CN113625327A - 采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
采用CMOS图像传感器测量Rn‑222的装置及方法，装置包括测量腔、CMOS图像传感器、计算机、高压触头、高压模块、氡室、第一电磁阀、第二电磁阀及气泵。测量腔下部的筒壁上设有第一气管阀门及第二气管阀门，CMOS图像传感器安装在测量腔的端盖上，CMOS图像传感器通过USB线与计算机连接，高压触头通过导线与高压模块连接，第一气管阀门与第一电磁阀连接，第一电磁阀的另一端与氡室连接，第二气管阀门与第二电磁阀连接，第二电磁阀的另一端与气泵连接，气泵的另一端与氡室连接。测量时，利用CMOS图像传感器通过测量β射线和γ射线的数量来得到Rn‑222的浓度。本发明的装置成本低，利用CMOS图像传感器通过测量β射线和γ射线的数量来得到Rn‑222的浓度，测量灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及核辐射的测量技术，特别是一种采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法。
背景技术
Rn-222及其子体均为放射性元素，吸入后对人体呼吸系统产生内照射。因此，研究氡的测量方法和改进测量技术对于辐射防护非常重要。在Rn-222的衰变链中，Rn-222衰变产生Po-218， Po-218衰变产生Pb-214，继而Pb-214衰变产生Bi-214，Bi-214衰变产生Po-214。其中Pb-214、Bi-214和Po-214发生衰变时，都会释放携带一定能量的β射线和γ射线。而CMOS图像传感器对β射线和γ射线会产生一定的响应，有人已经证明CMOS图像传感器可以探测到β和γ。在平衡条件下，此衰变链产生的β射线和γ射线的数量与Rn-222的浓度成正比。为此，如何利用CMOS的辐照响应探测β射线和γ射线，并对其进行计数，进而通过计数来反推Rn-222的浓度是一项具有挑战性的工作，需要专门设计和制作一个利用静电收集法收集Rn-222子体的装置，并且能够在确定的载气中测量Rn-222的浓度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法。
本发明的技术方案是：采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置，包括测量腔、CMOS图像传感器、计算机、高压触头、高压模块、氡室、第一电磁阀、第二电磁阀及气泵。
测量腔下部的筒壁上设有第一气管阀门及第二气管阀门，CMOS图像传感器安装在测量腔的端盖上，CMOS图像传感器通过USB线与计算机连接，用于观察实验现象和数据处理，高压触头安装在测量腔上部的筒壁上并通过导线与高压模块连接，第一气管阀门通过管道与第一电磁阀连接，第一电磁阀的另一端通过管道与氡室连接，第二气管阀门通过管道与第二电磁阀连接，第二电磁阀的另一端通过管道与气泵连接，气泵的另一端通过管道与氡室连接。
测量腔内壁为导电金属，高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，CMOS图像传感器内部含有金属布线，工作时产生低电压，测量腔内壁的高压与CMOS图像传感器的低压形成静电场。
本发明进一步的技术方案是：利用采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置来测量Rn-222的方法，开始测量时，先把第一气管阀门及第二气管阀门打开，让Rn-222从氡室内通过气泵抽气通过第二电磁阀进入测量腔后，再由第一气管阀门通过第一电磁阀送回氡室，形成一个闭合的回路。
在Rn-222的衰变过程中，Pb-214、Bi-214和Po-214会产生一定比例的β射线和γ射线，而β射线和γ射线与CMOS图像传感器相互作用，电离产生的电荷能被CMOS图像传感器上的像素收集，并形成像素簇，在衰变达到平衡的条件下，像素簇的总计数与Rn-222的浓度成正比。
由于高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，与CMOS图像传感器的低压形成静电场，测量腔体内Rn-222衰变产生的氡子体在静电场的作用下被收集到CMOS图像传感器的表面，一段时间后，当测量腔内衰变达到平衡时，在测量时间内，由CMOS图像传感器完成视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用Pb-214、Bi-214和Po-214三个子体衰变产生的β和γ总计数来反推Rn-222的浓度，即：
式（1）中，N（β+γ）表示测量时间内β射线和γ射线的总计数，
表示Rn-222的浓度，K是比例系数，通过实验得到。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明提供的采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置成本低，利用CMOS图像传感器通过测量β射线和γ射线的数量来得到Rn-222的浓度，测量灵敏度高。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例一、采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置，包括测量腔1、CMOS图像传感器2、计算机3、高压触头4、高压模块5、氡室6、第一电磁阀7、第二电磁阀8及气泵9。
测量腔1下部的筒壁上设有第一气管阀门1-1及第二气管阀门1-2， CMOS图像传感器2安装在测量腔1的端盖上，CMOS图像传感器2通过USB线与计算机3连接，用于观察实验现象和数据处理，高压触头4安装在测量腔1上部的筒壁上并通过导线与高压模块5连接，第一气管阀门1-1通过管道与第一电磁阀7连接，第一电磁阀7的另一端通过管道与氡室6连接，第二气管阀门1-2通过管道与第二电磁阀8连接，第二电磁阀8的另一端通过管道与气泵9连接，气泵9的另一端通过管道与氡室6连接。
测量腔1内壁为导电金属，高压模块5通过高压触头4对测量腔1内壁产生高压电，CMOS图像传感器2内部含有金属布线（图中未示出），工作时产生低电压，测量腔1内壁的高压与CMOS图像传感器2的低压形成静电场，以此来收集氡子体。
实施例二、采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置来测量Rn-222，开始测量时，先把第一气管阀门1-1及第二气管阀门1-2打开，让Rn-222从氡室6内通过气泵9抽气通过第二电磁阀8进入测量腔1后，再由第一气管阀门1-1通过第一电磁阀7送回氡室6，形成一个闭合的回路。
在Rn-222的衰变过程中，Pb-214、Bi-214和Po-214会产生一定比例的β射线和γ射线，而β射线和γ射线与CMOS图像传感器2相互作用，电离产生的电荷能被CMOS图像传感器2上的像素收集，并形成像素簇，在衰变达到平衡的条件下，像素簇的总计数与Rn-222的浓度成正比。
由于高压模块5通过高压触头4对测量腔1内壁产生高压电，与CMOS图像传感器2的低压形成静电场，测量腔体1内Rn-222衰变产生的氡子体在静电场的作用下被收集到CMOS图像传感器2的表面，一段时间后，当测量腔1内衰变达到平衡时，在测量时间内，由CMOS图像传感器2完成视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用Pb-214、Bi-214和Po-214三个子体衰变产生的β和γ总计数来反推Rn-222的浓度，即：
式（1）中，N（β+γ）表示测量时间内β射线和γ射线的总计数，
表示Rn-222的浓度，K是比例系数，通过实验得到。
Claims (2)
1.采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置，其特征是：包括测量腔、CMOS图像传感器、计算机、高压触头、高压模块,、氡室、第一电磁阀、第二电磁阀及气泵；
测量腔下部的筒壁上设有第一气管阀门及第二气管阀门，CMOS图像传感器安装在测量腔的端盖上，CMOS图像传感器通过USB线与计算机连接，用于观察实验现象和数据处理，高压触头安装在测量腔上部的筒壁上并通过导线与高压模块连接，第一气管阀门通过管道与第一电磁阀连接，第一电磁阀的另一端通过管道与氡室连接，第二气管阀门通过管道与第二电磁阀连接，第二电磁阀的另一端通过管道与气泵连接，气泵的另一端通过管道与氡室连接；
测量腔内壁为导电金属，高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，CMOS图像传感器内部含有金属布线，工作时产生低电压，测量腔内壁的高压与CMOS图像传感器的低压形成静电场。
2.采用如权利要求1所述的采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置来测量Rn-222的方法，其特征是：
开始测量时，先把第一气管阀门及第二气管阀门打开，让Rn-222从氡室内通过气泵抽气通过第二电磁阀进入测量腔后，再由第一气管阀门通过第一电磁阀送回氡室，形成一个闭合的回路；
在Rn-222的衰变过程中，Pb-214、Bi-214和Po-214会产生β射线和γ射线，而β射线和γ射线与CMOS图像传感器相互作用，电离产生的电荷能被CMOS图像传感器上的像素收集，并形成像素簇，在衰变达到平衡的条件下，像素簇的总计数与Rn-222的浓度成正比；
由于高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，与CMOS图像传感器的低压形成静电场，测量腔体内Rn-222衰变产生的氡子体在静电场的作用下被收集到CMOS图像传感器的表面，一段时间后，当测量腔内衰变达到平衡时，在测量时间内，由CMOS图像传感器完成视频拍摄，然后将视频拆分成一帧帧图像，对像素簇的个数进行计数，利用Pb-214、Bi-214和Po-214三个子体衰变产生的β和γ总计数来反推Rn-222的浓度，即：
式（1）中，N（β+γ）表示测量时间内β射线和γ射线的总计数，
表示Rn-222的浓度，K是比例系数，通过实验得到。
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