ORTEC核检测设备【高教课件】

1、ORTEC测量系统核行业实验研究及检测,1,需求与应用(以核电为例,一回路在线监测系统用于在线监测核燃料原件是否存在破损基于HPGe的燃料原件在线监测系统； 化学回路的在线监测与实验室分析总放水平与（中）高活度复杂样品的分析HPGe与NaI 谱仪； 环境实验室环境本底调查，低活度样品的分析，需要降低最低检出限HPGe谱仪()，低本底计数器(/ ) ； 保健物理人员内照射剂量水平评估基于NaI的全身计数器，基于HPGe的器官计数器； 核废物核废物的处置基于HPGe的废物桶/箱测量系统； 核应急对核泄漏的实时监测基于HPGe的各种实验室与现场测量系统（如HPGe核素甄别器）； 各种现场测量土壤，废

2、物桶/箱，管道，建筑物（如墙壁，地板等）基于HPGe的各种现场测量系统,2,测量应用(1,1、测年分析（实验室测量系统） 2、环境放射性本底监测（实验室测量和现场本底调查） 3、人员内照射剂量水平评估（全身/器官计数器） 4、核废物的处置（废物桶/箱测量系统） 5、核应急监测（实验室与现场测量系统） 6、实时在线监测（实验室与现场测量系统） 7、国土安全（现场测量系统） 8、食品监测（实验室快速检测系统,3,实验室测量环境取样测量： HPGe与NaI 能谱仪（，原样分析）； 低本底/正比计数器（ / ，制样分析）； 谱仪（ ，制样分析）； 现场测量现场本底调查： HPGe核素甄别器，现场能谱仪

3、（ ，原样分析）； 车/船载单路低本底/正比计数器（ / ，制样分析）,测量应用(2,4,放射性：Cs-137，I-131，Ra-228，Ra-226，Pb-210(46keV)，Th-234 ，U-234，U-238等 放射性：Sr-90 放射性：Ra-226，U-234，U-238，Th-232， Th-230， Pb-210,主要监测的核素,5,ORTEC能提供哪些系统,实验室仪器 HPGe 能谱仪 NaI 能谱仪 多路低本底/计数器 多路Alpha谱仪 便携式仪器 便携式NaI/LaBr 能谱仪 便携式HPGe 能谱仪：HPGe-LN2 液氮制冷；Trans-Spec系列；Detect

4、ive系列核素甄别器；ISO-CART-85移动测量系统； 集成系统 WBC全身计数器 Auras-3000放射性废物箱、桶测量系统,6,一、实验室仪器,HPGe 能谱仪 NaI（LaBr ） 能谱仪 多路低本底 / 计数器 多路谱仪,7,1 HPGe 能谱仪,8,HPGe 能谱仪的功能及市场定位,系统功能： 核素的准确识别与精确定量分析 市场定位：实验室样品分析，现场快速分析，核辐射应急测量，户外连续测量，在线核素定性定量分析 目标用户：有任何核素精确定量分析需求的用户：环保，疾控，出入境，建材，大学，科研院所，放化分析等相关领域 可检测的样品种类：土壤，水质，空气等可取样物质。如是不可取样

5、设备可选择现场测量系统,9,一套完整的HPGe 能谱仪包括哪些部分,10,HPGe 能谱仪的基本构成,HPGe探测器（含HPGe晶体、前置放大器和场效应管） 数字化谱仪（高压模块、主放大器、多道分析器、低压电源） 制冷系统（液氮或电或液氮回凝制冷装置） 铅屏蔽装置（铅室） 分析软件包（集硬件控制、能谱获取数据分析、报告生成和制冷保证于一体,11,HPGe探测器具有什么功能,探测器-传感器（一种信号转换装置） 放射性物质放出的 射线在探测器的灵敏体积内与物质相互作用，产生一定量的电荷。通过对此极少量电荷的处理来获知放射性物质的信息,Finished Crystal (Just a big pho

6、to diode) 90.4 mm diameter 104.9 mm length 3479 grams Boron Ion Implanted inner contact (shooting down the hole is tough!) Lithium diffused outer contact,12,LN2 Dewar,Germanium Crystal 95oK,FET at 120oK,Charge-Sensitive Preamplifier,HPGe探测器,1 patent,13,前置放大器具有什么功能,电荷灵敏前置放大器 收集电荷并转化成脉冲，输出幅度一般在毫伏级,14,

7、前置放大器,15,主放大器具有什么功能,简单说来，主放大器的功能就是信号的近一步放大，高斯成型。 输出幅度一般为0-10V,16,多道分析器具有什么功能,简单说来就是一种AD转换，把模拟信号转换成数字信号； 1024，2048,4096，8192，16384,A Nuclear ADC “captures” pulse heights and converts the height to a digital value,Once pulse height is converted to a digital value, the digital values are histogrammed t

8、o form a spectrum,Input,Measure this voltage and convert to a Digital Value,17,谱分析软件,18,HPGe探测器,HPGe探测器是ORTEC的立身之本。作为分辨率最优秀的 探测器，始终是核测量中精确分析的首要工具。 ORTEC最高能提供相对效率150%的P型探测器、175%效率P型优化探测器，和100%的N型探测器；高效率探测器对提高系统的信噪比，降低探测下限有着最直接的意义。这对于环境样品的准确分析尤其重要。 ORTEC严格遵照国际原子能委员会的ANSI/IEEE Std.325-1996标准，全面保证探测器的相对

9、效率、分辨率、峰康比和峰形等性能指标，并且实际指标与保证值之间通常留有较大余量。 针对具体的应用推出了相应的Profile“优化”探测器。比如马林杯状液体样品，滤膜、滤纸和薄片状样品,19,不同类型探测器的晶体构造,GEM,GEM-MX,GMX,GEM-FX8530,GLP,20,GEM P型同轴系列HPGe探测器,优点：分辨率 / 峰康比 / 峰形综合指标好,30% 至40%效率GEM系列探测器，主要用于一回路化学实验室中（高）活度样品的测量。（秦山一、二、三期） 50% 至80%效率GEM系列探测器，主要用于环境样品的测量。（秦山一、二、三期，田湾,21,GMX系列N型同轴HPGe探测器,

10、优点：能量响应范围宽（3keV-10MeV)，抗中子损伤能力强,能量响应范围最宽，可测量全能段的核素； 适应性最好的探测器，且比P型有更好的抗中子损伤能力； 适于绝大多数应用，尤其适用于中子场环境下的现场测量,22,PROFILE系列应用优化探测器,GEM-M系列：特别适用于马林杯等体源样品测量，能获得最佳实际探测效率； GEM-F系列：特别适用于薄片（盘）状样品测量，能获得最佳实际探测效率； GEM-FX系列，-F系列的进一步改进，能量下限降至10keV； GEM-MX系列，-M系列的进一步改进，能量下限降至10keV。 （改进方案：超薄接触级15微米厚的Li扩散层；碳纤维端窗,23,应用优

11、化探测器-重点推广,M系列为标准P型同轴HPGe晶体，且晶体的长度比直径长，最大限度的提高马林杯样品的实际探测效率； F系列为标准P型同轴HPGe晶体，且晶体的直径比长度长，最大限度的提高滤纸滤膜样品的实际探测效率； FX和MX系列的改进：超薄接触级15微米厚的Li扩散层；碳纤维端窗 同时拥有N型探测器的能量探测范围和P型探测器的能量分辨率； 合同保证14.4keV，122keV，1.33MeV处的能量分辨率和峰形指标,杀伤力指数： 价格分析：同等效率，比传统的P探测器便宜 适用对象：样品形状确定且比较单一的用户 关键指标：晶体尺寸，能量范围，分辨率,24,GWL系列井式HPGe探测器（仅St

12、reamline结构,应用：环境实验室中用于量少且能量较低样品的测量,优点：接近4测量，实际探测效率高（在合适的能段可接近100,25,GLP平面HPGe探测器,3keV至300keV能量范围内有着卓越的分辨率； * 采用阻抗反馈式前置放大器； * 可选用POF脉冲光反馈式前放，在低能端获得更好的分辨率，同时保证高计数率,26,如何帮助用户选择HPGe 能谱系统,首先确定用户要测的能量范围（感兴趣核素,EPA：10keV-10MeV CDC：40keV-10MeV CIQ：40keV-10MeV,27,ORTEC HPGe 探测器的对比,28,PopTop可拆卸冷指（ U.S.A. Paten

13、t No. 4,851,684 ） P4,PopTop 是ORTEC独创的一种探测器封装结构，它的显著特点和最大的好处是便于探测器的拆卸和维修。 同一个探测器可以在不同时间分别匹配各种实验室杜瓦、便携式杜瓦和电制冷，大大增大了探测器使用的灵活性和可利用率,29,整体低本底碳纤维封装 -RB,整体低本底碳纤维封装： 低本底（无放射性金属杂质） 坚固 耐腐蚀 可擦洗,杀伤力指数： 价格分析：比普通探测器贵5000美金 适用对象：对本底要求较高或测量水样或地处潮湿地带用户，可推广至所有用户 关键指标：探测器整体低本底碳纤维封装,30,特殊抗潮设计探测器 -HE,杀伤力指数： 价格分析：比普通探测器贵

14、6000美金 适用对象：测量环境比较恶劣或对本底要求较高或测量水样或地处潮湿地带的用户，可推广至所有用户 关键指标：抗潮设计,抗潮设计： 整体低本底碳纤维封装； 分子筛外置，显示吸湿饱和度，用户可自行更换,31,SMART-1一体化智能集成接口 -SMP/SMN,SMART-1一体化智能集成接口，一根线缆包含所有接口（低压电源，高压电源，信号，高压截止），同时在数字化谱仪上显示晶体温度,杀伤力指数： 价格分析：比普通探测器贵2400美金 适用对象：对探测器状态需要实时关注用户，可推广至所有用户 主要指标：SMART-1接口，能实时显示晶体温度,32,1. 液氮制冷LN2 常规的制冷方式；适合于

15、购买液氮比较方便或不经常使用仪器的用户。 2. 电制冷X-Cooler-III 新型制冷方式，纯粹机械制冷，完全脱离液氮；适合于实验室条件较好、不方便采购液氮或需要更换探测器方向的用户。 3. 液氮回凝制冷器Mobius 新型制冷方式，通过制冷器将挥发的液氮重新押回，可长时间不用填充液氮，断电时使用液氮制冷；适合于对仪器连续使用要求比较高的用户,制冷装置,33,可灵活选择探测器方位和与杜瓦的连接方式； 与ORTEC所有高纯锗探测器匹配，无论是PopTop结构还是Streamline结构,杀伤力指数： 价格分析：采购价格低廉 适合对象：采购经费少，实验室条件较差，购买液氮比较方便或不经常使用仪器

16、的用户。 关键指标：液氮制冷,液氮制冷LN2,34,避免了填充液氮的累赘和安全隐患； 探测器方位可灵活调整； 匹配ORTEC所有PopTop结构HPGe探测器； 接近零维护（仅需定期更换或清洗滤网）； 在世界范围内广泛应用，在中国的运行数量已超过150套,杀伤力指数： 价格分析：对比LN2，采购成本约增加1.5万美金，但后续使用只需电力供应，没有液氮及其运输成本，连续运行三年即可持平。 适合对象：实验室条件较好，液氮采购不方便且高运输成本的用户。 关键指标：完全脱离液氮的电制冷,电制冷X-Cooler-III,35,采用Sun Power斯特林压缩机与28L大容量杜瓦结合，充满液氮后，供电情况

17、下可连续工作近两年，不供电情况下可保持探测器低温工作状态10天以上； 可随时显示液氮液位和持续工作时间，在制冷维系时长为48h前发出提示与报警； 可匹配垂直或水平冷指,杀伤力指数： 价格分析：对比LN2，采购成本约增加2.5万美金，但后续使用电力供应，减少了液氮及其运输成本，连续运行五年即可持平。 适用对象：经费较充足，对仪器连续使用要求比较高的用户。 关键指标：电制冷和液氮制冷一体化，1年以上液氮填充周期,液氮回凝制冷器Mobius,36,1. 电制冷稳定吗？会不会对分辨率有影响？ 电制冷已是第三代产品，经过数十年的发展，性能已非常稳定。电制冷只是一种制冷方式而已，与信号系统并无直接关联。O

18、RTEC的电子学系统有两层隔离装置：a)交流转直流隔离；b)直流15V转6V/12V/24V隔离。而电制冷使用交流220V，不会影响到信号系统。 2. 三种制冷方式的对比： A、传统液氮制冷LN2采购经费低，但需每周给30L杜瓦填充一次液氮； B、纯粹的机械制冷XC3完全脱离液氮，其日常维护非常少，但对实验室环境要求比较高，但从现有客户来看，核电用户的使用非常好；另外电制冷有一定的使用寿命，大概5年； C、液氮回凝制冷器Mobius的稳定性最高，最短一年填充一次液氮，日常维护少，但采购价格最高,关于制冷方式有哪些常见的问题,37,针对不同的用户需求，ORTEC可提供以下不同级别的数字化谱仪：

19、初级/普通应用的用户：DSPEC-LF 中级应用的用户：DSPEC-JR 2.0 实时测量等高级复杂应用的用户：DSPEC-Pro/ DSPEC-50/DSPEC-502 便携式应用的用户：DigiDART 希望对每个参数进行自行设置的科研用户：NIM分析系统,数字化谱仪,38,DSPEC-jr2.0,DSPEC-LF,DSPEC-Pro,统一的即插即用背面板接口,USB2.0,与DIM/Smart-1接口,直流电源接口,DigiDART,数字化谱仪(1,39,DSPEC-50是ORTEC于成立50周年之际推出的最新款数字化谱仪。它的主要特点： 指标优秀，功能齐全，各项参数等同于DSPEC-P

20、ro； 提供单个MCA（DSPEC-50）和双路MCA （DSPEC-502）选择； 既可以直接连接探测器，也可以由DIM连接探测器； 同时提供USB2.0和以太接口； 超大彩色液晶屏可连续显示状态和谱图信息,数字化谱仪(2,40,数字化谱仪(3,41,数字化谱仪中应用的ORTEC专利功能： 低频噪声抑制（LFR）：解决低活度测量时环境可能造成的噪声问题 自动最优化（U.S. Patent No. 5,821,533） 自动极零（Auto PZ，U.S.A. Patent No. 5,872,363）：解决高计数率情况下分辨率变差问题 零死时间校正（ZDT，U.S.A. Patent No.

21、6,327,549）： 解决高计数率，尤其是动态测量下死时间校正的准确性问题 数字化自动基线恢复（U.S. Patent No. 5,912,825,数字化谱仪(4,42,A66-BWC是目前为止世界上唯一一款中文界面的谱分析软件 能自动寻峰，自动能量刻度和效率刻度，核素识别，重叠峰解谱，核素母体/子体衰变修正，符合相加校正，峰面积计算，本底扣除，自带 核素数据谱库，加权平均活度计算和和最小探测活度计算，自动给出 核素分析报告，可进行感兴趣核素的数据趋势分析，测量结果可编程批处理。 ORTEC的A66是在基本谱软件Maestro基础上，集硬件控制、能谱获取、数据分析、报告生成和质量控制于一体的

22、专业软件包，仅需一次性安装,杀伤力指数： 价格分析：和英文谱分析软件价格一致 适用对象：英文不好的客户，可推广至所有客户 关键指标：中文解谱软件,中文能谱分析软件,43,集成探测器、制冷与数字化谱仪；重量7.26kg； 40%相对效率P型同轴高纯锗探测器； 微型斯特林压缩机制冷，完全脱离液氮，可在局部回温情况下随时启动制冷； 1017V直流供电，功耗小于20瓦；内置电池可工作3小时；外接电池组可工作18小时；连接充电器则随时处于工作状态； 与ORTEC标准铅室完美匹配， 可用于实验室与车（船）载多种场合，轻巧、易于移动与组装； USB2.0通讯接口,实验室一体化谱仪-LDM,44,2 NaI/

23、LaBr 能谱仪,45,前放、高压与多道集成在14针管座内 完整的数字化MCA和稳谱器 可由计算机方便设置各项参数 可方便地组成多探测器阵列系统 功耗500mA，280g，63mm(D)80mm(L) 可作实验室，便携两种用途 DigiBASE，由计算机USB接口供电并高速获取数据；1024道NaI DigiBASE-E，以太接口，更高的数据通过率，可远传；2048道LaBr,谱仪-DigiBASE & DigiBASE-E,46,FoodGuard-1 食品快速检测仪,NaI探头：3”L3”晶体 能量范围：25 keV 3.5 MeV； 分辨率：7%(对137Cs 662keV峰) 谱仪：D

24、igiBASE 样品：1L马林杯鲜活样品 出厂前已完成能量与效率刻度，用户只需在软件中文界面中输入样品名称、重量等信息，启动测量即可获得测量数据,应用：质检、疾控现场鲜活样品 放射性筛查,47,GammaScreen-8八样品 快速检测仪,井式NaI探头：3”L5”晶体，0.67”L3.9”井 能量范围：25 keV 3.5 MeV； 分辨率：8%(对137Cs 662keV峰，样品置于井底) 谱仪：DigiBASE 样品：10 ml 或50 ml 液体或粉末样品 最小探测活度MDA (lod) = 52 Bq/L（300s,应用：质检、疾控、环保批量样品 放射性筛查,48,MDS多路低本底/

25、计数器 低本底、高灵敏度，特别适用于样品数量多或活度低的场合 每路均采用独立的4屏蔽，P10气体 各路探测器可以分别取出，在换样或换窗时不用抬起屏蔽铅砖 气路系统采用并联方式，各路之间完全独立、互不影响 以MPC-9604为单元，可以从4，8，12，16扩展到最多16个单元64路 数据获取简单可靠，所有操作由PC机及软件控制,3 低本底/计数器-MDS,49,流气式四路低本底主机 MPC-9604,主要性能指标： 本底： 0.06CPM；0.6 CPM 效率：对 Am24142% 或Po210 42%；对 Sr90/Y9055% 串扰：1count/100,000counts 坪斜：1.5%/

26、100V, 坪长800V；2.5%/100V，坪长200V 优点： 并联供气，每路互不影响； 更换探测器窗比较方便，不需要把仪器给整体拆除,杀伤力指数： 价格分析：相比同类产品，价格偏高 适用对象：对仪器性能要求较高用户 关键指标：4路低本底，并联供气系统，每路独立,50,自动换样（50/100个样品） 本底： 0.06CPM；0.6 CPM 效率： 对 Am24142% 或Po210 42%；对 Sr90/Y9055% 串扰：1count/100,000counts 坪斜： 1.5%/100V，坪长800V；2.5%/100V，坪长200V,流气式自动换样单路/正比计数器 WPC-1050,

27、51,非流气式自动换样单路/正比计数器 MPC-900-DP,ZnS塑料闪烁体双重磷光探测器（非流气式） 自动换样（50/100个样品） 本底(典型)： 0.2CPM；40 CPM 效率： 对 230Th23% ； 对 90Sr90/90Y45%或99Tc 30% 串扰：0.1,52,4 多路谱仪,Alpha-Ensemble-8 八路谱仪,超低本底PIPS探测器与镀镍舱室,所有参数（含真空度）由计算机控制,53,超大样品测量仓，最大探测器尺寸可达：3000mm2，样品直径可达106mm，可直接测量气溶胶样品； 与Alpha Duo随意搭配多路谱仪； 完全数字化且每路完全独立的MCA； 探测器

28、偏压范围0100V； 漏电流检测器范围010,000nA，显示分辨率3nA； 脉冲产生器范围010MeV，稳定性50ppm/C； 一切参数由计算机控制：系统转换增益、数字化稳谱、ADC的零点(ZERO)和下阈(LLD)等； 探测器偏压、漏电流等均可在软件上显示； 可选配自动反冲抑制功能RCAP：抑制偏压+5 V 持续施加于探测器壳来抵制反冲沾污； 真空泵ALPHA-PPS-230，真空计范围10mTorr20Torr,Alpha Mega,54,二、便携式与现场（应急）测量产品,1，便携式NaI & LaBr 能谱仪 2，便携式液氮制冷HPGe 能谱仪 3，Trans-SPEC 一体式电制冷H

29、PGe能谱仪 4，Detective 核素甄别器/能谱仪 5，ISO-CART-85移动测量系统,55,1 便携式NaI & LaBr 能谱仪,LaBr探测器,DigiDART-LF,DIM-296,NaI探测器,DigiDART与DigiDART-LF的接口与DSPEC（LF/jr2.0/Pro)相同,56,2 便携式液氮制冷HPGe 能谱仪,SMART-1实现了探测器与谱仪之间的最简单/可靠连接，并且具有相当智能化的功能； DigiDART迄今仍是唯一能脱离计算机对探测器进行控制和谱获取的数字化谱仪，其性能指标毫不逊色于实验室谱仪,可以匹配ORTEC P型探测器（10%-150%效率） S

30、MART-1方式通讯 完全脱离计算机使用 电池可使用10个小时 7L杜瓦，液氮可使用3天（40%） 可匹配ISO-CART-II移动小车使用 可匹配M-1-T1三脚架使用,57,3 一体化便携高纯锗谱仪 Trans-SPEC系列,58,HPGe探测器： 50mm L30 mm，同轴P型高纯锗 相对效率： 15% 分辨率：1.45keV 122 keV 2.15keV 1332 keV 峰形：FWTM/TWHM1.9 制冷器：微型斯特林压缩机制冷 数字化MCA：16K道，性能相当于DSPEC-jr 2.0 重量：6.8kg 工作温度：0 - 40,3-1 Micro-Trans-SPEC,59,

31、HPGe探测器： 65mm L50 mm，同轴P型高纯锗 相对效率： 40% 分辨率：1.6keV 122 keV 2.3keV 1332 keV 峰形：FWTM/TWHM1.9 制冷器：微型斯特林压缩机制冷 数字化MCA：16K道，性能相当于DSPEC-jr2.0 重量：11.1kg 工作温度：0 - 40,3-2 Trans-SPEC-100T,60,Micro-Detective,Detective-EX,4 HPGe核素甄别器/能谱仪Detective系列,61,Detective系列产品 (2,62,仪器具有快速核素甄别与谱仪两种功用，可用于核应急和现场测量； 设有搜索(search

32、)、鉴定(identify)、存储(save)、谱图显示(display)主功能键； 主屏幕实时显示计数率、剂量率和各种状态条信息。 仪器直接报告分析结果及各种信息，无需人工解谱分析； 高度集成，集HPGe探测器、GM管、He-3管(可选)、 微斯特林压缩机、电子学、触摸屏式PDA与软件于一体； 采用（微型）斯特林压缩机制冷，可在任何状态下启动制冷； 采用了当今先进的通讯与电子技术，触摸屏，GPS，Wi-Fi无线传输（Micro-），耳机报警，存储卡，USB接口； 多种供/充电方式：锂电池、支流充电、交流充电及汽车电源充电。 重量：6.9kg(Micro-)，10.9kg(-DX-100T)，

33、12kg(-EX-100T)； 工作温度： 0 - 40,Detective系列产品 (3,63,Detective-200,优点： 大面积HPGe探测器可在数秒内对特殊核材料做出响应； 内置核素库能够简单、快捷且十分可靠对核素进行分类； 探测过程无需外接电源，仅靠电池； 高度智能化，操作简单，可自动进行刻度检验、自动稳谱和线性化验证； 牢固的结构设计，防护等级IP67； 可兼容ORTEC其他HPGe移动搜寻软件,64,便携式HPGe系统,Detective和Trans-Spec系列仪器是ORTEC的拳头产品，目前为止没有很强的竞争对手，近乎于垄断。 优点：高效率的便携式HPGe系统，防水，抗震,杀伤力指数： 价格分析： 适用对象：需要便携式应急HPGe系统的用户 关