技术领域
[0001] 本
发明涉及辐射探测领域，更具体地涉及一种
电离辐射探测装置及方法。
背景技术
[0002] 电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射总称，包括α射线、β射线、γ射线、
X射线、
中子射线等。电离辐射分为直接致电离辐射和间接致电离辐射，其中，α射线、β射线、质子等带电荷，可以直接引起物质电离；X射线、γ
光子和中子等不带电荷，但是在与物质作用时产生“次级粒子”从而使物质电离。随着核技术的发展，电离辐射在生活中的应用越来越普遍，比如，X射线探伤及测厚仪、医学上用的X射线诊断机、γ射线
治疗机、
核医学用的
放射性同位素
试剂等。然而，电离辐射因为其在人体组织内释放
能量，导致细胞死亡、损伤，甚至转
化成癌细胞，从而成为很多疑难
疾病的隐形杀手，对人体健康有很大的影响。因此，可以通过电离辐射探测进行电离辐射预警，避免或者减少人体遭受电离辐射的伤害。
[0003]
现有技术中通常采用辐射探测仪或者个人剂量仪等仪器探测电离辐射，市面上常见的个人
辐射剂量仪大都采用气体探测器盖革管或者固体探测器
硅半导体探测器，例如徕测仪器SMACH、Polimaster PM1621和THERMO EPD MK2。这两类探测器均只能对射线进行计数，却无法获取射线能量信息或其它精确的信息，因此会导致一些误计数，也无法分析得知射源信息。同时，目前市面上所使用的个人辐射探测和剂量仪，均是单一的
硬件设备，存储容量有限，数据
覆盖丢失，无法进行数据回溯和更精确的统计分析。
[0004] 因此，针对上述现状，有必要提出一种更精确更优质的电离辐射探测装置及方法，以便进行实时监测和统计分析。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种电离辐射探测装置及方法，从而解决现有技术中电离
辐射探测器功能单一且探测射源信息不全面的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种电离辐射探测装置，所述电离辐射探测装置包括辐射探测单元以及
数据处理单元，所述数据处理单元接收并处理所述辐射探测单元采集的数据，所述辐射探测单元包括：辐射探测模
块，所述辐射探测模块用于探测电离辐射射线并将所述电离辐射射线转换为闪烁脉冲
信号，所述辐射探测模块同时对所述闪烁脉冲信号
采样以形成闪烁脉冲信号采样数据；地理信息模块，所述地理信息模块用于采集所述辐射探测模块的实时
定位信息；以及数据存储与传输模块，所述数据存储与传输模块的输入端分别与所述辐射探测模块和所述地理信息模块的输出端通信连接以分别接收并存储所述闪烁脉冲信号采样数据以及所述实时定位信息；
[0007] 所述数据处理单元包括：数据处理模块，所述数据处理模块的输入端与所述数据存储与传输模块的输出端通信连接以接收并处理打包的所述闪烁脉冲信号采样数据以及所述实时定位信息；能量计算模块，所述能量计算模块的输入端与所述数据处理模块的输出端连接以通过处理后的所述闪烁脉冲信号采样数据以及所述实时定位信息标定能量信息；以及统计分析模块，所述统计分析模块的输入端与所述能量计算模块的输出端连接并根据所述能量信息以及所述实时定位信息进行统计分析并向用户展示分析结果。
[0008] 根据本发明的一个
实施例，所述数据处理单元还包括数据校正模块，所述数据校正模块的输入端与所述能量计算模块的输出端连接以对所述能量信息进行校正，所述数据校正模块的输出端与所述统计分析模块的输入端连接以向所述统计分析模块发送校正后的所述能量信息。
[0009] 根据本发明的一个实施例，所述辐射探测模块包括闪烁晶体、光电器件和采样模块，所述闪烁晶体与所述光电器件耦合，所述光电器件与所述采样模块通信连接。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述采样模块通过多
电压阈值采样方法对所述闪烁脉冲信号进行采样，所述多电压阈值采样方法中一个电压阈值对应两个时间点信息。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述地理信息模块采用GPS卫星定位系统或者北斗导航定位系统。
[0012] 本发明提供的电离辐射探测方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤S1：利用闪烁探测器探测电离辐射射线并将所述电离辐射射线转化为闪烁脉冲信号；
[0014] 步骤S2：采用多电压阈值采样方法对所述闪烁脉冲信号逐一采样以获得闪烁脉冲信号采样数据；
[0015] 步骤S3：采集所述闪烁探测器的实时定位信息；
[0016] 步骤S4：将所述闪烁脉冲信号采样数据以及所述实时定位信息送入数据处理单元；
[0017] 步骤S5：通过所述数据处理单元进行数据处理，能量计算，数据校正以及统计分析。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述闪烁探测器包括闪烁晶体、光电器件和采样模块，所述闪烁晶体与所述光电器件耦合，所述光电器件与所述采样模块通信连接，所述闪烁晶体用于探测并将所述电离辐射射线转化成可见光光子，所述光电器件用于将所述可见光转换成闪烁脉冲信号。
[0019] 根据本发明的一个实施例，所述闪烁脉冲信号采样数据包括采样点时间和电压信息，所述多电压阈值采样方法中一个电压阈值对应两个时间点信息。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述实时定位信息通过地理信息模块采集，所述地理信息模块采用GPS卫星定位系统或者北斗导航定位系统。
[0021] 根据本发明的一个实施例，在所述步骤S5中，数据计算采用直线指数模型或者双指数模型对所述闪烁脉冲信号进行分析以获取能量信息；数据校正包括能量信息校正和时间信息校正；统计分析包括对个人辐射剂量的时间和地理监测分析、对某地理
位置的辐射走势分析或者所面临的辐射源分析。
[0022] 本发明提供的电离辐射探测装置及方法能够快速、准确地探测电离辐射并精确地获取其射线能量信息，从而可推断所面临的射源；该装置能以较低的成本实现辐射信息的实时监测、数据处理以及统计分析等功能。本发明提供的电离辐射探测装置及方法可广泛应用于医院放射科、
加速器中心、核电站等辐射工作场所，以及普通的居民生活场所。本发明还可以实时获得精确的辐射信息，并将数据传送至
软件端进行精确的数据处理和统计分析，以多种形式展示人体所遭受的辐射情况，以便用户做出相应的处理。
附图说明
[0023] 图1是根据本发明的一个优选实施例的电离辐射探测装置的布置示意图；
[0024] 图2是根据本发明的一个优选实施例的电离辐射探测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0025] 以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
[0026] 图1为根据本发明的一个优选实施例的电离辐射探测的装置示意图，由图1可知，本发明提供的电离辐射探测装置包括辐射探测单元10以及数据处理单元20，辐射探测单元10包括辐射探测模块11、地理信息模块12以及数据存储与传输模块13，数据处理单元20包括数据处理模块21、能量计算模块22、数据校正模块23以及统计分析模块24，其中，辐射探测模块11用于探测电离辐射射线并将探测到的射线转化为闪烁脉冲信号，辐射探测模块11的输出端与数据存储与传输模块13的输入端通信连接以向数据存储与传输模块13发送闪烁脉冲信号采样数据；地理信息模块12用于采集辐射探测模块11的实时定位信息，地理信息模块12的输出端与数据存储与传输模块13的输入端通信连接以向数据存储与传输模块
13发送实时定位信息；数据存储与传输模块13用于接收并存储闪烁脉冲信号采样数据和实时定位信息，数据存储与传输模块13的输出端与数据处理模块21的输入端通信连接以向数据处理单元20发送打包的闪烁脉冲信号采样数据和实时定位信息；数据处理模块21用于对接收到的闪烁脉冲信号采样数据和实时定位信息进行数据处理，数据处理模块21的输出端与能量计算模块22的输入端通信连接以向能量计算模块22发送处理后的闪烁脉冲信号采样数据和实时定位信息；能量计算模块22用于对处理后的闪烁脉冲信号采样数据和实时定位信息进行计算以及标定脉冲能量，能量计算模块22的输出端与数据校正模块23的输入端通信连接以向数据校正模块23发送能量信息；数据校正模块23用于对能量信息和时间信息进行校正以获取更精确的能量信息和时间信息数据；统计分析模块24与数据校正模块23通信连接以用于对精确的能量信息数据进行统计分析，并向用户展示所需要的信息。
[0027] 更具体地，辐射探测模块11包括闪烁晶体、光电器件和采样模块，闪烁晶体与光电器件耦合，光电器件与采样模块通信连接，闪烁晶体采用
硅酸钇镥(LYSO)、溴化镧(LaBr3)、锗酸铋(BGO)、硅酸钇(YSO)或者碘化钠(NaI)等晶体，闪烁晶体用于探测并沉积电离辐射射线，将高能光子转化成可见光光子；光电器件采用常见的光电器件，比如
光电倍增管(PMT)或者硅光电倍增管(SiPM)，光电器件用于将可见光转换成
电信号，电信号经
过采样模块采样后形成闪烁脉冲信号采样数据；闪烁脉冲信号采样数据包括采样点时间和电压信息，比如，采样模块可为MVT(多电压阈值)采样模块，对于包含快速的上升沿和缓慢的下降沿的闪烁脉冲，一个电压阈值对应两个时间点信息。经过采样后的闪烁脉冲信号采样数据被辐射探测模块11发送至数据存储与传输模块13。
[0028] 值得注意的是，本发明中采用的闪烁晶体的尺寸和规格可以根据探测器的灵敏度、
精度等指标综合确定，其可采用尺寸为4mm×4mm×20mm或者2mm×2mm×13mm等的长方体形状，闪烁晶体阵列的规格为m×n个(m和n为数值相同或不同的自然数)，比如1×1、1×2、2×2、4×4、6×6个等。光电器件阵列的规格可采用x×y个(x和y为数值相同或不同的自然数)，比如1×1、1×2、2×2、4×4、6×6个等，依据需求而定。闪烁晶体与光电器件的耦合方式可以采用1对1耦合、1对多耦合或多对1耦合，比如，对于动态范围要求较大的情况下，可以采用1根晶体条和1片SiPM 1对1耦合连接。
[0029] 地理信息模块12可采用GPS卫星定位系统或者北斗导航定位系统，地理信息模块12采集辐射探测模块11的实时定位信息并发送至数据存储与传输模块13。
[0030] 数据存储与传输模块13将闪烁脉冲信号采样数据以及实时定位信息传送至数据处理单元20中的数据处理模块21，数据处理模块21通过相应的
算法如直线指数模型、双指数模型对闪烁脉冲进行分析并获取其能量信息，能量计算模块22基于能量信息进行计算并标定闪烁脉冲能量；数据校正模块23用于对闪烁脉冲能量信息以及时间信息进行校正以获取更精确的闪烁脉冲能量信息和时间信息数据；统计分析模块24用于对实时定位信息和闪烁脉冲能量数据进行统计分析，并且向用户展示所需要的信息。基于数据处理单元20已经接收和存储的信息，可以进行相应的统计分析，比如，以多种形式展示个人辐射剂量分时、分地点监测分析情况，对某地理位置的辐射走势分析等，也可推断所面临的辐射源情况。
[0031] 图2为根据本发明的一个优选实施例的电离辐射探测方法的流程示意图，由图2可知，本发明提供的电离辐射探测方法包括以下步骤：
[0032] 步骤S1：利用探测器探测射线并将射线转化为闪烁脉冲信号；
[0033] 步骤S2：采用多电压阈值采样方法对闪烁脉冲信号逐一采样；
[0034] 步骤S3：采集探测器的实时定位信息；
[0035] 步骤S4：将采样信息及实时定位信息送入数据处理单元；
[0036] 步骤S5：通过数据处理单元进行数据处理，能量计算，数据校正以及统计分析。
[0037] 具体地，在上述步骤S1中，射线为高能光子，包括X射线、γ射线等；探测射线采用的探测器为闪烁探测器，闪烁探测器包括闪烁晶体、光电器件和采样模块，闪烁晶体与光电器件耦合，光电器件与采样模块通信连接，闪烁晶体采用硅酸钇镥(LYSO)、溴化镧(LaBr3)、锗酸铋(BGO)、硅酸钇(YSO)或者碘化钠(NaI)等晶体，闪烁晶体用于探测并沉积电离辐射射线，将高能光子转化成可见光光子；光电器件采用常见的光电器件，比如光电倍增管(PMT)或者硅光电倍增管(SiPM)，光电器件用于将可见光转换成闪烁脉冲信号，闪烁脉冲信号经过采样模块采样后形成闪烁脉冲信号采样数据；闪烁脉冲信号采样数据包括采样点时间和电压信息，比如，采样模块可为MVT(多电压阈值)采样模块，对于包含快速的上升沿和缓慢的下降沿的闪烁脉冲，一个电压阈值对应两个时间点信息。
[0038] 值得注意的是，本发明中采用的闪烁晶体的尺寸和规格可以根据探测器的灵敏度、精度等指标综合确定，其尺寸可采用4mm×4mm×20mm或者2mm×2mm×13mm等，闪烁晶体阵列的规格为m×n个(m和n为数值相同或不同的自然数)，比如1×1、1×2、2×2、4×4、6×6个等。光电器件阵列的规格可采用x×y个(x和y为数值相同或不同的自然数)，比如1×1、1×2、2×2、4×4、6×6个等，依据需求而定。闪烁晶体与光电器件的耦合方式可以采用1对1耦合、1对多耦合或多对1耦合，比如，对于动态范围要求较大的情况下，可以采用1根晶体条和1片SiPM 1对1耦合连接。
[0039] 在步骤S2中，所述多电压阈值采样方法指通过采样模块对每个脉冲设置n(n为自然数)电压阈值，采样出2n个点的时间信息。其中，n的数值以及电压阈值数值可根据理论分析、经验所得或自适应的算法来确定。对所有脉冲可设置相同的电压阈值，也可采用自适应的方法设置不同的电压阈值。优选地，本实施例中采用3个电压阈值进行采样。
[0040] 在步骤S3中，探测器的实时定位信息地理信息模块采集，地理信息模块可采用GPS卫星定位系统或者北斗导航定位系统，地理信息模块采集探测器的实时定位信息并发送至数据处理单元；位置信息指探测器的实时定位信息。
[0041] 在步骤S4中，采样信息指步骤S2中的电压阈值信息及每个脉冲对应的时间信息。
[0042] 在步骤S5中，对闪烁脉冲的数据处理可采用直线指数模型或双指数模型对闪烁脉冲进行分析以获取其能量信息，数据校正包括能量校正和时间校正，通过数据校正获取更精确的能量信息和时间信息；统计分析包括对个人辐射剂量的时间和地理监测分析、对某地理位置的辐射走势分析或所面临的辐射源分析等。
[0043] 更具体地，在数据处理和能量计算的过程中，预先采用示波器采集足够射线样本的脉冲信号，对这些脉冲信号的脉冲形状进行分析建模以作为先验信息，这些脉冲信号的模型通常采用直线指数模型或者双指数模型。对采样过程中采集到的每个脉冲的采样点，使用该先验模型进行脉冲重建，计算每个脉冲的积分，用以表征能量信息。理论上认为脉冲能量与电荷量成正比，而闪烁脉冲的面积(即积分)可表征其电荷量。采样已知能量的标准射源，计算能量标定因子，脉冲积分乘以该能量标定因子，即可获得每个脉冲的精确能量信息。
[0044] 在探测精度要求不高而时间要求较高的情况下，对闪烁脉冲的数据处理优选地采用比较快速的直线指数方法。反之，采用双指数方法。
[0045] 本发明提供的电离辐射探测装置及方法能够以较低的成本获得非常精确的辐射信息，相应的辐射探测装置能够对辐射信息进行实时监测以及长期的数据追踪和分析，进行实时的预警，并能以非常直观、有趣的方式向用户展示多种统计信息等。可广泛应用于医院放射科、加速器中心、核电站等辐射工作场所，以及普通的居民生活场所等。
[0046] 以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明
申请的
权利要求书及
说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明
专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
