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核电站在运行时会产生大量的放射性物质,核电站设计和建造的首要考虑就是无论在正常运行还是事故下,都要把产生的放射性物质安全的控制起来。辐射监测是对核电站的放射性进行有效的监测,以便从辐射水平发现设备是否有效安全的运行。放射性气溶胶监测仪作为一种可用于对核电站周围环境中的放射性气溶胶浓度进行连续监测的仪器对保障核电安全具有重要的意义,放射性气溶胶监测仪所获取的辐射变化信息对保护工作人员免受辐照、保护环境及保证核电站安全运行有重要作用,对分析故障和事故其有重要参考价值。随着核电站的大规模建设和运行,辐射防护及环境保护对核电站的安全运行提出了更进一步要求,对放射性气溶胶监测系统亦提出了更高的要求,使得气溶胶监测仪能够准确、快速地反应周围环境中放射性气溶胶的放射性活度。随着测量技术、材料科学、计算机网络技术的发展进步,可以采用先进的辐射探测技术和嵌入式技术提高监测仪的准确度和实现监测仪的实时性和快速性。
实时放射性气溶胶监测仪由采样系统、测量系统、数据处理系统以及控制和报警系统四个部分组成。本文作为实时放射性气溶胶监测系统的重要组成部分,重点是用于放射性β气溶胶探测器系统的探头的开发以及探测器输出信号的电子线路设计。通过对国内外相关研究的广泛而深入的调研,提出了能够用于放射性气体气溶胶中放射β气溶胶探测的Phoswich探测器。Phoswich探测晶体由塑料闪烁体和BG0无机闪烁体两种闪烁晶体组成,应用Geant4蒙特卡罗程序对探测晶体进行了不同入射粒子在塑料闪烁体和BG0内的能量沉积与衰减特性的数值模拟计算,通过有效的去除α、γ粒子对β粒子计数的影响,得到了能够用于β放射性气溶胶放射性活度测量的Phoswich探头主要部件的结构和尺寸。应用模拟电子技术对Phoswich探测器的输出信号进行仿真模拟,并对信号进行处理,达到能够通过数据采集的方法对脉冲进行计数的目的,为后续探测器的系统设计做了前期准备。电子学线路主要包括:射级跟随器、放大器,脉冲幅度甄别器以及脉冲形状甄别器。
采用Phoswich探测器测量放射性β气溶胶可以去除α粒子和约20%的γ在塑料闪烁体中产生的误计数,这有效地提高的了探测器的准确度。Phoswich探测器与单晶体闪烁体构成的探测器输出脉冲信号存在明显的差别,这也决定了两者的输出脉冲信号的电子学处理方法也存在差异。根据Phoswich探测器两种晶体输出脉冲信号的上升时间的不同,采用脉冲形状甄别器对两种信号进行甄别达到了对两种脉冲进行计数的目的。本课题的研究作为辐射监测仪的国产化的前期预研内容的一个组成部分,对其他相关监测仪器的开发起到推动作用。