各种通道式放射性检测系统的性能比较与研究毕业设计论文(编辑修改稿)

各种通道式放射性检测系统的性能比较与研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

粒子穿透能力最弱，一张白纸就能把它挡住，因此，对于 α 射线应注意内照射，其进入体内的主要途径是呼吸和进食时，其防护方法主要是：一防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物；二防止伤口被污染。 β射线的防护 如何防护 β 射线 : β 粒子、其穿透能力比 α 射线强，比 γ 射线弱，因此， β射线是比较容易阻挡的，用一般的金属就可以阻挡。 但是， β 射线容易被表层组织吸收，引起组织表层的辐射损伤。 因此其防护就 复杂的多。 方法有：（ 1）避免直接接触被污染的物品；以防皮肤表面的污染和辐射危害；（ 2）防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物；（ 3）防止伤口被污染；（ 4）必要时应采用屏蔽措。 γ射线的防护 如何防护 γ 射线： γ 射线穿透力强，可以造成外照射，其防护的施。 方法主要有以下三种：（ 1）尽可能减少受照射的时间；（ 2）增大与辐射源间的距离，因为受照剂量与离开源的距离的平方成反比；（ 3）采取屏蔽措施。 在人与辐射源之间加一层足够厚的屏蔽物，可以降低外照射剂量。 屏蔽的主要材料有铅、钢筋混凝土、水等，我们住的楼房对 外部照射来说是很好的屏蔽体。 东华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 7 3． 通道式放射性检测系统 系统简介 核废物和放射性物质的扩散将造成放射性污染，严重危害人类生存环境与社会公共安全。 为防止核废物和含放射性的物质通过进出口岸流入我国，从本世纪初开始，在沿海各出入境码头设置了监测车载货物放射性的装置 ——— 通道式车辆放射性监测系统。 该系统主要由探测器和监控系统组成，探测器部分使用基于数字信号处理（ DSP）的塑料闪烁体或 CDM 中子探测器，监控系统由信号处理单元 CTM 和计算机构成（如下图 1 所示） 塑料闪烁体探测器塑料闪烁体探测器信 号 处 理 单 元计 算 机 控 制 终 端 图 1 监控系统 系统的工作原理 通道式放射性检测装置是利用射线探测器来探测放射性物质通过时发射出的射线引起系统计数率的异常变化，从而实现判断被检物是否含有放射性物质。 为了有效的监测放射性物质，监测系统根据系统没有检测物体时本底计数率采用特别的运算方东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 8 法设定报警阈值以满足对监测系统灵敏度、监测速度和误报警率的要求。 当检测物体通过时，如果测量的放射性强度高于这个阈值，监测系统报警。 由于在任何环境中都存在γ本底 ,即使所探测的区域内没有核材料存 在 ,也会有γ本底计数 ,而且这些本底会随时间不断变化 ,也就是在进行检测的过程中 , γ计数都包含着不断变化的本底计数。 于是在进行检测时 ,如何判断所探测到的γ计数的增加是由于核材料的存在所造成的还是由于本底的变化所造成的 ,是检测方法的关键。 虽然本底随时间在不断变化 ,但本底的变化服从一定的统计规律 ,即本底计数的涨落超过平均本底计数的标准偏差的 2 倍以上的概率是非常低的 (不超过 %)。 因此 ,只要选择适当的报警阈值 ,便可以很低的误报率来报警核材料的存在。 报警阈值的设置见式 (11): 00A MN M M  (11) 式中 : AM 为报警阈值； 0M 为本底平均计数率； N 为置信系数 ,可根据检测要求和检测环境来选定。 通常 N 取 4～ 6。 N 选得愈高误报率愈低 ,检测灵敏度也愈低；反之 ,检测灵敏度高 ,误报率也高。 当在检测区内有核材料存在时，检测装置的计数包括核材料所放出的γ所引起的计数和本底计数 ,即 : S M G 0  (12) 式中 : G 为检测到的总计数率。 S 为由核材料所引起的计数率。 只有当 AMG 时 ,检测装置才会发出报警 ,说明探测区内有核材料存在。 通常在进行检测时被检测人员以较慢的速度通过检测区。 由于检测过程中人员在运动，在不同位置、不同时刻，所探测到的计数率不同。 为了获得高的探测灵敏度和低的误报警率以及尽量减少检测时间，采用了移动平均检测法。 采用移动平均法进行检测时 ,每隔一个很短的时间Δ t便读取一次计数 Yi ,而将最近读取的 4个计数的平均值 4 / ) Y Y Y Y ( M 3 i2 i1iii  (13) 作为移动平均实时计数值 ,当经过一个Δ t 时间 ,读取一个新的计数 1 iY 时 ,便以 1 iY取代 3 iY ,这时移动平均的实时计数值则为： 4 / ) Y Y Y Y ( M 2 i1 ii1 i1 i   (14) 报警判别是用最新的 iM 与最新设置的报警阈值 AM 相比较 ,只要 Ai MM ,则认为通过人员携带有铀、钚等核材料 ,便发出报警 ,否则继续进行检查。 这样 ,既能以探测东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 9 到最高计数率进行报警判别 ,又能减小统计涨落的影响 , 这在环境放射性监测、通道式放射性监测以及寻找丢失辐射源方面显得尤为重要。 此外，还有另一种检测甄别方法来判断放射性是否超标，方法见下图 2 和 3，即当车辆通过检测仪时本底 值的变化情况： 图 2 无放射源车辆通过情况示意图 （说明：由于车辆是金属结构，形成对天然本底的屏蔽，因此读数比本底值小。 ） 当车辆内有放射性物质时，检测到的曲线如下图所示。 图 3 有放射源车辆通过情况示意图 检测仪的探测器不间断地检测天然放射本底值，并以 1/16 秒为单位进行修正，当物体通过时，监测和评估是否有放射性物品通过 ，当检测到的值与天然本底值比值超过 5%时（由用户设定）仪器报警，所以通道式检测仪得到的数据是车辆 通过时探测器监测到的射线剂量与天然本底值的比率。 东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 10 该系统对检测到的放射性警报，划分为 3 个水平：水平 1 是最敏感的警报设置，表示检测到的放射性剂量很弱，可能是由于车辆运动或天气原因造成的环境本底值的变化而产生的警报，所以需要重新检测。 水平 2 是一个通常的报警设置，表示检测到的放射性有一定剂量水平，需要引起足够的重视。 而水平 3 是一个较大值的报警设置，表示检测到的放射性剂量很高，可以肯定存在放射性物质或被污染的放射性物质。 系统结构及其工作流程 检测系统的结构 车辆通道式辐射在线监测系统组成和功 能 由五个部分实现： 1)实时监控， 2)智能报警， 3)故障检测， 4)数据查询， 5)系统管理。 1） 实时监控：模块负责采集各组 RPM（ radiation portal monitor） 中的数据，并将数据储存到数据库中，同时在远程电脑上显示管理器的状态。 支持联网的照相机捕获通过 RPM 的车辆图像。 图像以标准 JPEG 图像文件存储，可记录所有车辆，也可只记录报警车辆。 2） 辐射报警：接收各通道 RPM 产生的报警信息，并在软件界面上直观显示出来。 并根据系统管理中的报警设定做出相应的操作和反应。 所有的报警和操作 反应均在数据库中记录。 3） 故障检测：自动检测后台管理系统和各通道 RPM 的网络连接。 接收 RPM 产生的自检故障信息，并在界面上给出故障的原因和处理建议。 4） 数据查询：可进行实况显示或调阅数据库 (本底，报警及工作日志 )，可根据日期、报警及通道标号查阅记录。 还可打印报警记录，根据用户定义的日期和时间范围打印报警记录摘要，还可根据现场搜索的数据建立新的数据库。 5） 系统管理：可进行操作员权限管理、系统参数配置、网络配置等操作 车辆通道式放射性检测系统主要包括两大部分 : ( 1) 入口检测器。 ( 2) 远程监控站。 入口检测器探测和分析放射性射线，将探测到的计数 ( 每 0． 1 s 采集一次计数 ) 与预先设置的报警阈值实时进行比较，如果超过了报警阈值则产生声光报警。 远程监控站收集入口检测器和其它系统组件 ( 如车辆识别系统 ) 的数据，向工作人员提供报警信息，存档报警数据，控制入口检测器的运行设置。 东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 11 图 4 系统内部结构 图 5 系统外部结构 东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 12 图 6 探测器的内部结构 图 图 图 6 为系统的内部结构，外部结构和探测器的内部结构，具体来说，系统由两个立式的机箱构成 ,形成一个安检门。 每个机箱内有多个探测器。 单道分析器用来选择合适的能量窗口 ,以减少其它干扰信号的影响。 单道分析器的输出信号经整形 后由数据采集单元 (单片机 )计数并作报警判断。 当车辆、人员到达或离开时 ,传感器发出信号 ,以此来控制探测器进行本底测量还是车辆、人员检测。 若检测过程中发出报警信号 ,则说明车辆、人员可能携带了放射性核素。 否则放行 ,系统重新进入准备状态 ,进行本底测量。 检测系统的工作流程 下图为检测系统的工作流程图 ： 东 华理工大学毕业设计（论文） 通道式放射性检测系统 13 开 始自 检状 态 是 否 正 常测 量 初 始 本 底初 始 本 底 测 量是 否 结 束。 随 时 更 新 本 底 并 按预 先 设 置 的 参 数 计算 报 警 阈 值是 否 进 行 参数 设 置。 是 否 有 车 辆 或人 员 进 入。 进 入 检 测 状 态 ， 用 最 新的 4 个 测 量 数 据 进 行 移动 平 均 计 算 ， 并 将 计 算结 果 与 报 警 阈 值 比 较移 动 平 均计 算 结 果 是 否 大 于 报警 阈 值。 发 出 报 警 ， 进 一 步进 行 检 查是 否 还 需 要 检 查。 显 示 故 障 ，排 除 故 障累 计 初 始 本 底并 显 示 倒 计 时进 行 参 数 设 置放行 东华理工大学毕业设计（论文） 各种 通道式放射性检测系统性能分析 14 4 各种通道式放射性检测系统的性能分析 各种通道式放射性检测系统的性能参数 论文将对 12 个不同型号的通道式放射性检测系统 的各个性能参数的含义、各个性能对系统的作用以及对不同型号的检测系统的性能参数进行对比研究和分析。 不同型号的通道式放射性检测系统的性能参数表 1）：法国 saphymo 车辆通道式检测系统 该系统是法国 saphymo 公司的一个产品， 系统，为检测车辆、火车和集装箱中的低放射源而特别设计。 使用基于数字信号处理（ DSP）的塑料闪烁体探测器，数字化信号处理单元 ANDREA，再配合报警箱和栏杆机一起工作，可以达到完全自动进行集装箱或者火车的辐射检测。 此外还可以选配中子探测器，用于监控非法核材料走私。 目前全球已有几千套在使用。 应用于多种场所进出口处，如：核电站、研究中心、废金属处理行业、钢厂、垃圾处理焚烧厂、医院、国土边境等。 图 7 法国 saphymo 车辆通道式检测系统 系统特点： ● 通过 ITRAP（ IAEA）， IRSID（ Arcelor）， CTHIR 等多个国际权威机构认证； ● 低检测下限； ● 最多可连接 8 个探测器； ● 全自动工作，毋需工作人员； ● 测量时本底衰减实时自动补偿，低误报警率； ● 苛刻环境下正常工作； ● 最新技术，快速信号处 理； ● 易使用和安装； ● 毋需维护和刻度； 系统性能参数： 东华理工大学毕业设计（论文） 各种通道式放射性检测系统性能分析 15 表一：法国 saphymo 车辆通道式检测系统的性能参数 探测射线 γ射线、 X 射线、可选配检测中子射线 探测器类型 塑料闪烁体探测器、低噪音光电倍增管 探测灵敏度 本底水平为 Sv/h 下，增加 Sv/h， 1 秒内报警；探测 能量范围 50KeV～ 3MeV 工作温度 － 10℃～ +50℃ 本 底 70nGy/h 探测概率 % 误报警率 % 报警方式 超阈值声、光报警 车 速 ≤ 10km/h 监测 区域 高度： m～ 4m；宽度： 6m（双侧探测器） 防护等级 IP56 铅 屏 蔽 厚的铅屏蔽 测量时间 1s。