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L&WBC-1型肺及全身计数器

一、产品简介

L&WBC型肺及全身计数器是北京中智核安科技有限公司研制的新一代肺及全身计数器,具有测量人体肺部伽马放射性活度、内照射剂量和人体全身放射性水平的功能,也可以测量肝脏和腹部等的放射性,其整体性能达到国际先进,在肺部放射性活度测量方面达到国际领先。由于采用了无源效率刻度技术,极大提高了肺计数器的现场实用能力,是国际上唯一不需要人体体模就能够精确测量肺部活度的产品,其测量的准确性得到中辐院人体肺模型的检验。

二、系统组成、功能、性能和主要技术参数

系统结构和现场应用如图1

 


 

1 肺计数器测量人体模型现场应用

 

L&WBC的标准配置为450%效率N型高纯锗探测器、一个8升的NaI探测器、机械系统、控制终端与操作台、肺计数器能谱分析件、肺计数器无源效率刻度软件和人体内照射剂量评估软件组成,可以选配低本底屏蔽室。各部分的功能如下:

  • 高纯锗探测器用于测量肺部放射性核素的活度,测量结果作为全身内照射剂量评估的依据;
  • NaI探测器进行全身扫描,测量全身放射性计数;
  • 控制终端完成全部放射性数据的采集与处理;
  • 肺计数器能谱分析软件完成放射性能谱数据的采集与分析;
  • 无源效率刻度软件完成肺部测量的效率刻度因子计算,作为活度测量的基础;
  • 机械系统可以6自由度旋转,使得探测器与人体肺部保持规定的测量位置;
  • 内照射剂量评估软件在活度测量的基础上,根据IAEA相关标准,计算全身内照射剂量。

系统主要技术参数和指标如下:

  • 整个系统重量小于500kg
  • 系统尺寸:高1.6米,长1.8米(可扩展),宽1.2米;
  • 系统电源:200~250伏,50Hz
  • 系统功耗:启动时小于1200瓦,运行时小于1000瓦;
  • 使用温度环境:-10oC50oC
  • 使用环境相对湿度:2%~95%
  • 系统对典型核素的探测下限指标见表1.

 

1 L&WBC-1对典型核素的探测下限


核素

探测限(Bq(60S

探测限(Bq)(180S

Co-60

152

70

Cs-137

120

51

Cs-134

86

27


 

2.1高纯锗探测系统

配置四个50%效率N型(或者宽能型)探测器,两路多道电子学系统,两台电致冷装置,和两套铅屏蔽组成。

(1)高纯锗探测器 

  • 探测器采用超低本底冷指材料,具体指标如下:
  • 能量分辨率,对于5.9keV,小于800eV,对于1332keV,小于2.2keV 相对效率:>50%
  • 能量范围:3KeV10MeV

2)多道电子学系统

多道电子学系统为采用中智核安科技有限公司的GammaSpectrum1型多道,GammaSpectrum-1是北京中智核安科技有限公司推出的适用于实验室条件的HPGe谱仪,全部采用军用级器件,性能稳定可靠,在实验室中可以长期保持优秀的指标,其性能指标显著优于国外产品,为样品测量、科研实验提供保障。

3)电致冷装置

  • 尺寸:31.8×31.8×28cm
  • 重量:21.4kg
  • 电源:交流220~250V50Hz
  • 制冷剂:混合气体,不含CFC
  • 连接软管:压缩机机箱和冷头由3米长软管连接;
  • 使用环境温度:-10oC50oC
  • 使用环境相对湿度:2%~95%

4)铅屏蔽

包裹在探头外,形成一个小范围的低本底环境。重量200公斤。

2.2  NaI探测器

  • 作为全身计数探测器,放置于测量床下,进行全身扫描,技术参数和指标如下:
  • 晶体尺寸:4英寸×4英寸 ×16英寸探测器;
  • 能量分辨率:对于Cs-137661keV能量,为7%
  • 多道:4096道;
  • 扫描时间:按照国际ANSI N13.30标准,一分钟完成全身扫描;
  • 重量:不大于30kg

2.3 机械结构

L&WBC-1的机械结构如下图2,主要完成高纯锗探测器支撑与位置调整,人体承载,全身扫描探测器轨道固定等功能。机械系统的六自由度定位可将探测器定位于精确的角度和位置,与四个低能高效率探测器相配合,实现探测效率的最大化,并降低肺部钚铀等放射性核素的探测限。较大的活动范围,可实现对其他器官的测量,如甲状腺、肝脏等。

 

 

                                                                       图2  L&WBC-1机械结构图

主要技术参数:

  • 重量:不大于500kg(除低本底整体屏蔽室以外);
  • 尺寸:高1.6米,长1.8米(可扩展),宽1.2米;
  • 材料:不锈钢;
  • 探测器前后运动范围:50厘米;
  • 探测器6自由度旋转,在任意角度可固定;
  • 全身扫描探测器控制电机:伺服驱动器,MR-J3-A,三菱,200瓦。

2.4   肺计数器数据采集与能谱分析软件

    肺计数器数据采集与能谱分析软件 GammaSharp为新一代HPGe能谱分析软件,采用一键式全自动能谱分析功能为用户提供初步的样品放射性核素识别和活度信息,在此基础上提供交互分析功能,实现能谱的精确分析。GammaSharp软件内置3000余种γ放射性核素同位素谱线系,来自ENSFEvaluated nuclear structure data file)的核素库,其射线分支比等信息精确可靠。软件可直接读取GSCOCH计算得出的效率刻度结果并自动进行核素识别,活度计算,并给出活度最小可探测限。最多可同时获取十个实时能谱。肺计数器软件主界面如下图3所示。

3 肺计数器能谱分析软件典型界面

   

2.5 内照射剂量评估软件

GammaSharp软件分析的结果可被剂量计算软件调用,计算被测量人所受内照射剂量,内照射剂量评估软件界面如下图4所示。其中的模型采用IAEA的相关标准。

 

4  剂量计算软件界面

 

2.6 无源效率刻度软件

肺计数器活度测量的基础是效率刻度,肺的效率刻度非常困难,目前一般采用人体体模,并结合数百块点源,这种方法的缺点是价格非常昂贵、需要大量的辐射源、不准确。中智核安科技有限公司为此开发了具有国际领先水平的无源效率刻度软件,经过了中国辐射防护研究院3个体模的检验,误差在6%以内,大大提高了肺计数器的现场应用能力,极大降低了肺计数器的使用难度。

效率刻度因子计算软件GSCOCHV1.0基于人体胸部CT扫描数据计算效率刻度因子,解决了肺部放射性核素活度测量的最大瓶颈,实现了放射性活度精确测量。获得人体CT数据后,GSCOCH可自动提取肺部模型,对肺部进行标记,然后利用数值计算的方法,快速给出效率刻度因子,相对于传统的蒙特卡洛方法节省了上百倍的时间。GSCOCH具备胸壁厚度调整功能,对于没有CT数据的测量对象,可以在参考人模型基础上通过调整实现测量个体的效率刻度因子计算。GSCOCH可在全能谱范围内的能量进行刻度,实验检验该软件的最高误差仅为6%GSCOCH软件典型界面如图5所示意,计算结果与MCNP程序的比较如图6

5  肺计数器效率刻度因子计算软件GSCOCH典型界面

6 效率曲线计算结果

 

三、LC-1技术特点

  • 采用无源效率刻度软件,不需要昂贵的人体体模即可以开展精确测量,使得肺计数器的可操作性强,很容易实际应用;
  • 不仅可以测量肺,也可以测量甲状腺等其他器官;
  • 具备全身计数扫描测量功能;
  • 测量的自动化程度高,自动生成报告;
  • 测量与内照射评估一体化;
  • 测量程序符合IAEA相关标准。

四、主要应用领域

该系统主要应用于核事故应急测量,放射性从业人员内照射检查等领域,疾病预防与控制中心作为核应急设备等。