单GM计数管宽量程长寿命探测方法研究

Based on the previous study, the main work is to solve the theory problems of GM tube hardware dead-time correction method. We study the current distribution of GM tube based on Markov random process to establish the mathematical model of GM tube hardware dead-time correction method, and research the relationship between count ratio and radiation intensity by theory and experiment. On this base, theoretic analysis the GM tube life of this work model, and establish the radiation damage theory to lay a theoretical foundation for analysis the sensitivity and enhance the life of GM tube. Based on the influence analysis of the long cable, we will establish the mathematical model of GM tube hardware dead-time correction method with long cable, and research a new hardware dead-time correction method to eliminate or reduce the long cable distribution parameters effect, the propagation delay effect and electromagnetic interference effect. The purpose of the research is to build the wide-range radiation resistant detection model. Its measuring range is more than 9 orders of magnitude, and it can realize fast scale. The detection model can lay the theoretical foundation for new type nuclear instrument design, and make GM tube had radiation resistance and wide range measurement capability. Then the GM tube can be applied to strong radiation environment, e.g. satellite and hot cell. The research achievements can make the domestic nuclear instrument detection performance reached the international advanced level.

在前期研究工作基础上，针对GM计数管硬件死时间校正方法中需进一步研究的理论问题，基于马尔科夫随机过程研究GM计数管电流分布，建立GM计数管硬件死时间校正工作模式的数学模型，通过理论与实验研究该工作模式下计数率与辐射强度的关系。在此基础上，对该工作模式下GM计数管寿命进行理论分析，并建立GM计数管辐射损伤理论，为分析GM计数管灵敏度及进一步提高GM计数管寿命奠定理论基础。通过长电缆对GM计数管内电场影响的分析，建立长电缆联接情况下硬件死时间校正方法的数学模型，并确定消除或减小长电缆分布参数效应、传播延时效应与外界电磁干扰效应的硬件死时间校正方法。最终建立测量范围超过9个数量级的宽量程耐辐射探测模型，实现仪器快速刻度，为新型核仪器研制奠定理论基础，最终使GM计数管具有耐辐射与宽量程测量能力，并能应用于卫星、热室等强辐射持续照射环境，使该类国产核仪器探测性能达到国际先进水平。

在前期单GM计数管宽量程探测方法研究的基础上，研究了宽量程探测方式下GM计数管电流分布规律、GM计数管的寿命、平滑滤波器设计方法、快速刻度方法、高效检测方法及长电缆控制方法等问题。分析出宽量程探测方法下，GM计数管的电流分布规律，建立了宽量程探测的数学模型，验证了计数率与辐射强度（剂量率）之间的关系，理论上分析了GM计数管灵敏度与使用时间的关系，并提出了快速刻度方法。研究结果表明：1）辐射的随机性对测量来说既是消极的又是积极的，随机性一方面导致测量的统计涨落起消极作用，另一方面可以在较低测时精度下实现高剂量率测量起积极作用。2）宽量程探测方法下GM计数管探测曲线理论上应该是线性的，但受到测量检测延时的影响，使得在较低剂量率与较高剂量率情况下曲线成线性，但在中间曲线有明显弯曲，通过扣除检测延时后，探测曲线的线性范围增大，并能实现快速刻度。3）采用IIR滤波器处理测量等待时间可以减小计算量与存储空间，研究出两种滤波器设计方法，使设计出的滤波器能在相同测量精度情况下有最快的响应速度。4）GM计数管使用寿命与管内猝灭气体多少无关，并通过实验验证了采用宽量程探测技术后，GM计数管的寿命大大延长。5）长电缆主要引入了额外的电容，最终导致检测信号的延时，对宽量程探测没有实质性的影响。