r剂量率测量仪的研制
探头GM管得到的每秒计数值(CPS)需要经过运算才能转换为剂量率的的单位为微戈瑞每小时(μGy/h),转换公式为:

其中D是剂量率,单位是μGy/h;K是探头灵敏度,常数;t是死时间(dead time),单位是s;N是每秒计数值,即每一秒GM管受辐射而产生脉冲个数。对于低量程探头(ZP1210),t的取值范围是50~80μs,K的取值范围是2.5~3.2;对于高量程探头(ZP1304),t的取值范围是21~35 μs,K的取值范围是O.030~0.040。高低GM管的ι,K均可在主机通过菜单设定,而每一套测量仪均需要做校准来设定ι,K值。由于ι,K是整个计算的重要参数,不能被使用者随意修改,因此在仪器设计时,添加了密码保护功能,进入ι,K的设定菜单需要使用者输入密码,密码验证通过才能修改ι,K参数。
由于放射性的随机特性,故由仪器所检测到的CPS会有抖动变化,主机程序对连续数次测量结果做平滑滤波处理,使得测量结果更准确。若是取平均的测量结果太少,平滑效果不佳;若是取平均的测量结果太多,那么会导致仪器相应速度变得很慢。因此综合考虑采取5个点的平均。
3 量程切换
低量程GM管ZP1210可以测量10-1~104μGy/h的辐射剂量,而高量程GM管ZP1304可以测量102~107μGy/h的辐射剂量。
量程切换见图5,主机根据从机得来的实时CPS数据运算得到以μGy/h为单位的剂量率结果,主机会检测连续的数次测量结果,当发现测量结果的变化趋势是从小于1200 μGy/h变到大于1 200μGy/h时,主机发送命令给从机,让从机对高量程GM测量计数值;当发现测量结果的变化趋势是大于800 μGy/h变到小于800μGy/h时,主机发送命令给从机,让从机对低量程GM测量计数。这样高低量程GM管测量切换分别发生在800μGy/h和1 200μGy/h两个位置,从而避免了在单一位置实施切换时容易发生振铃,频繁切换高低量程的情况出现。
当出现大剂量辐射时低量程GM管的高压应当关断,停止工作,以避免损伤低量程GM管,再加上为了节省电池电能,探头有必要对耗电的高压产生电路实施控制。主机发现测量结果小于800μGy/h时关断高量程GM管的高压、打开低量程GM管的高压,大于1 200μGy/h时关断低量程GM管的高压、打开高量程GM管的高压,大于800 μGy/h小于1 200 μGy/h时同时打开高低量程GM管的高压。高低量程GM管高压打开、关断控制切换图如图6所。
为了避免开机时,大剂量辐射损伤低量程GM管,开机时探头给高量程GM管加高压,关断低量程GM管高压,测量从高通道GM开始。探头的单片机SM89C52根据主机的命令来决定是否对于高低量程GM管加高压。
4 声光报警
由于射线的危险性,当环境的射线剂量大于一定值时,仪器需要给用户提示,提醒用户注意。用户可以设定仪器的报警阈值。当主机判别剂量值大于用户设定的阈值时,主机在液晶屏幕上显示"超过阈值"的报警提示,并且响起蜂鸣器。
主机在发现跟探头通讯失败后也需要报警提示用户去检查线路和探头。
5 结 语
环境γ剂量率测量仪研制成功,经校准后交付给用户,用户反映良好。本仪器主要用来对γ射线进行剂量率的测量并报警,也可应用于工业无损探伤、医院γ刀治疗、同位素应用、γ辐照、医院X射线诊断、钴治疗、核电站等放射性场所,提醒工作人员放射源或射线装置已处于工作或泄漏状态,从而保护工作人员的安全。
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