐标系xoy的第一象限内，所述二维平面坐标系xoy的x轴方向为所述闪烁光纤阵列的宽度方向，所述二维平面坐标系xoy的y轴方向为所述闪烁光纤阵列的高度方向，所述闪烁光纤阵列中第一列闪烁光纤探测器(14)均与所述二维平面坐标系xoy的y轴相切，所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴均相切；
步骤302、选定闪烁光纤(14-2)的半径，将所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)的外边缘与所述二维平面坐标系xoy的x轴和y轴围成的区域视为选定区域，利用MCNPX蒙特卡罗软件分别建立闪烁光纤阵列中同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的仿真模型，使位于选定区域内α粒子(16)分别垂直入射至同层和同列闪烁光纤中相邻的两个闪烁光纤之间不同距离的闪烁光纤阵列中，分别记录选定区域出射的α粒子(16)到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)之外的第二个闪烁光纤(14-2)内部或第二个闪烁光纤反光涂层(14-1)外表面的概率；
将选定区域出射的α粒子(16)到达除所述闪烁光纤阵列中第一层第一列闪烁光纤探测器(14)之外的第二个闪烁光纤(14-2)内部或第二个闪烁光纤反光涂层(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵括，过惠平，陈亮，吕宁，刘延飞，王涵，吕汶辉，孟瑞，曹晓岩，段中山，吕金旭，孙铭言，马腾跃，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61