【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 粒子穿透能力最弱，一張白紙就能把它擋住，因此，對(duì)于 α 射線應(yīng)注意內(nèi)照射，其進(jìn)入體內(nèi)的主要途徑是呼吸和進(jìn)食時(shí)，其防護(hù)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(hù) 如何防護(hù) β 射線 : β 粒子、其穿透能力比 α 射線強(qiáng)，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(hù)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(shí)應(yīng)采用屏蔽措 。 γ射線的防護(hù) 如何防護(hù) γ 射線： γ 射線穿透力強(qiáng)，可以造成外照射，其防護(hù)的施。方法主要有以下三種：（ 1）盡可能減少受照射的時(shí)間；（ 2）增大與輻射源間的距離，因?yàn)槭苷談┝颗c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(duì) 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(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 7 3． 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 核廢物和放射性物質(zhì)的擴(kuò)散將造成放射性污染，嚴(yán)重危害人類生存環(huán)境與社會(huì)公共安全。為防止核廢物和含放射性的物質(zhì)通過進(jìn)出口岸流入我國，從本世紀(jì)初開始，在沿海各出入境碼頭設(shè)置了監(jiān)測(cè)車載貨物放射性的裝置 ——— 通道式車輛放射性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由探測(cè)器和監(jiān)控系統(tǒng)組成，探測(cè)器部分使用基于數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）的塑料閃爍體或 CDM 中子探測(cè)器，監(jiān)控系統(tǒng)由信號(hào)處理單元 CTM 和計(jì)算機(jī)構(gòu)成（如下圖 1 所示） 塑料閃爍體探測(cè)器塑料閃爍體探測(cè)器信 號(hào) 處 理 單 元計(jì) 算 機(jī) 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(cè)裝置是利用射線探測(cè)器來探測(cè)放射性物質(zhì)通過時(shí)發(fā)射出的射線引起系統(tǒng)計(jì)數(shù)率的異常變化，從而實(shí)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(cè)放射性物質(zhì)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)沒有檢測(cè)物體時(shí)本底計(jì)數(shù)率采用特別的運(yùn)算方東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 8 法設(shè)定報(bào)警閾值以滿足對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏度、監(jiān)測(cè)速度和誤報(bào)警率的要求。當(dāng)檢測(cè)物體通過時(shí)，如果測(cè)量的放射性強(qiáng)度高于這個(gè)閾值，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警。 由于在任何環(huán)境中都存在γ本底 ,即使所探測(cè)的區(qū)域內(nèi)沒有核材料存 在 ,也會(huì)有γ本底計(jì)數(shù) ,而且這些本底會(huì)隨時(shí)間不斷變化 ,也就是在進(jìn)行檢測(cè)的過程中 , γ計(jì)數(shù)都包含著不斷變化的本底計(jì)數(shù)。于是在進(jìn)行檢測(cè)時(shí) ,如何判斷所探測(cè)到的γ計(jì)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(cè)方法的關(guān)鍵。雖然本底隨時(shí)間在不斷變化 ,但本底的變化服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 ,即本底計(jì)數(shù)的漲落超過平均本底計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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?bào)警閾值 ,便可以很低的誤報(bào)率來報(bào)警核材料的存在。報(bào)警閾值的設(shè)置見式 (11): 00A MN M M ?? (11) 式中 : AM 為報(bào)警閾值； 0M 為本底平均計(jì)數(shù)率； N 為置信系數(shù) ,可根據(jù)檢測(cè)要求和檢測(cè)環(huán)境來選定。通常 N 取 4～ 6。 N 選得愈高誤報(bào)率愈低 ,檢測(cè)靈敏度也愈低；反之 ,檢測(cè)靈敏度高 ,誤報(bào)率也高。 當(dāng)在檢測(cè)區(qū)內(nèi)有核材料存在時(shí)，檢測(cè)裝置的計(jì)數(shù)包括核材料所放出的γ所引起的計(jì)數(shù)和本底計(jì)數(shù) ,即 : S M G 0 ?? (12) 式中 : G 為檢測(cè)到的總計(jì)數(shù)率 。 S 為由核材料所引起的計(jì)數(shù)率。 只有當(dāng) AMG? 時(shí) ,檢測(cè)裝置才會(huì)發(fā)出報(bào)警 ,說明探測(cè)區(qū)內(nèi)有核材料存在。 通常在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)被檢測(cè)人員以較慢的速度通過檢測(cè)區(qū)。由于檢測(cè)過程中人員在運(yùn)動(dòng)，在不同位置、不同時(shí)刻，所探測(cè)到的計(jì)數(shù)率不同。為了獲得高的探測(cè)靈敏度和低的誤報(bào)警率以及盡量減少檢測(cè)時(shí)間，采用了移動(dòng)平均檢測(cè)法。采用移動(dòng)平均法進(jìn)行檢測(cè)時(shí) ,每隔一個(gè)很短的時(shí)間Δ t便讀取一次計(jì)數(shù) Yi ,而將最近讀取的 4個(gè)計(jì)數(shù)的平均值 4 / ) Y Y Y Y ( M 3 i2 i1iii ???? (13) 作為移動(dòng)平均實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值 ,當(dāng)經(jīng)過一個(gè)Δ t 時(shí)間 ,讀取一個(gè)新的計(jì)數(shù) 1 iY? 時(shí) ,便以 1 iY?取代 3 iY ,這時(shí)移動(dòng)平均的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值則為： 4 / ) Y Y Y Y ( M 2 i1 ii1 i1 i ???? ?? (14) 報(bào)警判別是用最新的 iM 與最新設(shè)置的報(bào)警閾值 AM 相比較 ,只要 Ai MM? ,則認(rèn)為通過人員攜帶有鈾、钚等核材料 ,便發(fā)出報(bào)警 ,否則繼續(xù)進(jìn)行檢查。這樣 ,既能以探測(cè)東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 9 到最高計(jì)數(shù)率進(jìn)行報(bào)警判別 ,又能減小統(tǒng)計(jì)漲落的影響 , 這在環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)、通道式放射性監(jiān)測(cè)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(cè)甄別方法來判斷放射性是否超標(biāo)，方法見下圖 2 和 3，即當(dāng)車輛通過檢測(cè)儀時(shí)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(duì)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(shí)，檢測(cè)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(cè)儀的探測(cè)器不間斷地檢測(cè)天然放射本底值，并以 1/16 秒為單位進(jìn)行修正，當(dāng)物體通過時(shí)，監(jiān)測(cè)和評(píng)估是否有放射性物品通過 ，當(dāng)檢測(cè)到的值與天然本底值比值超過 5%時(shí)（由用戶設(shè)定）儀器報(bào)警，所以通道式檢測(cè)儀得到的數(shù)據(jù)是車輛 通過時(shí)探測(cè)器監(jiān)測(cè)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(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 10 該系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)到的放射性警報(bào)，劃分為 3 個(gè)水平：水平 1 是最敏感的警報(bào)設(shè)置，表示檢測(cè)到的放射性劑量很弱，可能是由于車輛運(yùn)動(dòng)或天氣原因造成的環(huán)境本底值的變化而產(chǎn)生的警報(bào)，所以需要重新檢測(cè)。水平 2 是一個(gè)通常的報(bào)警設(shè)置，表示檢測(cè)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(gè)較大值的報(bào)警設(shè)置，表示檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 車輛通道式輻射在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成和功 能 由五個(gè)部分實(shí)現(xiàn)： 1)實(shí)時(shí)監(jiān)控， 2)智能報(bào)警， 3)故障檢測(cè)， 4)數(shù)據(jù)查詢， 5)系統(tǒng)管理。 1） 實(shí)時(shí)監(jiān)控：模塊負(fù)責(zé)采集各組 RPM（ radiation portal monitor） 中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)在遠(yuǎn)程電腦上顯示管理器的狀態(tài)。支持聯(lián)網(wǎng)的照相機(jī)捕獲通過 RPM 的車輛圖像。圖像以標(biāo)準(zhǔn) JPEG 圖像文件存儲(chǔ)，可記錄所有車輛，也可只記錄報(bào)警車輛。 2） 輻射報(bào)警：接收各通道 RPM 產(chǎn)生的報(bào)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(bào)警設(shè)定做出相應(yīng)的操作和反應(yīng)。所有的報(bào)警和操作 反應(yīng)均在數(shù)據(jù)庫中記錄。 3） 故障檢測(cè)：自動(dòng)檢測(cè)后臺(tái)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(jìn)行實(shí)況顯示或調(diào)閱數(shù)據(jù)庫 (本底，報(bào)警及工作日志 )，可根據(jù)日期、報(bào)警及通道標(biāo)號(hào)查閱記錄。還可打印報(bào)警記錄，根據(jù)用戶定義的日期和時(shí)間范圍打印報(bào)警記錄摘要，還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)搜索的數(shù)據(jù)建立新的數(shù)據(jù)庫。 5） 系統(tǒng)管理：可進(jìn)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(cè)系統(tǒng)主要包括兩大部分 : ( 1) 入口檢測(cè)器 。 ( 2) 遠(yuǎn)程監(jiān)控站。入口檢測(cè)器探測(cè)和分析放射性射線，將探測(cè)到的計(jì)數(shù) ( 每 0． 1 s 采集一次計(jì)數(shù) ) 與預(yù)先設(shè)置的報(bào)警閾值實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，如果超過了報(bào)警閾值則產(chǎn)生聲光報(bào)警。遠(yuǎn)程監(jiān)控站收集入口檢測(cè)器和其它系統(tǒng)組件 ( 如車輛識(shí)別系統(tǒng) ) 的數(shù)據(jù)，向工作人員提供報(bào)警信息，存檔報(bào)警數(shù)據(jù)，控制入口檢測(cè)器的運(yùn)行設(shè)置。 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)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(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 12 圖 6 探測(cè)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(cè)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具體來說，系統(tǒng)由兩個(gè)立式的機(jī)箱構(gòu)成 ,形成一個(gè)安檢門。每個(gè)機(jī)箱內(nèi)有多個(gè)探測(cè)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(hào)的影響。單道分析器的輸出信號(hào)經(jīng)整形 后由數(shù)據(jù)采集單元 (單片機(jī) )計(jì)數(shù)并作報(bào)警判斷。當(dāng)車輛、人員到達(dá)或離開時(shí) ,傳感器發(fā)出信號(hào) ,以此來控制探測(cè)器進(jìn)行本底測(cè)量還是車輛、人員檢測(cè)。若檢測(cè)過程中發(fā)出報(bào)警信號(hào) ,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(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài) ,進(jìn)行本底測(cè)量。 檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程 下圖為檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖 ： 東 華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 13 開 始自 檢狀 態(tài) 是 否 正 常測(cè) 量 初 始 本 底初 始 本 底 測(cè) 量是 否 結(jié) 束 ？隨 時(shí) 更 新 本 底 并 按預(yù) 先 設(shè) 置 的 參 數(shù) 計(jì)算 報(bào) 警 閾 值是 否 進(jìn) 行 參數(shù) 設(shè) 置 ？是 否 有 車 輛 或人 員 進(jìn) 入 ？進(jìn) 入 檢 測(cè) 狀 態(tài) ， 用 最 新的 4 個(gè) 測(cè) 量 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 移動(dòng) 平 均 計(jì) 算 ， 并 將 計(jì) 算結(jié) 果 與 報(bào) 警 閾 值 比 較移 動(dòng) 平 均計(jì) 算 結(jié) 果 是 否 大 于 報(bào)警 閾 值 ？發(fā) 出 報(bào) 警 ， 進(jìn) 一 步進(jìn) 行 檢 查是 否 還 需 要 檢 查 ？顯 示 故 障 ，排 除 故 障累 計(jì) 初 始 本 底并 顯 示 倒 計(jì) 時(shí)進(jìn) 行 參 數(shù) 設(shè) 置放行 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各種 通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng)性能分析 14 4 各種通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng)的性能分析 各種通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng)的性能參數(shù) 論文將對(duì) 12 個(gè)不同型號(hào)的通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng) 的各個(gè)性能參數(shù)的含義、各個(gè)性能對(duì)系統(tǒng)的作用以及對(duì)不同型號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究和分析。 不同型號(hào)的通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng)的性能參數(shù)表 1）：法國 saphymo 車輛通道式檢測(cè)系統(tǒng) 該系統(tǒng)是法國 saphymo 公司的一個(gè)產(chǎn)品， 系統(tǒng)，為檢測(cè)車輛、火車和集裝箱中的低放射源而特別設(shè)計(jì)。使用基于數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）的塑料閃爍體探測(cè)器，數(shù)字化信號(hào)處理單元 ANDREA，再配合報(bào)警箱和欄桿機(jī)一起工作，可以達(dá)到完全自動(dòng)進(jìn)行集裝箱或者火車的輻射檢測(cè)。此外還可以選配中子探測(cè)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(chǎng)所進(jìn)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(cè)系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn)： ● 通過 ITRAP（ IAEA）， IRSID（ Arcelor）， CTHIR 等多個(gè)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證； ● 低檢測(cè)下限； ● 最多可連接 8 個(gè)探測(cè)器； ● 全自動(dòng)工作，毋需工作人員； ● 測(cè)量時(shí)本底衰減實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償，低誤報(bào)警率； ● 苛刻環(huán)境下正常工作； ● 最新技術(shù)，快速信號(hào)處 理； ● 易使用和安裝； ● 毋需維護(hù)和刻度； 系統(tǒng)性能參數(shù)： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各種通道式放射性檢測(cè)系統(tǒng)性能分析 15 表一：法國 saphymo 車輛通道式檢測(cè)系統(tǒng)的性能參數(shù) 探測(cè)射線 γ射線、 X 射線、可選配檢測(cè)中子射線 探測(cè)器類型 塑料閃爍體探測(cè)器、低噪音光電倍增管 探測(cè)靈敏度 本底水平為 Sv/h 下，增加 Sv/h， 1 秒內(nèi)報(bào)警；探測(cè) 能量范圍 50KeV～ 3MeV 工作溫度 － 10℃～ +50℃ 本 底 70nGy/h 探測(cè)概率 % 誤報(bào)警率 % 報(bào)警方式 超閾值聲、光報(bào)警 車 速 ≤ 10km/h 監(jiān)測(cè) 區(qū)域 高度： m～ 4m；寬度： 6m（雙側(cè)探測(cè)器） 防護(hù)等級(jí) IP56 鉛 屏 蔽 厚的鉛屏蔽 測(cè)量時(shí)間 1s