基于空气脉冲电离室测氡仪的研制

发布时间：2020-05-27 13:41

【摘要】：从二十世纪发现氡以来,人们开始了对氡气认识与研究,早期主要用于与地质有关的工作,随着认识的深入及技术的发展,其应用领域也越来越广泛,在环境监测领域,氡气作为一种放射性气体,严重危害人体健康,为采取有效的防护措施,需要准确地测量环境中氡气的浓度。在此背景下,以成都市科技惠民工程研发项目为依托,针对现有测氡仪存在灵敏度和探测效率不高、测量时间长、测量重复性差、湿度影响大等问题,采用灵敏度高、稳定性好、受湿度影响小的的空气脉冲电离室作为氡的探测器,研制出具有灵敏度高、长时间连续测量、便携性好等优点的测氡仪。文中首先简要阐述了氡测量的基本原理,通过对α粒子电离过程的模拟,为电离室的尺寸设计提供理论上的依据。通过对电离室的电场仿真,提出了电离室保护环结构设计和提高探测灵敏度的方法。设计的空气脉冲电离室腔体直径为71mm,中央极丝为6mm,灵敏体积为0.9L,在此结构下,对于射向灵敏体积内的大多数α射线,其能量能完全沉积在灵敏体积内并被探测。电离室腔体外壁加正高压,使电离室工作在离子脉冲电离室状态,在正高压电场作用下,吸附在中央极丝(阴极)上的氡子体衰变产生的α射线绝对探测效率接近50%,有利于提高测量灵敏度。空气脉冲电离室测氡仪以C8051F340单片微处理系统为核心,集成了温湿度、气压测量模块,实现了氡浓度、温湿度、气压的数据同步测量;设计了高灵敏度、低噪声的前置放大电路和具备脉冲宽度识别的单道电路,有效滤除机械振动等的高频、低频信号,实现了对脉冲信号的高效探测;稳定可靠的电源电路为测氡仪稳定运行提供了可靠保证。论文中分别给出了简明的电路图,并分别介绍了这些电路的功能、工作原理等。采用模块化的软件开发模型,以C51语言编写了移植性良好的软件系统;采用迪文触摸屏为人机交互界面,实现数据的实时显示和存储。参照中华人民共和国国家计量检定规程《测氡仪》(JJG 825-2013),计量结果表明,仪器重复性、体积活度响应、相对固有误差、统计不确定度方面都满足相关要求。初步实验表明,电离室结构设计可行,软硬件设计合理。当电离室外接正高压可有效提高探测灵敏度;无封闭电场的电离室可以快速响应环境氡浓度的变化;采用高压静电吸附降低氡子体的浓度可有效解决氡气污染的问题,此方法也可以用于土壤氡测量。研制的空气脉冲电离室具有稳定性高、功耗低、重量轻,图形化的人机界面,操作简单,界面友好,可广泛应用于环境氡水平监测及污染控制等领域。
【图文】：

射程分布,α粒子,径迹,入射

第 4 章空气脉冲电离室设计量传递的计算机程序（王旭东等，2010）。可以模拟单位距离的电子离子团个数、电子离子团的大小分布、带电粒子的能量损失等参数等（单卿等，2014）。利用SRIM2013 程序模拟 α 粒子电离过程，模拟中温度设置为常温，一个标准大气压，气体为空气，空气靶厚度为 50mm，空气密度为 1.205mg/cm3（20℃干燥空气），入射粒子为 α 粒子，能量为 5.48 MeV，数目为 105个。模拟结果如图 4-1、4-2所示。

电离图,α粒子,入射,电场

图 4-2 5.48 MeV 的 α 粒子入射到 50mm 空气中的电离图室结构电场模拟内电场分布是决定电离室时间响应性能的重要因素（ ElecNet 软件进行模拟研究。ElecNet 是由加拿大 Infolyt有限元算法的电场模拟软件，提供了高精度高可靠性的解方式，分别为 Electrostatic（静电场模拟）、Current Fime Harmonic Electric Field（s时间谐振电场）和 Transient E模拟）。Electrostatic（静电场模拟）适用于模拟和分析由压产生的静电场（Wataru Kada et al.，2010；郝朋飞等，接 800V 的高压电源，电离室腔体为空气，，这样就在高压场，根据电场仿真模拟求解方式，可认为该电场为静态2D 静态）模拟求解。电离室半径为 36mm，长为 228mm（收集极中心为坐标零点）。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL811.1

【参考文献】