KC761便携能谱分析仪/放射多用表/核辐射检测仪(内购链接,登录查看)

KC761放射多用表(标配)基于2.54cm3CsI传感器和9mm2PIN传感器,内置多道分析仪,可以显示能谱图、剂量率a,可以存储和导出能谱数据表,γ能谱标称b分辨率12.5%,典型b分辨率11.5%,标称能量漂移±(5%+20keV)@662keV,典型漂移±(2%+10keV)@662keV。

CsI传感器具有极高的灵敏度,高能γ效率远优于盖格计数器,可清晰展示环境本底辐射和各类微弱辐射。能够进行长时间积累,发现不同天然材料辐射大小的微小区别。

对于剂量率显示,自本底至100μGy/h采用能量补偿,精度良好,且提供以μSv/h为单位的剂量当量率(H10);自100μGy/h至10mGy/h无能量补偿,用于事件报告。

内置温度计和气压计,可显示通过气压换算得到的海拔高度。

省电设计,使用碱性干电池可连续开机工作300小时(优于10天)c

支持USB和POE供电,网口、蓝牙数据传输d,TF卡存储,可用于持续监测。

整机和传感器均采用防水设计,标称防水等级IP65(典型IP66),阻燃外壳,允许工作温度-20~65℃(其中0~50℃保证指标)。

保修1年。建议检定周期1年,建议储存寿命(不装电池)10年。

适用于e

◇能谱分析,核素识别f

◇周围剂量监测、传感网;

◇安保,生活环境辐射预警;

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a、KC761是基于能谱仪的放射多用表,剂量率读数仅供参考,不作保证。用户可以自行标定(设定系数)。
b、在本文中,标称值是保证值。典型值是大多数产品在常见场景能达到的水平,不作保证。
c、续航时间是背光关闭、本底辐射环境下的典型值,同时与电池品质、所开启的功能以及辐射的大小有关。随着软件的改进,该时间可以进一步优化。
d、这些功能尚未开放,需待新版本的软件发布后才能使用,在相应软件发布前购买的用户需自己进行软件升级。使用网口时,应当采用USB或者POE供电,因为这些功能的功耗超出干电池的经济负荷范围。
e、使用前请详细阅读用户手册。仅限专业人士按照手册及厂商的规定使用。非经授权的人员不可拆卸仪器。
f、核素识别功能尚未开放,参见d。

※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※

kc761_main_back.jpg

  能谱仪是一种功能强大的辐射测试仪器,通常用于测试射线的能量和大小。

  常见的盖格计数器是一种古老而简洁的仪器,它通常只能测定辐射的大小,提供非常有限的信息。为了明确辐射的性质,简便的办法是同时测定辐射的能量和大小,这就需要能谱仪。

  对于红外线、可见光、紫外线,以它的波长为横轴,大小为纵轴绘制的图叫光谱图。射线的能量与波长可以相互换算,波长越短(频率越高),能量越大。就伦琴射线或丙种射线而言,再用波长作为横轴不够直观,改用能量作为横轴,大小作为纵轴,绘制的谱图就是能谱图。

  除了丙种射线,其它辐射,例如甲、乙种射线,也存在能量高低之分,采用适当的技术也能获取它们的能谱。实体粒子射线穿过介质时,能量可以被衰减,因此不同的测试环境会得到不同的能谱图,通常建议在真空中测量。而可以粗略的认为丙种射线只有大小被衰减,能量始终保持不变。

  以可见光为例,大小(幅度)是指光有多亮;能量是指光的颜色,颜色和亮度是相互独立的概念。紫光的能量一定比红光高,但红光可以比紫光亮。

  能谱是识别核素、明确辐射性质的重要技术手段。不同的放射性元素,它和它的衰变产物发出的射线,具有特定的能量分布。测定射线的能谱,就能知道是什么东西发出的射线。

  盖格计数器很难在早期预警核事故或核尘埃。因为即便在同一地点,正常的本底辐射也会有较大波动,如果盖格计数器读数发生稍微的变化,并不能区分是正常的波动还是出现了核泄漏。换句话说,当能够用盖格计数器发现核泄漏时,情况已经比较严重了。能谱仪却可以提供更准确的信息——即使辐射的大小没有明显变化,只要发现了核反应堆里面才有的人工放射性核素,就能立即预警核事故或核爆炸。切尔诺贝利核事故时,欧洲国家起初就是因为发现了空气中存在131碘而警觉的。

能谱仪的原理

能谱仪常见的原理有两种:

  (1)用闪烁体将辐射转变为闪光,通过测量闪光的亮度和多少来间接测量,称为闪烁探测器。

  (2)用半导体将辐射转变为可移动的电荷,通过测量转移的电荷量来相对直接的测量,称为半导体探测器。

  本仪器对于丙种射线和中子(选件)采用第一种方法,对于甲、乙种射线采用第二种方法。

闪烁探测器

  闪烁体的成分是铊活化的碘化铯晶体(标配),或者某些选件。接受射线的照射之后,闪烁体会发出荧光,通常在可见光范围内。由于高能射线的光量子特点,每份射线照到晶体上都会产生一个闪光。闪光的颜色是由晶体成分决定的,闪光的亮度由入射射线的能量决定,闪光的多少(频繁程度)由入射射线的大小决定。由于闪光的颜色基本不变,仪器只需要关心闪光的亮度和多少。因此,现在的任务就变成了用某种设备把闪光转变为便于测量的电信号。

  但是闪光非常微弱,人眼必须完全适应黑暗后才可能看见。闪光的持续时间也很短,单次闪光只有几十到数百纳秒的宽度。为了探测它,就必须用到高灵敏度的光电传感器。本仪器使用硅光电倍增管(SiPM)来解决这个问题。它的灵敏度足够高,甚至可以探测到单个光子,但是输出电荷的随机波动较大。为了减少波动,可以使用多个SiPM组合成阵列。

  SiPM是以电荷量的形式输出的,它的输出波形是上升沿陡峭的脉冲,顶部只有纳秒级别的宽度。为了省电,本仪器采用模拟电路进行脉冲处理,电子线路会进行电荷-电压转换(Q-V转换)、脉冲成形(极零相消、S-K滤波)、峰值保持等工作,然后送进ADC采样。ADC完成一次采样后,CPU立即复位模拟电路,等待下一个脉冲的到来。极限情况下,每秒钟可以采集八万个脉冲,大约对应于1mGy/h的剂量率。超过此剂量率时,仪器就无法进行能谱分析了,只能粗略测量辐射强度。

半导体探测器

  半导体探测器的电路原理和数据处理方法与闪烁探测器几乎相同,不同的是,半导体探测器的转化过程可简写为“射线→电脉冲”,而闪烁探测器是“射线→闪光→电脉冲”。

  本仪器采用PIN管作为敏感元件,它基本没有电增益,因此需要配合极灵敏的静电放大器使用。PIN对能量较高的丙种射线不太灵敏,可用于测量较强的辐射,实现较大量程;它对甲、乙种射线要敏感一些,因此主要用它测量甲、乙种射线。不过由于PIN的有效面积较小,主要用于判断较强的甲、乙种辐射源,一般不适用于表面沾染的评估。

  甲、乙种射线都很容易被遮挡,尤其是甲种射线,几乎不可能穿透仪器的外壳,因此外壳上开有窗口。

  PIN对可见光敏感,窗口必须遮光,同时还需要防尘或防水。在窗口的内部,有最大5μm厚度的镀铝Mylar膜。在窗口的外面,覆盖着150μm厚度的不透光塑料片。出厂状态下,窗口可以透过能量较高的乙种射线,但无法透过常见的甲种射线。如果需要测量甲种射线或者能量较低的乙种射线,就要将塑料片撕去。此时,PIN管前方仅剩下窗口内部的Mylar膜,能量较高的甲种射线可以穿透,不过会损失能量和数量。

  撕掉塑料片后,在强光下依然会漏进微量光,因此不能在强光下使用。如需测试甲种射线的能谱,通常采用黑暗的真空环境。

  窗口内部的膜极薄,因此易损坏。除非特别必要,不要撕去窗口外面的塑料片。撕掉塑料片还会导致防水被破坏,不能达到设计的防水等级。

多道分析仪

  脉冲电压被ADC采集后,首先由CPU或特制的数字电路进行统计。以8位ADC为例,它的分辨率是256级(28)。统计的目地,是把每一级对应的脉冲数“数”出来,再在横坐标从0递增至255,纵坐标代表每一级脉冲数量的直方图上显示,即对电脉冲按其幅度进行分类。

  很久以前物理学界就存在对特定电压脉冲的数量进行计数的需求,以便检测特定事件。人们制作出一种计数装置,当特定电压范围的脉冲输入时,输出一个计数脉冲驱动累加器(早期存在多种办法,例如电磁铁带动机械装置、转换为积分电压后驱动刻度为数量的电压表头等)。对于其它电压则不响应。在研究中,一台这种计数器被称为一个通道,对应的产品叫做“单道分析仪”(SCA)。当需要更加全面的幅度分类时,使用几十上百台单道分析仪显得极为笨拙。1952年,原子仪器公司(Atomic Instrument Company,USA)推出一种集成了二十个通道的产品,使用了多道分析仪(MCA)作为名称。在这种仪器上,每个通道对应的电压范围称为道宽,一个电压所对应的通道则称为道址(CH)。

  多道分析仪只是名称沿用至今,其原理在近一个世纪的历史中发生了多次变化。当今的多道分析仪几乎全部基于商品模数转换器(ADC),区别主要在于用什么手段来捕捉极窄的脉冲。在ADC之前对脉冲进行展宽或峰值保持,以便低速ADC能加以采集,称为“模拟多道”;用高速ADC(通常采样率>50M)直接“硬扛”,再用高速数字芯片结合复杂的算法进行处理,称为“数字多道”。如果需要极端省电,目前只能使用模拟多道。KC761内有三部多道分析仪。

  脉冲的道址,也即脉冲电压代表了射线的能量。但是这种对应关系受晶体、光电器件以及采集电路的影响,存在一些非线性,通常需要函数拟合。不同的传感器有不同的拟合曲线,需要在生产时进行标定,求解函数的系数。有了这些系数,就能把道址换算为能量,并重新按线性或对数能量排列横坐标,得到能谱图。

  例如某仪器采到了1万个脉冲,其中1000道有9998个,333道有2个,于是就可以知道1000道对应的能量,例如1MeV的射线有9998份,而333道对应的382keV的射线有2份。如果能谱图按能量刻度,如上所述,每个刻度对应的道址不是严格均匀的。

能量分辨率

  不论什么探测器,由于其本身的物理特性所限制,得到的电压都存在抖动,比如很难出现9998份刚好3V的脉冲,实际只会是分布在比如2.5V~3.5V范围内的,接近于正态分布。统计之后,谱峰就会比射线的实际能量分布范围宽。一般使用相对半峰宽来描述能谱仪的性能,它是谱峰一半高度处的宽度与谱峰中心线绝对位置的比值,又称能量分辨率。分辨率数值越小越好,但传感器价格也越贵。本仪器标配丙种射线传感器的分辨率约为10.5%。

  由于能谱是对脉冲高度的统计,显然收集到的脉冲越多越好。为了迅速得到漂亮的能谱图,应调整仪器与放射源之间的距离,找到剂量率较大,但又没有超过量程的位置。

  目前,更高分辨率的传感器已开始流行碲锌镉(CZT)材料,高纯锗探测器(对丙种射线)依然是分辨率最高的。对于实体粒子,PIPS探测器和金刚石探测器也在飞速发展,后者也用于低能丙种射线的谱学测量。但是这些探测器的价格都较高,有的还需要高压电源或制冷,暂时无法用在KC761这类以新技术广泛普及为目标的产品中。

剂量率

  与盖格计数器类似,本仪器也根据脉冲的频繁程度来确定射线的剂量率。由于知晓脉冲代表的能量,可以根据传感器对不同能量射线的敏感度,对脉冲数目进行修正,得到尚属准确的剂量率,这种做法叫做能量补偿。另外,人体对不同能量射线的吸收能力有所不同,因此还可以得到剂量当量率。

  理想很丰满,现实是骨感的。任何仪器要想测得准确的剂量率都需要满足诸多前提条件,能谱仪也不例外。

(1)能量的影响

  射线引起的电脉冲必须高于一定电压才触发计数。如果门限设置得太低,噪音也会被视为脉冲,产生错误的计数。换句话说,射线必须具有足够的能量,对KC761而言,下限大约是30keV。如果低于30keV,就无法被测到;如果像医用X光机那样是一个从十几到几十keV的宽带谱,或者高能射线的低能康普顿散射,由于仪器会将30keV以下的部分直接抛弃,计数就会虚小。

  事实上,为了测得尽量低的能量,识别脉冲高度的门限已经设定得很低,一般只是刚刚高于绝大部分电气噪音。基于噪音的随机性,总会有一些进入门限而被计数,导致本底计数率和剂量率的误差较大。

(2)辐射强度的影响

  闪烁计数器适合于较窄的辐射强度范围,动态范围可比普通盖革计数器宽,但比采用了等候时间技术(TTC)的盖格计数器窄。由于闪烁计数器的效率很高,中等大小的辐射(例如1mGy/h)就超过了量程。超过量程之后,脉冲连成一片,看起来就没有脉冲了,因此即使有很大的辐射也会被测为很小。为了降低产生误导的概率,一但接近闪烁探测器量程,仪器立即切换至其它手段来避免漏警。仪器的强辐射测试能力,主要用于避免漏发告警,剂量率的可信度不高。

  在辐射十分微弱、接近本底时,噪音的贡献较大。此时应观测能谱图来判断有无本底之外的辐射,剂量率可能有较大误差。

  本仪器主要用于观察丙种射线的能谱,虽然提供剂量率显示,但仅供参考。对于甲、乙种射线和中子(选配中子传感器时),通常主要用于计数,它的剂量率受影响因素很多,不可轻信。

注意事项

(1)应保持仪器完整,避免带病工作。对性能有疑问时要及时校验,出现故障要停用和返修;外壳及其附件,如保护膜、橡胶塞、密封圈等若有缺损,可向制造商订购。

(2)保持清洁,可蘸清洁的水擦拭外壳,不可使用酒精或其它有机溶剂。注意避免污物流入键盘的缝隙。

(3)若仪器淋水,应先用吸水的材料擦干,再向前面板方向甩出键盘和扬声器孔中的积水。在擦干之前,不要打开橡胶保护塞。

(4)屏幕盖板是强化玻璃,若破碎,会有锋利碎片,需当心划伤。玻璃不可单独更换,如果受损,应更换前盖总成。

(5)仪器具有气密性。在气压急速下降时,机内空气可以顶开橡胶保护塞。在气压急速升高时,扬声器孔的隔水膜会受到破坏,应打开橡胶保护塞以平衡气压。

(6)拆装电池盖时,需要使用较大的力,要当心塑料棱角划伤手指。

(7)不要拆卸仪器。由于防水密封的缘故,仪器很难拆,若需加装选件,建议发回制造商办理。

(8)内含非常灵敏的放大电路,请远离电磁辐射。实施重要的测试时,需确保距离手机、对讲机等辐射源0.5米以上。避免和手机装在同一个兜里,也不要和对讲机挂在身体同一侧。

  PIN探测器特别敏感,稍有电磁场干扰就会产生误计数,例如靠近手机、对讲机、路由器、荧光灯、电蚊拍、电动车充电器以及任何劣质开关电源、劣质LED灯等,都可能引起误计数。在怀疑计数异常时,要注意排除周围电磁场干扰的可能。

  使用交流电源适配器时,该适配器应允许输出接地,并将其一端接地。某些开关电源(例如USB充电器)的输出存在高达数十伏的共模电压纹波,该电压纹波会通过局部对地电容的方式产生干扰,使仪器靠近金属、人体时出现错误响应。

(9)存放于儿童不能触及的阴凉干燥处。


[修改于 3个月0天前 - 2024/01/16 09:21:31]

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