大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试_孟丹

　第27卷　第4期核电子学与探测技术

V ol .27　N o .4 2007年　7月Nuclear Electronics &Detection Technolo gy

July 2007

大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试

孟　丹,邓长明,程　昶,任　熠,宋称心,刘　芸

(中国辐射防护研究院,太原030006)

摘要:介绍了大面积塑料闪烁体探测模块的设计、研制及其组成,重点介绍大面积塑料闪烁体探测模块的性能测试。

关键词:塑料闪烁体;光电倍增管;探测器;辐射探测模块

中图分类号:　T L812.1 文献标识码:　A 文章编号:　0258-0934(2007)04-0752-04

收稿日期:2006-11-05

作者简介:孟丹(1982—),女,辽宁辽阳人,研究实习员,主要从事核军工、核电站辐射监测系统仪器仪表的开发研制工作

大面积塑料闪烁体探测模块(以下简称:辐射探测模块)采用大面积塑料闪烁体+光电倍

增管+电子学电路的设计。研制出的辐射探测模块经过了严格的光电倍增管坪曲线测试、效率测试、电源模块直流输出测试和辐射探测模块稳定性测试。同时,对模块工艺装配及性能等方面也做了检查和调试。该辐射探测模块可用于大面积γ射线检测装置,核电站、核设施等场所车辆、人员及衣物的γ射线侦检装置,大型工具污染测量、反恐放射性测量及放射性材料侦检装置等。

1　辐射探测模块组成

研制的辐射探测模块由探测器模块、电子学模块和电源模块三部分组成,采用大面积塑料闪烁体为探测器,接收到的γ信号进入光电倍增管、前置放大器后,转变成电信号,再经放大、成形、符合,输出标准TT L 电平。1.1　探测器模块设计

采用大面积塑料闪烁体+C R -120型/C R -105型光电倍增管+分压器+前放板的设计,

如图1所示,提供一路信号输出和一路高压输入。探测器模块整体示意图见图2。

图1　

光电倍增管组件

图2　探测器模块示意图

1.2　电子学模块设计

采用信号输入、主放、脉冲甄别、脉冲展宽、符合电路及0.1%高压等几部分电路组合设

计,主要功能是给光电倍增管提供高压,并对两个探测器的4路电脉冲信号进行放大、甄别,将每个探测器的两路信号符合后输出5V T TL 电平。电子学模块原理框图见图3。

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图3　电子学模块原理框图

1.3　电源模块设计

采用一体化不间断稳压电源,它是一种带有备电输入和充电电压的UPS ,它具有开关电源的诸多优点,交直流可实现零秒切换,输入电压AC 220V ,输出三组12V 直流电压,总功率60W 。UPS 电源模块带有开关,可关断交流输入时的直流输出,蓄电池上的开关可供备电输入时的直流输出。电源模块示意图如图4所示

。

图4　电源模块示意图

2　主要技术指标

1)探测器模块

塑料闪烁体型号:S T -401型,尺寸1000

mm ×250mm ×50mm ;探头外壳最大长度:250mm ;光电倍增管型号CR -120型/CR -105型;电压±12V ;高压0～1500V 可调;输出噪声有效值小于100m V ;工作环境:0～50℃。

2)电子学模块

电路模块尺寸300mm ×200mm ×40mm ;安装孔长290m m ×宽160mm ;输出电平5V T TL ,脉宽1μs ;符合时间1～3μs ;甄别阈0～11V 可调;输入电压12V ;最大功率6W ;工作环境:0～50℃。

3)UPS 电源

外形尺寸:A 型220mm ×120mm ×50

m m ;型号4NIC -UPS36+CD13.8;输入AC 50H z 220×(1±0.1)V ,DC 12×(1±0.2)V ;输出12V 5A ,13.8V 1A (充电电压);纹波系数:小于1.0%;功率:60W ;工作环境:0～50℃。

4)蓄电池

外形尺寸145mm ×165m m ×175mm ;型号A412/20G5;输出12V ;容量:20A 。

3　辐射探测模块性能测试

3.1　光电倍增管坪曲线测试

坪曲线是衡量光电倍增管性能的重要标志,在使用光电倍增管之前必须测量它,以鉴定其质量,并确定工作电压[1]。在本次测试中,分别测得了16个光电倍增管(前9号为C R -120型/其余为CR -105型)的坪曲线,如图5所示,

并提供了相应的光电倍增管工作电压,见表1。

在选取工作高压时,根据所得的坪曲线数据,从工作高压坪区和计数效率两方面考虑,工作高压选取坪区2/3的高压点。

测试条件:测量时间10s ;甄别阈-1V

。

图5　光电倍增管坪曲线图

由表1可看出,CR -120型光电倍增管工作高压在675～870V 之间,CR -105型光电倍增管工作高压在825—1010V 之间,且不同光电倍增

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管之间性能差异较大。

表1　光电倍增管推荐工作高压

编号0102030405060708推荐高压/V675675675685725675680775编号0910111213141516推荐高压/V8709001010850975920900825

另外,由于塑料闪烁体与光阴极接触的界面中存在着空气,为了尽量减少光线在闪烁体与光阴极窗界面的全反射,在测试过程中,选取15号和16号两个光电倍增管做实验,在光电倍增管光阴极上涂有耦合剂“硅油”,使从塑料闪烁体中发射出的光子有效地传给光电倍增管的光阴极[1]。测得的坪曲线如图6所示。

测试条件:时间10s;甄别阈-1V。

根据测得的坪曲线,15、16号光电倍增管推荐工作高压分别为875和750V。与图5对比,涂有硅油的光电倍增管工作高压都有所降低,且在相同电压下,计数值有所增大。

3.2　效率测试

将16个光电倍增管组件按对应编号逐一连接到塑料闪烁体的两端,分别测量每组探测器的本底符合计数和带源符合计数,由此得出符合净计数,从而计算出每组探测器的探测效率,见表2

。

图6　光电倍增管涂硅油坪曲线图

测试条件:测量时间10s;符合时间1μs;甄别阈-1V;放射源137Cs,45kBq

表2　辐射探测模块效率测试数据

电倍增管编号01、0203、0405、0607、0809、1011、1213、1415、16净计数平均值1619614587.514978.715062.711085.713016.711971.510483.5效率/%7.1986.4836.6576.6954.9275.7855.3214.659

由表2可看出,选用137C s源,45kBq,测试时间选取10s情况下,其辐射探测模块效率在4.659%～7.198%之间。3.3　电源模块直流输出测试

所选两块电源的直流输出为12V,分别对其进行3组的纹波测试,见表3。

表3　电源模块纹波测试数据

电源模块编号A200507162116472A200507162116473分组编号第1组第2组第3组第1组第2组第3组输出电压平均值/V12.07312.06912.07212.07112.07112.070纹波电压平均值/mV23.2819.8424.8628.0228.4329.34纹波系数平均值/%0.1950.1650.2080.2340.2370.244 由表3可看出,所选的两块电源模块中,每

块三组测试的纹波系数均在0.5%以内。

3.4　辐射探测模块稳定性测试

变异系数是对不同组数据进行离散程度的

比较,是模块稳定性的基本体现,需多次测量求

得,本次计算采用如下公式:

V=S/X=1

k-1∑k

i=1

(N-N)2/N

式中:S是k次测量值的标准偏差;N i是

第i次测量的净计数;N是k次测量的平均值。

通过测量每组对应编号探测器的符合净计

数值,计算出相应的变异系数值,见表4。

测试条件:测量时间:10s;

放射源选用137Cs,源强为45kBq。

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