水体放射性水平的快速测量技术研究

发布时间：2020-03-30 23:25

【摘要】：放射性物质在能源,医学和工业中占据了越来越重要的位置,但是放射性物质的泄漏会对人体造成伤害。因为核设施建造的特殊性,水体受到污染的可能非常大。如何对水体尤其是在突发核与辐射事故状态下,比如日本福岛核事故,为了能快速有效地监测环境水体中的放射性污染情况,需要有一套可以对环境水体放射性污染做出快速检测的设备。测量水体中α、β核素是快速判断水体污染情况比较可行的方法。目前已有的水中α、β放射粒子检测设备在测试样品前必须要进行样品前处理,一般需要把多达几升的水进行烧结或者浓缩。这个过程非常耗时,使得这些检测方法在应急状况下的检测效率大大下降,在灾害和特殊情况发生时无法发挥出有效的作用。而且,已有的检测设备普遍缺少移动能力,在应急情况下也是不适用的。因此,水体放射性水平快速测量装置关键技术的研究有着重要意义。项目主要研究内容包括：在突发事故状态下,对水体放射性核素快速测量装置关键技术进行研究,完成相关方案设计,搭建测试装置并进行相关测试,从而实现对水体放射性核素快速测量装置关键技术的验证,完成研究报告和测试报告。粒子辐射衰变是一个随机过程,根据统计理论,我们可以用一个平均值,来表述这种行为。所以我们需要研究在特定情况下,记录α、β衰变的总计数,根据统计理论,平均单位时间内发生的衰变数就可以确定。传统的水体放射性核素探测通常都是通过对水样品进行浓缩后再测量,这样不利于在现场对待测水体放射性水平的快速测量。经过充分调研国内外文献,本项目拟设计一个基于LSC(液体闪烁计数)的水体α和β测量系统,验证快速测量水体放射性水平的关键技术。拟解决的关键技术包括：测试装置结构设计、闪烁体类型选型、光电倍增管的选型、前端电子学电路、数据采集与存储系统控制分析软件。测试装置系统结构：设计用于验证关键技术指标的测试装置,满足系统测试要求。闪烁体类型选型：测量放射性有多种闪烁体可以选择,针对本项目快速测量水体放射性的要求,选择具有低本底和高效率的液体闪烁体。光电倍增管的选型：本项目需要一种高灵敏度,低暗电流,高光感应能力的光电倍增管,加上合适的光导,提高光检测的效率。前端电子学电路：设计适合本项目需求的前端电子学电路,对光电倍增管的信号进行调理,与后面的数据采集电路适配。数据采集与存储系统：用电子学方法去除装样瓶和光电倍增管玻璃等由于散射引起的背景噪音；选择高速ADC对有效信号进行模数转换,根据信号特点甄别α和p粒子,通过软硬件实现α和β总计数。控制分析软件：实现对系统的参数设置和控制,实现对a和p粒子的甄别和活度计算。
【图文】：

图１．１液闪系统的总体结构示意图逡逑

Ｗ产生的脉冲幅度直接与光阴极探测到的光子数成正比，反映了被测核素的能量逡逑大小，而计数的多少反映了闪烁事件产生的数量，即福射的强弱。Ｗ下为液闪发逡逑光作用的示意图（图２．１）；逡逑援＾振…？广…… 逡逑咖邋Ｉ逡逑图２．１液闪发光示意图逡逑Ａｌｐｈａ粒子在液闪混合液中每单位能量产生的光强大约是ｂｅｔａ粒子的十分之逡逑一。因此，在单能ａｌｐｈａ粒子的情况下，对于每个ａｌｐｈａ衰变会产生一个单一高逡逑度的脉冲峰，，脉冲高度大约等于初始核衰变能量的千分么一。因此一个５ＭｅＶ的逡逑ａｌｐｈａ粒子，在液闪混合液中将会被探测为大约５００Ｋｅｖ。这样，即使某个放射性逡逑核素发出的ａｌｐｈａ粒子能量是样品中其他放射性核素发射出的ｂｅｔａ粒子最大能量逡逑的１０倍，在同一个样品中的ａｌｐｈａ粒子和ｂｅｔａ粒子的脉冲高度将会重叠。逡逑Ａｌｐｈａ事件与ｂｅｔａ事件引发的光化冲衰落时间也不同。在闪烁过程中，一个逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL81

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本文编号：2608203