[发明专利]单GM计数管宽量程辐射探测方法

说明书

技术领域

本发明属于用计数管装置（G01T 1/18）技术领域，涉及利用单GM计数管实现宽量程辐射探测的方法。

背景技术

GM计数管是最常用的核辐射探测器，通常由它制作剂量仪。由于GM计数管在测量过程中受到死时间的影响，使其测量范围受到限制。为了实现宽量程（8个数量级以上）测量，通常采用两只GM计数管配合工作，其中一只是低量程计数管，另一只是高量程计数管，如实用新型专利《数字伽玛辐射探测器》（申请号：201020115617.5）就是采用两只GM计数管。实用新型专利《一种双GM计数管自动切换电路》（申请号：200920173193.5）还设计了一种高低量程的自动切换电路。

从原理上分析，GM计数管测量剂量率的基本原理是GM计数管产生脉冲的平均计数率与辐射强度或剂量率成正比。当辐射强度或剂量率较高时，平均计数率与辐射强度之间存在非线性关系。当辐射强度或剂量率很高时，还会出现辐射强度或剂量率升高时平均计数率下降的奇怪现象。出现非线性关系的主要原因是GM计数管放电时存在死时间，即在一次放电后某段时间内GM计数管不会因为粒子入射而产生脉冲输出，使得GM计数管实际工作时间小于计算计数率所采用的时间。通常可以采用死时间校正的方法来校正剂量率。在辐射强度或剂量率很高时出现剂量率升高而平均计数率下降的原因主要是实际电路中脉冲输出幅度受恢复时间的影响。在实际电路中，通常判断脉冲是否存在的依据是输出信号的幅度，当剂量率过高时，不断有粒子射入GM计数管使之放电。当一个脉冲输出后，死时间刚刚结束且GM计数管还未恢复，又有新的粒子入射，使GM计数管继续放电，最终导致脉冲输出幅度过低，电路无法准确判断输出脉冲的数目，这便出现剂量率增大而计数率减小的奇怪现象。如果存在一种电路能够准确判断出所有输出脉冲，那么可以用死时间校正的方法较为准确地计算出剂量率。

由核辐射探测原理可知，死时间结束后，GM计数管又恢复了探测能力。死时间校正方法的实质是计算GM计数管具有探测能力时间内输出脉冲的平均计数率。所以采用一定的方法，使GM计数管在死时间内停止工作，并且使其输出的所有脉冲都有较高的幅度，便能同时减小死时间与恢复时间对测量结果的影响，使低量程的GM计数管能对高剂量率进行测量，大大扩展GM计数管的量程以达到8个数量级以上。

本发明从死时间校正的基本原理出发，采用硬件死时间消除与软件分段插值校正相结合的方法实现GM计数管的量程扩展。

发明内容

本发明通过控制加到GM计数管两极的高压实现低量程GM计数管的死时间消除，并通过计数率计算与分段插值方法实现宽量程探测。该方法可分为两部分，第一部分为电压控制部分，第二部分为剂量率计算部分。

电压控制部分可分为三个阶段：

（1）       刚开始时GM计数管两极的电压为工作电压，GM计数管具有探测能力；

（2）       当有粒子入射时，GM计数管产生电流形成脉冲，后续电路检测到该脉冲后迅速降低GM计数管两极的电压，使GM计数管工作在起坪电压以下，GM计数管丧失探测能力，GM计数管内由粒子入射产生的带电粒子已在较低电压的作用下完全飘移至GM计数管的两极；

（3）       稍作等待后升高GM计数管两极的电压升至工作电压，GM计数管重新恢复探测能力，即GM计数管回到第（1）阶段。

GM计数管工作的理想电压及脉冲波形见附图1所示。由附图1可以看出，阶段（1）发生在AB段，此时GM计数管具有探测能力；阶段（2）发生在BC段，此时电路检测到脉冲信号，并降低GM计数管两极电压，带电粒子飘移至GM计数管两极；阶段（3）发生在CD段，其中在C时刻GM计数管内带电粒子已全部飘移至GM计数管两极，设置该阶段的目的在于保证带电粒子全部飘移至GM计数管两极。在阶段（2）、（3）内因GM计数管两端电压较低，即使有粒子入射也不会产生雪崩放电现象，即GM计数管丧失探测能力；D时刻以后，GM计数管重新工作，回到阶段（1）。在GM计数管工作期间，即阶段（1）内的平均计数率与辐射强度或剂量率之间存在一定关系。由背景技术分析可知，该测量方法实际只计算了GM计算管工作期间内的计数率，且测量中不会受恢复时间的影响，所有脉冲幅度均能被电路所检测，所以理论上辐射强度或剂量率与工作期间内的平均计数率成正比。

实际应用中，剂量率计算部分可分为两个步骤：

（1） 计算粒子入射的平均计数率按下式计算：