[发明专利]具有放射源核素识别功能的伽马相机及核素识别方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，涉及一种用于进行放射源核素识别的伽马相机及放射源核素识别方法，尤其是涉及一种基于全吸收判断机制放射源核素识别的伽马相机及利用该相机进行核素识别的方法。

背景技术

放射性源项调查是核设施退役工程中必不可少的基础性工作，其目的是确定场所中放射性核素的数量、种类以及空间分布，为退役方案的制定提供参考和依据。在环境核辐射监测、核事故应急以及核反恐等领域中，也需要快速确定放射性物质的核素种类和位置分布。γ相机(伽马相机)是一种伽马(γ)射线成像装置，它可以快速获取γ辐射源的空间位置分布，因此在核设施退役去污、环境核辐射监测以及核事故应急等领域发挥着重要作用。放射性源项调查的常规流程一般是先通过伽马相机得到场所中放射性污染物质的总体空间分布，再通过伽马(γ)谱仪确定污染物所包含的具体核素种类。然而，该方法却无法得到具体的某一种核素的位置分布情况。如果伽马相机可以同时实现γ射线成像和核素识别功能，那么只需利用伽马相机就可以准确地知道场所中放射性核素的种类和每一种核素的空间分布；放射性源项调查过程将变得更加的简单、快捷，所获得的源项数据也将会更加的准确、完整。因此，为了实现高效的放射性源项调查目的，需要具备能够准确识别核素功能的伽马相机。

目前，大部分伽马相机如CARTOGAM、GammaVisor以及GammaCam等都只能得到γ放射源的二维强度分布信息，不具有核素识别功能。2003年，美国RMD公司发明了一种称为“DataCube”数据处理方法，并将其应用于RadCam2000TM伽马相机上。其基本思想是把γ射线的位置信息和能量信息结合起来进行存储，通过选定“能窗”，可以对特定核素的位置分布进行显示；通过选择“位置窗”则可对选定区域的γ能谱进行显示。英国的RadScan和中国原子能科学研究院研制的伽马相机也是在获取γ能谱的基础上通过“能窗”选择来得到不同核素的位置分布信息。2013年报道的法国CAE和CANBERRA公司合作研制的新一代伽马相机Medipix2仅通过设定不同阈值对γ射线在探测器产生的信号大小进行甄别，由此来实现简单的核素识别功能。总体上，当前具有核素识别功能的伽马相机本质上都是利用单个探测器测量得到γ射线的能量，再通过能窗的设定实现核素识别。

然而，由于γ射线与闪烁晶体的相互作用包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应三种可能过程。对于单个γ射线来说，如果发生康普顿散射或电子对效应的，那么γ射线在探测器中沉积的能量将不是γ射线本身的能量。反映在γ能谱上，则表现为能谱中不仅包括全能峰、还存在康普顿坪和逃逸峰。对于存在混合γ源的场所，能量较低的γ射线的全能峰必然是和高能γ射线的康普顿坪重叠在一起的。因此，通过设定“能窗”选取低能γ射线来进行位置显示时不可避免地会包含高能γ射线的康普顿散射本底，这种情况下得到的位置分布就不是所选定核素的真实位置分布。即，单纯通过能窗选取的方法不能有效地进行核素识别。因此，亟需一种能够快捷准确的进行放射源核素识别的伽马相机及核素识别方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有伽马相机及其核素识别方法进行核素识别时准确率低且使用便利性差的缺点，提供一种具有放射源核素识别功能的伽马相机及核素识别方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有放射源核素识别功能的伽马相机，包括依次相连接的探头单元、信号处理单元、数据采集单元和数据处理及显示单元，所述探头单元包括针孔准直器、主探测器、反符合探测器及屏蔽罩，所述屏蔽罩为四面及后侧的侧壁围绕而成具有前侧开口的罩体，屏蔽罩内为用于放置主探测器及反符合探测器的容腔屏蔽罩的前端设有针孔准直器，使得放射源的伽马射线仅能通过针孔准直器进入容腔中，针孔准直器与主探测器、反符合探测器隔有一定距离，所述反符合探测器围绕在主探测器的四面及后侧，所述主探测器包括闪烁体阵列及位置灵敏光电倍增管，位置灵敏光电倍增管设置在闪烁体阵列的后表面，针孔准直器与闪烁体阵列及位置灵敏光电倍增管同轴设置，以便使得光束通过针孔准直器直接全部入射到闪烁体阵列上；

信号处理单元包括依次连接的前置放大电路、增益调节电路、A/D采样电路及微处理器，用于对主探测器及反符合探测器的输出信号进行放大、滤波成形及A/D转换处理，并将处理之后的信号传递给数据采集单元；