多阈值能响补偿在ARD200剂量率仪中的应用

任熠 郭喜荣 郭强

摘   要：本文介绍了用多阈值能响补偿方法对剂量率仪进行能量响应补偿的原理，并通过在ARD200剂量率仪进行实验验证，使其满足国标和检定规程的要求。本方法可看出多阈值能响补偿方法可以有效减小低能辐射过响应造成的剂量测量误差，且无需其他形式的补偿方式，半导体探测器、闪烁体探测器的能响补偿有参考意义。

关键词：多阈值  能响补偿  剂量率仪

中图分类号：TL81                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0099-04

一臺理想的辐射监测仪表应该是不论射线能量大小，只要辐射量相同，其仪表的响应就应相同，但事实上仪器的响应总是随着射线能量不同而有一定的差异，响应对能量依赖性小，这种差异就小，即能响特性就好。

1  能响特性

能响特性是指辐射探测器的灵敏度与入射辐射能量的关系。最简单的标定方法是利用系列能点的单能γ辐射源标定其相应能点的灵敏度，然后拟合出灵敏度随入射粒子能量变化曲线。

1.1 能响特性的影响因素

（1）与探测器的制作工艺有关。

（2）防止电磁干扰及避光所使用的金属材料的固有遮挡有关。

（3）与探测器本身的质量能量吸收系数有关。

1.2 能响特性的相关规定

在GB/T4835.1-2012辐射防护仪器 β、X和γ辐射周围和/或定向剂量当量（率）仪和/或监测仪第1部分：便携式工作场所和环境测量仪与监测仪[1]，中规定，在能量80keV～1.5MeV相对于参考方向0°～45°，要求相对响应的变化限制为-29%～+67%。

1.3 常用能响补偿方法

1.3.1 能量补偿片

采用不同比例的铅锡片，进行试验和算法设计，计算开孔位置和开孔数量，来实现能响补偿。

1.3.2 多种补偿方式并用

采用补偿片+双探测器的补偿方式，双探测器一个设计为低能补偿探测器，上面贴铜箔，另一个为高能补偿探测器上面贴锡箔，通过实验调整铜箔和锡箔的厚度来对辐射仪表进行能量补偿。

1.3.3 G（E）函数方法

G（E）函数[2]的谱-剂量转换法，是通过软件来调整剂量率仪的能响，即先测出辐射的物理特性（能谱），然后通过专门的软件计算出所定义的剂量值。一般情况下，探测器输出脉冲简单按高度积分来测量剂量，通常不能得到平坦的能量响应。

G（E）函数方法提出在探测器的输出脉冲按幅度加权的修正方法，即在进行按脉冲高度积分的过程中引入一个加权函数，来调整能量响应。

2  多阈值能响补偿方法实现

2.1 方法提出

多阈值能响补偿方法是以G（E）函数为思路，进行简化应用。利用DAC转换器设置多阈值，该阈值分别连接到多个比较器中，比较器的另一输入端为探测器的信号输出端[3]，通过记录下每个比较器的输出脉冲数，并进行分析，计算出所需的能响因子，来实现能响补偿。

2.2 硬件设计

多阈值能响补偿方法，采用四路比较器和DAC转换器，如图1所示。

其中两路比较器为低能响应贡献所设计，两路比较器为高能响应贡献设计，两个比较器一个为下甄别阈值，一个为上甄别阈值，下甄别阈值的计数器减去上甄别阈值计数器为低/高能响应贡献区计数值[4]，示意图如图2所示。

2.3 阈值选择

ARD200剂量率仪的探测器采用SiPM+CsI组合，探测器在不同阈值区间（40mV）、不同能量同一剂量率下的计数率如表1所示。

通过不同能量不同阈值的灵敏度的标准偏差，选择标准偏差小的区间，确定为低能段的阈值区间：210～330mV且可通过灵敏度确定高能段的阈值区间970～1130mV。

2.4 计算能响因子

确定好阈值后，需要计算高能区和低能区的影响因子，为了减少低阈值区域高能部分的影响，则在计算低阈值区的计数时应减去高阈值区的计数值。不同能量不同阈值探测器的灵敏度如表2所示：先确定高阈值区的影响因子为1，确定后可通过规划求解求出低阈值区的影响因子。规划求解为EXCEL自带功能，实现方式如图3和图4所示。

通过规划求解，求出低能贡献区的影响因子为0.103，预期的能响曲线为图5所示。

3  方法验证

通过对无补偿的能响特性与多阈值能响补偿方法能响特性的曲线图进行对比，如图6和图7所示。

从测试图可以看出，多阈值能响补偿方法可有效地改善剂量仪的能响特性。

4  结语

通过实验结论可看出多阈值能响补偿方法可以有效减小低能辐射过响应造成的剂量测量误差，且无需其他形式的补偿方式（能响补偿片），只需DAC转换器和比较器就可实现，简单可行，此方法还需要进一步的多次实验验证才能确定其的适用性和其有效性，对半导体探测器、闪烁体探测器的能响补偿有参考意义。

参考文献

[1] GB/T4835.1-2012辐射防护仪器 β、X和γ辐射周围和/或定向剂量当量（率）仪和/或监测仪第1部分：便携式工作场所和环境测量仪与监测仪[S].

[2] 任晓娜，胡遵素. 用 NaI（Tl）探测器测量γ辐射场剂量特性的加权积分法研究[J]. 辐射防护，2003，23（2）：65-73.

[3] Lin Li， Anwen Long， Peng Xiao et al. An MVT based all-digital DAQ for energy determination[C]. Anaheim，CA：IEEE NuclearScience Symposium and Medical Imaging Conference （NSS/MIC），2012：1024-1027.

[4] 邢立腾，姜浩.多电压阈值采样方法在辐射探测器能量响应补偿中的应用[Z].江苏省计量测试学术论文集，2014（69）：101-104.