便携式肺部γ放射性内污染检测仪研制

发布时间：2017-07-31 09:14

  本文关键词：便携式肺部γ放射性内污染检测仪研制

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【摘要】：核技术经过一个多世纪的不断发展,在军事、工业、农业等领域得到了广泛的应用,给人类带来了巨大利益,同时也带来了巨大危害。从核技术发展至今,核武器扩散、核电站辐射泄漏、放射源丢失等突发核事故频繁发生,不仅造成大量的人员伤亡、环境污染和经济损失,而且严重影响社会的安全和稳定。 核事故发生时,如果放射性核素进入人体内部形成内照射,会引起疲劳、头昏、脱发、白血病等多种放射性疾病,同时也大大增加畸变、癌症、遗传性病变发生的概率。因此核事故发生的第一时间,应立即疏散人员,并及时采取核应急医学救援,对受辐射范围内的人员进行内污染检测,根据人体受照射剂量的多少进行分类诊治。目前,核安全问题被高度重视,世界各国研究人员不断地发展放射性内污染活体测量技术,内污染检测仪广泛运用于内污染检测。我国在内污染检测仪器研制方面还处于初步阶段,取得了部分研究成果,但与发达国家还存在很大差距,因此急需开展具有自主知识产权的内污染检测仪的研究和开发。 本文在已有的研究基础上,依托科技部重大仪器设备开发专项：大批量人群核辐射内污染快速检测仪——肺部γ放射性内污染检测子任务,围绕人体肺部γ放射性内污染检测,开展人体肺部γ能谱测量、分析、及硬件和软件开发工作,研制了一款适用于核事故现场测量的便携式肺部γ放射性内污染检测仪。本文主要研究内容及成果如下： 1)结合肺部γ能谱测量原理,深入研究γ射线探测、核信号采集、脉冲成形、能谱成形、能谱传输等关键技术,提出了一体化设计方案,研制了便携式肺部γ放射性内污染检测仪主机,将碘化钠探测器、信号处理电路和电源集成一体,减小了仪器体积、提高了抗干扰能力、稳定性和可靠性。 2)设计了γ能谱测量的硬件电路,选用碘化钠探测器对肺部的γ射线进行探测,选用低功耗、集成度高、处理速度快的FPGA作为主控芯片,采用高速ADC和USB通信,完成对核信号的模数转换和数据传输。同时,对FPGA进行内部硬件电路开发,设计数字信号采集电路、核脉冲梯形成形电路、峰值检测电路、能谱成形电路、核脉冲存储电路和数据传输电路等,实现对核信号的处理。 3)采用C#语言(基于VS2010开发环境)开发了肺部γ放射性内污染分析软件；开发USB通信接口程序,制定通信协议,实现与主机的通信、谱数据的实时采集；开发了ACCESS数据库,以实现核素信息、能量刻度信息、效率刻度信息、通信端口信息、脉冲宽度参数信息、能谱、核脉冲信号等信息的存储、查询和调用。软件界面友好、交互性强,能实现谱线显示、参数设置、数据库操作、数据保存等多项操作。同时初步开展了γ能谱分析工作,针对人体肺部的待积有效剂量算法进行了研究。 4)系统测试,对前置放大器、主放大器等各级信号调理电路的模拟核信号进行测试,验证各级模拟电路是否正常工作。通过上位机软件实时显示不同阈值下ADC采集的核脉冲,验证ADC电路信号采集的有效性。并对数字多道成形的能谱和软件成形的能谱进行对比,验证数字多道能谱成形的有效性。各项测试结果表明硬件电路各项功能正常。并在此基础上开展系统稳定性测试和实验研究,对天然环境本底和60Co、137Cs等放射源进行测试,验证核脉冲梯形成形效果,并与ORTEC数字多道进行对比实验,结果表明系统工作稳定,能够用于快速检测肺部γ放射性内污染情况。 本文主要开展了肺部γ放射性内污染检测的硬件和软件研制工作,在设计和研发中不断创新,最终完成了便携式肺部γ放射性内污染检测仪的研制。性能测试及初步试验表明,仪器各项技术指标均达到了预期设计。
【关键词】：肺部γ放射性内污染 待积有效剂量 数字化谱仪 数字信号处理
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-14
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 论文工作主要内容12-13
• 1.3 论文章节安排13-14
• 第2章 系统总体方案设计14-17
• 2.1 肺部γ放射性内污染检测原理14
• 2.2 技术方案14-17
• 第3章 硬件电路设计17-27
• 3.1 电源电路设计17-19
• 3.2 碘化钠探测器及信号调理电路19-21
• 3.2.1 碘化钠探测器19-20
• 3.2.2 主放大器20-21
• 3.3 ADC信号采集电路21-22
• 3.4 DAC信号还原电路22-23
• 3.5 FPGA信号处理电路23-25
• 3.6 USB通信接口电路25-27
• 第4章 数字核信号处理27-46
• 4.1 FPGA内部硬件电路结构28-31
• 4.2 数字时钟管理器31-32
• 4.3 核脉冲采集及存储模块32-34
• 4.4 脉冲梯形成形模块34-36
• 4.5 脉冲幅度甄别模块36-38
• 4.6 能谱成形模块38-40
• 4.7 USB数据传输模块40-42
• 4.8 命令接受模块42-43
• 4.9 数据发送模块43-46
• 第5章 γ能谱分析软件设计46-55
• 5.1 软件架构46-47
• 5.2 软件工作流程47-48
• 5.3 γ能谱分析48-51
• 5.3.1 γ能谱分析流程48-49
• 5.3.2 谱线光滑49-50
• 5.3.3 寻峰、峰面积计算50
• 5.3.4 待积有效剂量计算公式50-51
• 5.4 ACCESS数据库开发51-52
• 5.4.1 数据库信息表设计51
• 5.4.2 数据库信息表操作流程51-52
• 5.5 软件界面设计52-55
• 第6章 系统测试55-61
• 6.1 硬件电路测试55-57
• 6.2 稳定性测试57
• 6.3 实验测试57-61
• 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 攻读学位期间取得学术成果65-66
• 附录A PCB板66-67
• 附录B 便携式γ放射性内污染检测仪67-68
• 附录C RTL Schematic68-69
• 附录D 核素信息表69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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4 肖无云;梁卫平;邵建辉;王善强;艾宪芸;史志兰;;基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器[J];核电子学与探测技术;2008年06期

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本文编号：598411