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1、1,ORTEC测量系统 核行业实验研究及检测,2,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
2、土壤，废物桶/箱，管道，建筑物（如墙壁，地板等）基于HPGe的各种现场测量系统。,3,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）,4,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
3、器，现场能谱仪（ ，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),5,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,6,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-Sp
4、ec系列；Detective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,7,一、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,8,1 HPGe 能谱仪,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
5、物质。如是不可取样设备可选择现场测量系统。,9,10,一套完整的HPGe 能谱仪包括哪些部分？,11,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）,12,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 Crysta
6、l (Just a big photo 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,13,LN2 Dewar,Germanium Crystal 95oK,FET at 120oK,Charge-Sensitive Preamplifier,HPGe探测器,1 patent,14,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
7、成脉冲，输出幅度一般在毫伏级,15,前置放大器,16,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。,17,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 val
8、ues are histogrammed to form a spectrum.,Input,Measure this voltage and convert to a Digital Value,18,谱分析软件,19,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 St
9、d.325-1996标准，全面保证探测器的相对效率、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。,20,不同类型探测器的晶体构造,GEM,GEM-MX,GMX,GEM-FX8530,GLP,21,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
10、，田湾）,22,GMX系列N型同轴HPGe探测器,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。,23,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
11、触级15微米厚的Li扩散层；碳纤维端窗）,应用优化探测器-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！,24,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
12、范围，分辨率,25,GWL系列井式HPGe探测器（仅Streamline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%）。,26,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。,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,ORTEC HPGe 探测
13、器的对比,29,PopTop可拆卸冷指（ U.S.A. Patent 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。,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。,30,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,3
14、1,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。,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。,32,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
15、口，能实时显示晶体温度,33,1. 液氮制冷LN2 常规的制冷方式；适合于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,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
16、 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的用户。 关键指标：液氮制冷,液氮制冷LN2,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,36,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
