一种饮用水中放射性在线测量装置和测量方法
阅读说明：本技术 一种饮用水中放射性在线测量装置和测量方法 (On-line measuring device and method for radioactivity in drinking water ) 是由 覃国秀 潘靓亮 李凡 关百尧 于 2021-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种饮用水中放射性核素在线测量方法,包括：水样采集、放射性测量和数据处理三个部分。水样采集部分能够将饮用水连续不断的采集到测量室；放射性测量部分能够快速准确地测量饮用水中的α、β和γ放射性核素污染物；数据处理部分用于对获取的核信号进行实时处理,选择感兴趣的信号幅度谱进行分析,当信号的计数率超过阈值或计数率随时间变化超过一定程度则自动报警。本在线测量方法解决了水系统的常规监测方法无法检测短期污染、无法连续监测水系统放射性污染、无法直接判断饮用水是否受到污染的问题。本发明还提出一种饮用水中放射性在线测量装置。(The invention discloses an online measuring method of radioactive nuclide in drinking water, which comprises the following steps: water sample collection, radioactivity measurement and data processing. The water sample collecting part can continuously collect the drinking water to the measuring chamber; the radioactivity measuring part can quickly and accurately measure alpha, beta and gamma radionuclide pollutants in the drinking water; the data processing part is used for processing the acquired nuclear signals in real time, selecting the interesting signal amplitude spectrum for analysis, and automatically giving an alarm when the counting rate of the signals exceeds a threshold value or the counting rate changes along with time to exceed a certain degree. The online measurement method solves the problems that the conventional monitoring method of the water system can not detect short-term pollution, can not continuously monitor the radioactive pollution of the water system and can not directly judge whether the drinking water is polluted or not. The invention also provides an on-line measuring device for radioactivity in drinking water.)
技术领域
本发明涉及放射性核素测量领域，特别涉及一种饮用水中放射性在线测量装置和测量方法。
背景技术
摄入放射性核素是人体受到辐射的途径之一，大量摄入放射性核素会增加癌症风险，因此确保安全供水对公共卫生至关重要。由于意外事故或人为事故，饮用水系统容易受到放射性物质的污染。用于水系统的常规监测方法(定期取样进行实验室分析)无法检测短期污染，因此无法防止人们受到辐射照射。为了监测核事故造成的水系统放射性污染，需要进行现场在线测量，以快速准确地评估α、β和γ放射性核素污染物。然而，目前还没有一种完善的在线监测方法来永久监测饮用水系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种饮用水中放射性在线测量装置，该装置可在线测量自来水内放射性核素污染物是否含量以及是否超标。本发明还提出一种饮用水中放射性在线测量方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，一种饮用水中放射性在线测量装置，包括测量室、探测器、光导、光电倍增管和数据处理装置，其中，所述测量室为圆桶状，测量室的内壁粘贴铝箔，所述测量室顶部覆盖有玻璃制成的透光板，测量室还具有用于输入饮用水的进水口和用于排出引用水的出水口，探测器为塑料闪烁体制成，所述探测器包括外环和内环组，其中外环为筒状，外环将测量室的内部分隔成两个独立的腔室，所述内环组有若干个嵌套的环形体组成，相邻的两个环形体之间形成饮用水流动的通道，所述测量室的顶部均开设溢水孔，所述环形体之间通道的下端与进水口连通，所述溢水孔的上端通过外环与测量室之间的腔室与出水口连通；所述测量室的顶部具有倒置漏斗状的光导，该光导下端扣装在测量室顶部，光导的上端设置光电倍增管，光电倍增管与所述数据处理装置信号连接。
在第二个技术方案中，一种饮用水中放射性在线测量方法，使用第一个技术方案中的饮用水中放射性在线测量装置，将饮用水通过蠕动泵由进水口输入到测量室内，饮用水流经探测器，饮用水中的放射性核素衰变发射出的α和β粒子与探测器相互作用产生荧光，该荧光一部分直接穿过测量室顶部的玻璃进入光导，另外部分被测量室内壁的铝箔反射进入到光导中，荧光通过光导传输到光电倍增管，在光阴极转换成光电子，该光电子在光电倍增管得到倍增，最终以得到数据处理装置能够处理的核信号。
在第二个技术方案中，作为优选的，所述数据处理装置对核信号处理的方式如下：
步骤1、信号甄别：对核信号进行信号选择，以减少噪声对计数的干扰并选择适合的信号幅度进行筛选；
步骤2、滤波成形：对步骤1筛选后的核信号进行滤波成形处理，使其成形为准高斯波形从而提高系统的信噪比；
步骤3、计数显示：经过步骤2滤波成形之后的核信号在计数显示模块中完成分类计数以获得脉冲幅度谱。
在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤2中，通过准高斯滤波成形电路对核信号进行滤波成形处理，步骤1获取的输入信号首先经过一次极零相消电路将信号宽度变窄，然后再经过三次积分电路成形为准高斯波形，极零相消电路和积分电路形成的滤波器为带通滤波器。
在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤3中，使用多道脉冲幅度分析器对输入的信号进行分类计数，得到脉冲幅度分布谱；然后再选择感兴趣的脉冲幅度进行分析，得到相应放射性核素的活度浓度，当发现该活度浓度值超过限值则自动报警。
使用本发明的有益效果是：
解决了水系统的常规监测方法(定期取样进行实验室分析)无法检测短期污染，无法连续监测水系统放射性污染，无法直接判断饮用水是否受到污染的问题。
设计的基于自动采样原理的水样采集部分，通过蠕动泵将饮用水送到测量室内，采集的水样在测量室内被连续监测，监测结果通过计数显示部分实时显示，克服了常规监测方法无法连续监测水系统放射性污染的缺点；
设计的基于塑料闪烁体的放射性测量部分，使用很薄的距离较近的塑料闪烁体来测量放射性核素衰变放出的α和低能β射线
设计的数据显示部分，实现了核信号的滤波成形、分类计数、活度换算及超阈报警，克服了常规监测方法无法直接判断饮用水是否受到污染的缺点。
附图说明
图1为本发明饮用水中放射性在线测量装置的示意图。
图2为本发明饮用水中放射性在线测量装置中测量室示意图。
图3为本发明饮用水中放射性在线测量装置中探测器的侧视示意图。
图4为本发明饮用水中放射性在线测量装置中探测器的俯视示意图。
图5为本发明饮用水中放射性在线测量装置中放射性测量过程示意图。
图6为本发明饮用水中放射性在线测量装置中核信号处理示意图。
附图标记包括：
1-饮用水供给系统，2-蠕动泵，3-测量室，31-透光板，32-进水口，33-出水口，4-探测器，41-外环，42-内环组，43-溢水孔，5-光导，6-光电倍增管， 7-数据处理装置。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1-图6所示，本实施例提出一种饮用水中放射性在线测量装置，包括测量室3、探测器4、光导5、光电倍增管6和数据处理装置7，其中，测量室3 为圆桶状，测量室3的内壁粘贴铝箔，测量室3顶部覆盖有玻璃制成的透光板 31，测量室3还具有用于输入饮用水的进水口32和用于排出引用水的出水口33，探测器4为塑料闪烁体制成，探测器4包括外环41和内环组42，其中外环41 为筒状，外环41将测量室3的内部分隔成两个独立的腔室，内环组42有若干个嵌套的环形体组成，相邻的两个环形体之间形成饮用水流动的通道，测量室3 的顶部均开设溢水孔43，环形体之间通道的下端与进水口32连通，溢水孔43 的上端通过外环41与测量室3之间的腔室与出水口33连通；测量室3的顶部具有倒置漏斗状的光导5，该光导5下端扣装在测量室3顶部，光导5的上端设置光电倍增管6，光电倍增管6与数据处理装置7信号连接。
实施例2
一种饮用水中放射性在线测量方法，使用实施例1中的饮用水中放射性在线测量装置，将饮用水通过蠕动泵2由进水口32输入到测量室3内，饮用水流经探测器4，饮用水中的放射性核素衰变发射出的α和β粒子与探测器4相互作用产生荧光，该荧光一部分直接穿过测量室3顶部的玻璃进入光导5，另外部分被测量室3内壁的铝箔反射进入到光导5中，荧光通过光导5传输到光电倍增管6，在光阴极转换成光电子，该光电子在光电倍增管6得到倍增，最终以得到数据处理装置7能够处理的核信号。
其中，数据处理装置7对核信号处理的方式如下：
步骤1、信号甄别：对核信号进行信号选择，以减少噪声对计数的干扰并选择适合的信号幅度进行筛选；
步骤2、滤波成形：对步骤1筛选后的核信号进行滤波成形处理，使其成形为准高斯波形从而提高系统的信噪比；
步骤3、计数显示：经过步骤2滤波成形之后的核信号在计数显示模块中完成分类计数以获得脉冲幅度谱。
在步骤2中，通过准高斯滤波成形电路对核信号进行滤波成形处理，步骤1 获取的输入信号首先经过一次极零相消电路将信号宽度变窄，然后再经过三次积分电路成形为准高斯波形，极零相消电路和积分电路形成的滤波器为带通滤波器。
在步骤3中，使用多道脉冲幅度分析器对输入的信号进行分类计数，得到脉冲幅度分布谱；然后再选择感兴趣的脉冲幅度进行分析，得到相应放射性核素的活度浓度，当发现该活度浓度值超过限值则自动报警。
实施例3
实施例3结合实施例1和实施例2，详细说明本测量装置和测量方法的具体使用过程和效果。
水样采集：水样采集部分设计了饮用水供给系统1和测量室3，实现了饮用水的在线采集与排放。取样管路主要完成饮用水的采集功能，其实现原理如图2 所示，将一根水管接到饮用水供给系统1中，通过蠕动泵2将饮用水采集到测量室3。测量室3的顶部为玻璃透光板31，其它部分由ABS塑料制成，测量室3 内壁(顶部透光)粘着一层铝箔，可隔绝外界对探测器4与光电倍增管6的干扰，同时将射线与探测器4作用产生的荧光反射到光电倍增管6。
放射性测量：本部分设计了探测器4，实现了饮用水中放射性的测量。探测器4主要完成饮用水中核辐射的探测功能，为了能够实时探测饮用水中的放射性，将其设计成个圆环柱嵌套的模式，其中最外围的探测器4的外环41将测量室3分隔成内、外两部分，探测器4结构如图3、图4所示，饮用水从探测器4 底部的进水口进入，外环41和内环组42的顶部开有一些直径5mm的溢水孔43，当抽入的饮用水超过溢水孔43时会通过溢水孔43进入外环41外围的测量室3，再通过出水口33流出测量室3。饮用水中如果含有放射性核素，这些放射性核素衰变发射出的α和β粒子与探测器4相互作用产生荧光。这些荧光一部分直接穿过测量室3顶部的玻璃进入光导5，另外一些则被测量室3内壁的铝箔反射，大部分进入到光导5中，如图5所示。荧光通过光导5传输到光电倍增管6，在光阴极转换成光电子，这些光电子在光电倍增管6得到倍增，最终以得到数据处理装置7能够处理的核信号。
放射性测量部分的光导5将塑料闪烁体探测器4输出的荧光传输到光电倍增管6的光阴极，光导5在这里有两个作用：一是使得测量室3与光电倍增管6 匹配，二是尽可能的收集探测器4产生的荧光，收集的荧光越多，则有用信息越多，如此可以降低光电倍增管6的电压，从而降低噪声。放射性测量部分的光电倍增管6将光导5传过来的荧光转换成光电子，并对这些电信号进行放大，最终得到数据处理装置7能够处理的合适的信号。
数据处理：数据处理部分设计了信号甄别、滤波成形和计数显示，主要用于处理探测器4输出的核信号并显示结果。如图6所示，核信号首先通过信号甄别完成信号的筛选；然后进入滤波成形模块，将核信号成形为准高斯波形并减少噪声的干扰；完成滤波成形之后的核信号在计数显示模块中被分类计数并显示结果。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：探测器组件和辐射监测设备