【文章內(nèi)容簡介】 粒子穿透能力最弱，一張白紙就能把它擋住，因此，對于 α 射線應(yīng)注意內(nèi)照射，其進入體內(nèi)的主要途徑是呼吸和進食時，其防護方法主要是：一防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；二防止傷口被污染。 β射線的防護 如何防護 β 射線 : β 粒子、其穿透能力比 α 射線強，比 γ 射線弱，因此， β射線是比較容易阻擋的，用一般的金屬就可以阻擋。但是， β 射線容易被表層組織吸收，引起組織表層的輻射損傷。因此其防護就 復(fù)雜的多。方法有：（ 1）避免直接接觸被污染的物品；以防皮膚表面的污染和輻射危害；（ 2）防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；（ 3）防止傷口被污染；（ 4）必要時應(yīng)采用屏蔽措 。 γ射線的防護 如何防護 γ 射線： γ 射線穿透力強，可以造成外照射，其防護的施。方法主要有以下三種：（ 1）盡可能減少受照射的時間；（ 2）增大與輻射源間的距離，因為受照劑量與離開源的距離的平方成反比；（ 3）采取屏蔽措施。在人與輻射源之間加一層足夠厚的屏蔽物，可以降低外照射劑量。屏蔽的主要材料有鉛、鋼筋混凝土、水等，我們住的樓房對 外部照射來說是很好的屏蔽體。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 7 3． 通道式放射性檢測系統(tǒng) 系統(tǒng)簡介 核廢物和放射性物質(zhì)的擴散將造成放射性污染，嚴重危害人類生存環(huán)境與社會公共安全。為防止核廢物和含放射性的物質(zhì)通過進出口岸流入我國，從本世紀初開始，在沿海各出入境碼頭設(shè)置了監(jiān)測車載貨物放射性的裝置 ——— 通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由探測器和監(jiān)控系統(tǒng)組成，探測器部分使用基于數(shù)字信號處理（ DSP）的塑料閃爍體或 CDM 中子探測器，監(jiān)控系統(tǒng)由信號處理單元 CTM 和計算機構(gòu)成（如下圖 1 所示） 塑料閃爍體探測器塑料閃爍體探測器信 號 處 理 單 元計 算 機 控 制 終 端 圖 1 監(jiān)控系統(tǒng) 系統(tǒng)的工作原理 通道式放射性檢測裝置是利用射線探測器來探測放射性物質(zhì)通過時發(fā)射出的射線引起系統(tǒng)計數(shù)率的異常變化，從而實現(xiàn)判斷被檢物是否含有放射性物質(zhì)。為了有效的監(jiān)測放射性物質(zhì)，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)沒有檢測物體時本底計數(shù)率采用特別的運算方東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 8 法設(shè)定報警閾值以滿足對監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度、監(jiān)測速度和誤報警率的要求。當(dāng)檢測物體通過時，如果測量的放射性強度高于這個閾值，監(jiān)測系統(tǒng)報警。 由于在任何環(huán)境中都存在γ本底 ,即使所探測的區(qū)域內(nèi)沒有核材料存 在 ,也會有γ本底計數(shù) ,而且這些本底會隨時間不斷變化 ,也就是在進行檢測的過程中 , γ計數(shù)都包含著不斷變化的本底計數(shù)。于是在進行檢測時 ,如何判斷所探測到的γ計數(shù)的增加是由于核材料的存在所造成的還是由于本底的變化所造成的 ,是檢測方法的關(guān)鍵。雖然本底隨時間在不斷變化 ,但本底的變化服從一定的統(tǒng)計規(guī)律 ,即本底計數(shù)的漲落超過平均本底計數(shù)的標準偏差的 2 倍以上的概率是非常低的 (不超過 %) 。因此 ,只要選擇適當(dāng)?shù)膱缶撝?,便可以很低的誤報率來報警核材料的存在。報警閾值的設(shè)置見式 (11): 00A MN M M ?? (11) 式中 : AM 為報警閾值； 0M 為本底平均計數(shù)率； N 為置信系數(shù) ,可根據(jù)檢測要求和檢測環(huán)境來選定。通常 N 取 4～ 6。 N 選得愈高誤報率愈低 ,檢測靈敏度也愈低；反之 ,檢測靈敏度高 ,誤報率也高。 當(dāng)在檢測區(qū)內(nèi)有核材料存在時，檢測裝置的計數(shù)包括核材料所放出的γ所引起的計數(shù)和本底計數(shù) ,即 : S M G 0 ?? (12) 式中 : G 為檢測到的總計數(shù)率 。 S 為由核材料所引起的計數(shù)率。 只有當(dāng) AMG? 時 ,檢測裝置才會發(fā)出報警 ,說明探測區(qū)內(nèi)有核材料存在。 通常在進行檢測時被檢測人員以較慢的速度通過檢測區(qū)。由于檢測過程中人員在運動，在不同位置、不同時刻，所探測到的計數(shù)率不同。為了獲得高的探測靈敏度和低的誤報警率以及盡量減少檢測時間，采用了移動平均檢測法。采用移動平均法進行檢測時 ,每隔一個很短的時間Δ t便讀取一次計數(shù) Yi ,而將最近讀取的 4個計數(shù)的平均值 4 / ) Y Y Y Y ( M 3 i2 i1iii ???? (13) 作為移動平均實時計數(shù)值 ,當(dāng)經(jīng)過一個Δ t 時間 ,讀取一個新的計數(shù) 1 iY? 時 ,便以 1 iY?取代 3 iY ,這時移動平均的實時計數(shù)值則為： 4 / ) Y Y Y Y ( M 2 i1 ii1 i1 i ???? ?? (14) 報警判別是用最新的 iM 與最新設(shè)置的報警閾值 AM 相比較 ,只要 Ai MM? ,則認為通過人員攜帶有鈾、钚等核材料 ,便發(fā)出報警 ,否則繼續(xù)進行檢查。這樣 ,既能以探測東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 9 到最高計數(shù)率進行報警判別 ,又能減小統(tǒng)計漲落的影響 , 這在環(huán)境放射性監(jiān)測、通道式放射性監(jiān)測以及尋找丟失輻射源方面顯得尤為重要。 此外，還有另一種檢測甄別方法來判斷放射性是否超標，方法見下圖 2 和 3，即當(dāng)車輛通過檢測儀時本底 值的變化情況： 圖 2 無放射源車輛通過情況示意圖 （說明：由于車輛是金屬結(jié)構(gòu)，形成對天然本底的屏蔽，因此讀數(shù)比本底值小。） 當(dāng)車輛內(nèi)有放射性物質(zhì)時，檢測到的曲線如下圖所示。 圖 3 有放射源車輛通過情況示意圖 檢測儀的探測器不間斷地檢測天然放射本底值，并以 1/16 秒為單位進行修正，當(dāng)物體通過時，監(jiān)測和評估是否有放射性物品通過 ，當(dāng)檢測到的值與天然本底值比值超過 5%時（由用戶設(shè)定）儀器報警，所以通道式檢測儀得到的數(shù)據(jù)是車輛 通過時探測器監(jiān)測到的射線劑量與天然本底值的比率。 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 10 該系統(tǒng)對檢測到的放射性警報，劃分為 3 個水平：水平 1 是最敏感的警報設(shè)置，表示檢測到的放射性劑量很弱，可能是由于車輛運動或天氣原因造成的環(huán)境本底值的變化而產(chǎn)生的警報，所以需要重新檢測。水平 2 是一個通常的報警設(shè)置，表示檢測到的放射性有一定劑量水平，需要引起足夠的重視。而水平 3 是一個較大值的報警設(shè)置，表示檢測到的放射性劑量很高，可以肯定存在放射性物質(zhì)或被污染的放射性物質(zhì)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作流程 檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 車輛通道式輻射在線監(jiān)測系統(tǒng)組成和功 能 由五個部分實現(xiàn)： 1)實時監(jiān)控， 2)智能報警， 3)故障檢測， 4)數(shù)據(jù)查詢， 5)系統(tǒng)管理。 1） 實時監(jiān)控：模塊負責(zé)采集各組 RPM（ radiation portal monitor） 中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)儲存到數(shù)據(jù)庫中，同時在遠程電腦上顯示管理器的狀態(tài)。支持聯(lián)網(wǎng)的照相機捕獲通過 RPM 的車輛圖像。圖像以標準 JPEG 圖像文件存儲，可記錄所有車輛，也可只記錄報警車輛。 2） 輻射報警：接收各通道 RPM 產(chǎn)生的報警信息，并在軟件界面上直觀顯示出來。并根據(jù)系統(tǒng)管理中的報警設(shè)定做出相應(yīng)的操作和反應(yīng)。所有的報警和操作 反應(yīng)均在數(shù)據(jù)庫中記錄。 3） 故障檢測：自動檢測后臺管理系統(tǒng)和各通道 RPM 的網(wǎng)絡(luò)連接。接收 RPM 產(chǎn)生的自檢故障信息，并在界面上給出故障的原因和處理建議。 4） 數(shù)據(jù)查詢：可進行實況顯示或調(diào)閱數(shù)據(jù)庫 (本底，報警及工作日志 )，可根據(jù)日期、報警及通道標號查閱記錄。還可打印報警記錄，根據(jù)用戶定義的日期和時間范圍打印報警記錄摘要，還可根據(jù)現(xiàn)場搜索的數(shù)據(jù)建立新的數(shù)據(jù)庫。 5） 系統(tǒng)管理：可進行操作員權(quán)限管理、系統(tǒng)參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)配置等操作 車輛通道式放射性檢測系統(tǒng)主要包括兩大部分 : ( 1) 入口檢測器 。 ( 2) 遠程監(jiān)控站。入口檢測器探測和分析放射性射線，將探測到的計數(shù) ( 每 0． 1 s 采集一次計數(shù) ) 與預(yù)先設(shè)置的報警閾值實時進行比較，如果超過了報警閾值則產(chǎn)生聲光報警。遠程監(jiān)控站收集入口檢測器和其它系統(tǒng)組件 ( 如車輛識別系統(tǒng) ) 的數(shù)據(jù)，向工作人員提供報警信息，存檔報警數(shù)據(jù)，控制入口檢測器的運行設(shè)置。 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 11 圖 4 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 5 系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu) 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 12 圖 6 探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 圖 圖 6 為系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)和探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具體來說，系統(tǒng)由兩個立式的機箱構(gòu)成 ,形成一個安檢門。每個機箱內(nèi)有多個探測器。單道分析器用來選擇合適的能量窗口 ,以減少其它干擾信號的影響。單道分析器的輸出信號經(jīng)整形 后由數(shù)據(jù)采集單元 (單片機 )計數(shù)并作報警判斷。當(dāng)車輛、人員到達或離開時 ,傳感器發(fā)出信號 ,以此來控制探測器進行本底測量還是車輛、人員檢測。若檢測過程中發(fā)出報警信號 ,則說明車輛、人員可能攜帶了放射性核素 。否則放行 ,系統(tǒng)重新進入準備狀態(tài) ,進行本底測量。 檢測系統(tǒng)的工作流程 下圖為檢測系統(tǒng)的工作流程圖 ： 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 通道式放射性檢測系統(tǒng) 13 開 始自 檢狀 態(tài) 是 否 正 常測 量 初 始 本 底初 始 本 底 測 量是 否 結(jié) 束 ？隨 時 更 新 本 底 并 按預(yù) 先 設(shè) 置 的 參 數(shù) 計算 報 警 閾 值是 否 進 行 參數(shù) 設(shè) 置 ？是 否 有 車 輛 或人 員 進 入 ？進 入 檢 測 狀 態(tài) ， 用 最 新的 4 個 測 量 數(shù) 據(jù) 進 行 移動 平 均 計 算 ， 并 將 計 算結(jié) 果 與 報 警 閾 值 比 較移 動 平 均計 算 結(jié) 果 是 否 大 于 報警 閾 值 ？發(fā) 出 報 警 ， 進 一 步進 行 檢 查是 否 還 需 要 檢 查 ？顯 示 故 障 ，排 除 故 障累 計 初 始 本 底并 顯 示 倒 計 時進 行 參 數(shù) 設(shè) 置放行 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 各種 通道式放射性檢測系統(tǒng)性能分析 14 4 各種通道式放射性檢測系統(tǒng)的性能分析 各種通道式放射性檢測系統(tǒng)的性能參數(shù) 論文將對 12 個不同型號的通道式放射性檢測系統(tǒng) 的各個性能參數(shù)的含義、各個性能對系統(tǒng)的作用以及對不同型號的檢測系統(tǒng)的性能參數(shù)進行對比研究和分析。 不同型號的通道式放射性檢測系統(tǒng)的性能參數(shù)表 1）：法國 saphymo 車輛通道式檢測系統(tǒng) 該系統(tǒng)是法國 saphymo 公司的一個產(chǎn)品， 系統(tǒng)，為檢測車輛、火車和集裝箱中的低放射源而特別設(shè)計。使用基于數(shù)字信號處理（ DSP）的塑料閃爍體探測器，數(shù)字化信號處理單元 ANDREA，再配合報警箱和欄桿機一起工作，可以達到完全自動進行集裝箱或者火車的輻射檢測。此外還可以選配中子探測器，用于監(jiān)控非法核材料走私。目前全球已有幾千套在使用。應(yīng)用于多種場所進出口處，如：核電站、研究中心、廢金屬處理行業(yè)、鋼廠、垃圾處理焚燒廠、醫(yī)院、國土邊境等。 圖 7 法國 saphymo 車輛通道式檢測系統(tǒng) 系統(tǒng)特點： ● 通過 ITRAP（ IAEA）， IRSID（ Arcelor）， CTHIR 等多個國際權(quán)威機構(gòu)認證； ● 低檢測下限； ● 最多可連接 8 個探測器； ● 全自動工作，毋需工作人員； ● 測量時本底衰減實時自動補償，低誤報警率； ● 苛刻環(huán)境下正常工作； ● 最新技術(shù)，快速信號處 理； ● 易使用和安裝； ● 毋需維護和刻度； 系統(tǒng)性能參數(shù)： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 各種通道式放射性檢測系統(tǒng)性能分析 15 表一：法國 saphymo 車輛通道式檢測系統(tǒng)的性能參數(shù) 探測射線 γ射線、 X 射線、可選配檢測中子射線 探測器類型 塑料閃爍體探測器、低噪音光電倍增管 探測靈敏度 本底水平為 Sv/h 下，增加 Sv/h， 1 秒內(nèi)報警；探測 能量范圍 50KeV～ 3MeV 工作溫度 － 10℃～ +50℃ 本 底 70nGy/h 探測概率 % 誤報警率 % 報警方式 超閾值聲、光報警 車 速 ≤ 10km/h 監(jiān)測 區(qū)域 高度： m～ 4m；寬度： 6m（雙側(cè)探測器） 防護等級 IP56 鉛 屏 蔽 厚的鉛屏蔽 測量時間 1s