靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、第18卷第5期環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)2006年10月監(jiān)測(cè)技術(shù)靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)楊全玖,張大偉,呂宗芳,趙書(shū)俊,呂運(yùn)朋,秦廣雍(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院,河南鄭州450052)摘要:介紹了靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,采用合理的布局設(shè)置對(duì)靜電加速器在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的、X和快中子等多種輻射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并按國(guó)際輻射吸收劑量率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輻射污染防護(hù)。該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好,也適用于其他大范圍場(chǎng)地多種輻射的監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞:靜電加速器;輻射監(jiān)測(cè);環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng);輻射防護(hù)中圖分類(lèi)號(hào):X34,TL75+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1006(2006)05-EnvironmentalMonitoringia

2、onitorYANGQuan2fang,ZHAOShu2jun,LVYun2peng,QINGuang2yong(DepartmentZhengzhouUniversity,Zhengzhou,Henan450052,China)Abstract:Thepaperintroducedthestructuresandprincipleofradiationpollutionenvironmentalmonitoringsystemfromstaticelectricityaccelerator.Wecanmonitormuchkindsofradiationion,suchas、X、fast2n

3、eutronandsoon,bysettingreasonablelayoutduringoperationofstaticelectricityacceleratorandcarriedoutprotectionofradiationpollutionaccordingtoInternationalRadiationProtectionCriterion.Thesystemworkswellinpracticaloperationanditcanbeappliedinmanysimilarplacesaswell.Keywords:Staticelectricityaccelerator;R

4、adiationmonitoring;Environmentalmonitoringsystem;Radia2tionprotection靜電加速器在加速離子時(shí),會(huì)產(chǎn)生、X和快中子等多種輻射,盡管全封閉在工作區(qū)域內(nèi),但仍1,2須對(duì)其周?chē)h(huán)境進(jìn)行防輻射監(jiān)測(cè)。一方面,各種輻射能量和強(qiáng)度隨加速器加速離子能量的增加而增加,并能達(dá)到相當(dāng)高的輻射劑量,可穿透混凝土墻壁,對(duì)所在樓體內(nèi)部環(huán)境造成嚴(yán)重污染,并對(duì)鄰近科研室內(nèi)人員造成生命傷害;另一方面,輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可為加速器在生命科學(xué)、放射醫(yī)療等學(xué)科3研究中的應(yīng)用提供依據(jù)。今設(shè)計(jì)了靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),具有多個(gè)監(jiān)測(cè)端,可根據(jù)輻射源狀況分布安排設(shè)置,能夠在

5、大范圍場(chǎng)所內(nèi)對(duì)加速器產(chǎn)生的、X和快中子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)和多個(gè)探測(cè)通道組成。主控計(jì)算機(jī)采用VC+編程,配有核輻射分析軟件,與各探測(cè)通道采用USB通信方式,并可調(diào)整參數(shù),計(jì)算各種輻射的能量、強(qiáng)度、劑量率、劑量、劑量22當(dāng)量及能量分辨率。按國(guó)際輻射吸收劑量率標(biāo)準(zhǔn),放射性工作人員全身受到照射的有效劑量當(dāng)量每年不得超過(guò)20mSv(2rem),通過(guò)該系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的實(shí)際劑量水平,可以確定工作人員在現(xiàn)場(chǎng)能停留的時(shí)間。分析軟件還提供鍵盤(pán)、報(bào)警、打印等外控設(shè)備服務(wù),可顯示多層次界面,視窗明快,圖形豐富,顯示內(nèi)容包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線,日、周、月、季、年累積曲線,被測(cè)輻射能譜,統(tǒng)計(jì)報(bào)表及歷史數(shù)據(jù)檔案等,為輻

6、射污染環(huán)境防護(hù)提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。收稿日期:2005-11-14;修訂日期:2006-08-24基金項(xiàng)目:國(guó)家“九七三”計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2004CB719604)作者簡(jiǎn)介:楊全玖(1949),男,河南開(kāi)封人,副教授,大學(xué),主要從事核輻射探測(cè)技術(shù)及核電子學(xué)方面的研究。第18卷第5期楊全玖等.靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2006年10月1監(jiān)測(cè)端的分布3探測(cè)通道原理靜電加速器主體通道在三層樓高的建筑內(nèi),其俯視圖標(biāo)明了監(jiān)測(cè)端圍繞靜電加速器主體通道的分布位置,見(jiàn)圖1。射線的探測(cè)通道原理見(jiàn)圖4。探測(cè)輻射用NaI(Tl)閃爍體40mm、厚度40mm的探頭,和PMT(光電倍增管)及前置放大器封裝一體,主放

7、大器單獨(dú)封裝,兩個(gè)相互獨(dú)立的封裝可放在強(qiáng)輻射區(qū)內(nèi),能盡量減少前期探測(cè)信號(hào)的損耗。經(jīng)主放大器放大后的輸出信號(hào),用同軸電纜引入到采樣峰值保持電路,通過(guò)鑒幅比較器保持峰值,經(jīng)調(diào)零電路將閾值限外的噪聲干擾除去,進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器后,將數(shù)字存入擴(kuò)展存儲(chǔ)器,待上位機(jī)查詢(xún)讀取。圖1靜電加速器主體通道周?chē)O(jiān)測(cè)端的分布在離子束打靶大廳中,被加速的離子束經(jīng)加速管射向靶區(qū),見(jiàn)圖2。圖4探測(cè)通道原理4采樣峰值保持電路圖2靶廳監(jiān)測(cè)端分布2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理代表輻射能量的電壓脈沖信號(hào)非常窄,寬度在2.5s左右,無(wú)法進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,必須將其峰值保持在5s以上,方可完成量化。采樣峰值保持電路見(jiàn)圖5。主放大器將脈沖信號(hào)經(jīng)同軸電纜送至

8、射極跟隨電路O1,分成兩路,一路經(jīng)45Hz65Hz的帶阻濾波器進(jìn)入O3(LF398)峰值采樣保持器,對(duì)100PF的電容充電;另一路將輸入信號(hào)送至O6(AD790)電壓比較器,與O3輸出端A的電壓比較,O3讓電容C充電并保持信號(hào)峰值。電容C是4云母電容器,有極高的防泄露電能力,因而窄脈沖信號(hào)的峰值被展寬保持。A/D轉(zhuǎn)換器(AD1672)內(nèi)也有一個(gè)100PF的充電電容,使被展寬的峰值量化過(guò)程更穩(wěn)定。O3中的電容放電清零由與非門(mén)控制,控制信號(hào)來(lái)自單片機(jī)的P3.5。當(dāng)一個(gè)模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入擴(kuò)展存儲(chǔ)器后,單片機(jī)對(duì)充電電容發(fā)出清零指令。O2是用射極跟隨器構(gòu)成的隔離電路。O1、O2、O4、O5所使

9、用的AD8045是美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的1GHz帶寬電壓反饋運(yùn)算放大器,O6該系統(tǒng)可安裝連接515個(gè)探測(cè)端。每個(gè)探測(cè)端是一個(gè)用于探測(cè)特定粒子的輻射探測(cè)傳感器,屬于一個(gè)探測(cè)通道,它們相互獨(dú)立,除探頭外,每個(gè)通道的工作原理及電子線路都相同。各通道將所有探測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸給主控計(jì)算機(jī)室的上位機(jī),上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、顯示并存儲(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理見(jiàn)圖3,為用于探測(cè)射線的有5個(gè)核輻射探測(cè)通道時(shí)的情況。圖3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理使用ADI公司的高速電壓比較器AD790,其傳輸23第18卷第5期楊全玖等.靜電加速器輻射污染環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2006年10月圖5采樣峰值保持電路延遲時(shí)間為40ns,特別適用于高速工作條件下要

10、求具有高分辨率的系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換器采用ADI公司的AD1672,12位逐次逼近型,內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器、高精度參考電壓源、時(shí)鐘電路和100PF的采樣保持電路,轉(zhuǎn)換速率低于3s。為增大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量,采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器。B,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。USB總線控制器AT43USB380的USB接口電路傳輸給上位機(jī)。5上位機(jī)可視化編程的界面及圖形顯示圖6劑量率曲線上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后,采用VC+編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理程序,得到現(xiàn)場(chǎng)輻射的劑量率曲線,見(jiàn)圖6。圖中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間間隔為5s(可調(diào)整),上半部分為監(jiān)測(cè)過(guò)程中每隔5s事件的記數(shù)率,下半部分為監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)(設(shè)定為5min,可調(diào)整)得到的劑量率曲線。通過(guò)劑量率曲線,按國(guó)際輻射吸

11、收劑量率標(biāo)準(zhǔn),可以確定工作人員在現(xiàn)場(chǎng)能停留的時(shí)5間,并為輻射污染環(huán)境防護(hù)提供數(shù)據(jù)。6結(jié)論少的重要組成部分,可以為輻射污染環(huán)境防護(hù)提供依據(jù),也能為加速器在動(dòng)植物育種、放射治療、核物理材料改性、放射化學(xué)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用提供相關(guān)的輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好,不僅能探測(cè)輻射,更換探頭并稍作參數(shù)調(diào)整后,還可將其用于其他大范圍場(chǎng)地多種輻射的監(jiān)測(cè)。參考文獻(xiàn)1奚旦立.環(huán)境監(jiān)測(cè)(上冊(cè))M.北京:高等教育出版社,2001.2凌球.核電站輻射測(cè)量技術(shù)M.北京:原子能出版社,2001.3李少林.核醫(yī)學(xué)與放射防護(hù)M.北京:人民衛(wèi)生出版社,2003.4楊振江.智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應(yīng)用M.西安:西安電子科大出版社,2001.5劉明,呂魁,張斌.田灣核電站原野輻射劑量率調(diào)查J.環(huán)該系統(tǒng)由死時(shí)間造成的誤差為2%,最大計(jì)數(shù)率可達(dá)2010s4-1,是4MeV靜電加速器不可缺境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2003,15(6):17-20.簡(jiǎn)訊江蘇調(diào)查飲用水源有機(jī)毒物江蘇省近日決定在全省范圍內(nèi)組織開(kāi)展集中式飲用水源地有機(jī)毒物監(jiān)測(cè)調(diào)查,調(diào)查時(shí)間從現(xiàn)在起至2009年5月結(jié)束。調(diào)查范圍包括全省各省轄市