一种行人放射性检测装置的研制

王强　刘海琴

摘 要：文章研制了一套行人放射性监测装置，该装置由CsI（Tl）闪烁体、日本滨松的H8500C光电倍增管、高压电源、低压电源、前端电子学、数字电子学、显示装置等组成，用于检测放射性恐怖活动和放射性物质非法转移。

关键词：CsI（Tl）；放射性；探测器

行人放射性监测装置[1]是一种用来防止放射性恐怖活动和放射性物质非法转移的有效工具。检测通过的人员是否非法携带放射性物质，主要应用在海关、机场、火车站等处对出入的行人极其行李、包裹进行检查。它在有效控制放射性材料、防止放射性材料扩散等方面起着重要作用。

放射性物质一般会有较强的γ射线放出，可以通过检测γ射线来实现对核材料的监测。CsI（Tl）[2]闪烁体常用于γ射线探测，有性能稳定、机械强度高、易于加工、不宜潮解、耐辐照等优点。CsI（Tl）闪烁体的探测效率虽不如NaI（Tl）[3]闪烁体高，但其很难潮解，且封装容易，价格便宜。与塑料闪烁体相比，CsI（Tl）闪烁体具有重量轻，体积小，探测效率高，且能进行核素识别等优点。

1 工作原理

1.1 检测原理

本装置是通过探测放射性物质发射出的γ射线来实现对这些物质的检测。γ射线进入CsI（Tl）闪烁体中，使原子（或分子）激发，受激原子在退激过程中发光。光子穿过闪烁体、光导，一部分到达光电倍增管的光阴级，在光阴级上打出光电子，光电子经过光电倍增管各倍增极的倍增，产生一个电脉冲信号，这些信号经过前置放大和滤波成形电路，再经过数字电子学的处理，然后被记录，其计数率与γ射线的强度相关[4]。因此通过检测此脉冲信号的计数率的变化来判断被被检测区域是否有放射性物质存在。

1.2 检测方法

本装置采用总计数率来确定通过检测区域的行人受否携带放射性物质，每产生一个脉冲计数一次，1s为一个时间间隔，每1s通信一次，统计每1s的计数是否有明显的变化。报警阈值是可调的，在进行检测时，应根据所测的本底设置报警阈值[5]，将探测器探测到的计数与设置的阈值作比较，高于阈值时则启动报警装置，认为放射性异常，需要进一步核查。

2 装置组成

行人放射性检测装置结构构成图如图1所示，由探测器、数字电子学、高低压电源、数据处理显示和报警装置组成。探测器由上海翌波的CsI（Tl）闪烁体、日本滨松的H8500C光电倍增管、前置放大和成形电路组成；数字电子学由ADC模数转换、FPGA、网络模块等组成；高低压电源包括能提供0-1500V的高压电源、为前放电路和数字版供电的低压电源组成；数据处理显示由计算机完成；报警装置实现声光报警。

3 实验

3.1 实验装置组成

整个实验装置构成如图2所示，由CsI（Tl）探测器、数字板、高压电源、低压电源、电脑组成。

文章实验采用了两种探测器，1#探测器如图3所示，它是由48mm×48mm×48mm的CsI（Tl）晶体和H8500C光电倍增管耦合组成，2#探测器如图4所示，它是由48mm×96mm×24mm的CsI（Tl）晶体和H8500C光电倍增管耦合组成。

3.2 实验过程

3.2.1 1#探测器本底测试

探测器部分不做屏蔽，在整个系统稳定运行后，采集300s本底计数数据，一共采集3次，每次采集时间间隔1小时，每次计数的平均计数如表1所示。从表1中可以看出每次平均本底计数基本稳定。

3.2.2 1#探测器铅屏蔽后本底测试

行人放射性检测装置主要用于监测行人通过监测区域是否携带放射性物质，考虑到探测器的感兴趣区域，同时为了减少其他方向的射线对系统的影响，如图2中探测器部分所示，将探测器的其他5个面用50mm厚的铅砖屏蔽。待整个系统稳定运行后，采集300s本底计数数据3次，每次采集时间间隔1小时，每次计数的平均计数如表2所示。从2表中可以看出屏蔽后每次本底平均计数基本稳定。

3.2.3 1#探测器铅屏蔽后有源测试

在系统稳定运行后，使用1μCi的Na-22源进行检测，距离探测器水平距离0.5m，采集120s有源计数数据，有源情况下的平均计数为138.5个。图5是1#探测器在本底和有源情况下计数随时间的变化曲线，从图中可以看出，在40s与60s之间有个较大的计数峰，它高于有源情况下的几个计数。在这种情况下如果报警阈值设定较低，会差生误报警；如果报警阈值设定较高，会产生漏报警的情况。

3.2.4 2#探测器铅屏蔽后本底测试

针对上面探测器本底的计数会高于有源计数的情况，设计了如图4所示的2#探测器，将探测器的有效探测面积增加一倍。如图6所示，将2#探测器其他5个面用用50mm厚的铅砖屏蔽。开机待整个系统稳定运行后，采集300s本底计数数据3次，每次采集时间间隔1小时，每次的平均计数如表3所示。从3表中可以看出铅屏蔽后每次本底平均计数基本稳定。

3.2.5 2#探测器铅屏蔽后有源测试

在系统稳定运行后，使用1μCi的Na-22源进行检测，距离探测器水平距离0.5m，采集120s有源计数数据，有源情况下的平均计数为213.1个。图7是2#探测器在本底和有源情况下计数随时间的变化曲线，从图中可以看出，有源计数的最小值大于本底计数的最大值，我们可以将报警阈值设为它们之间的一个值，高于这个值，就意味着存在放射性物质。在计数稳定的情况下，再次使用放射源进行监测，距离探测器水平表面0.5m，攜带Na-22放射源以1.2m/s的速度通过，搜集整个过程的数据，整理数据得到如图8所示。可以明显发现在60s与80s之间有一个较大的计数峰，远高于本底计数。

4 结束语

行人放射性检测系统可以有效检测行人是否携带放射性物质，实验表明，适当增加CsI（Tl）探测器的有效检测面积，可以降低统计涨落误差，将较低下限的放射性物质检测出来，并能减少误报警率，提高检测装置的稳定性和可靠性。

参考文献

[1]GB/T 24246-2009.放射性物质与特殊核材料检测装置[S].

[2]Ruo-fu C，Rui-rui FAN，Jian-song W，et. Property measurement of the CsI（Tl） crystal prepared at IMP[J].Chinese Phys C，2008，32（2）：135-138.

[3]徐克尊，等.粒子探测技术[M].上海：上海科学技术出版社，1981.

[4]赵荣生，张文良，吕钊，等.人员出入口核材料检测装置的研制[J].原子能科学技术，2005，39（5）：455-457.

[5]吕海泉，蔡小波，段敬彬，等.通道式辐射检测装置设计与主要性能研究[J].舰船防化，2013，3：39-42.