CN1794011A - 用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法 - Google Patents

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一种用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，由常压空气脉冲电离室与电荷灵敏放大器两部分组成其特征是：本发明是常压空气脉冲电离室是一密封腔体，被测氡气通过连通的气嘴进入腔体，腔体内固定有一优良导体收集电极3，其收集和输出的信号直接耦合在电荷灵敏放大器的输入端上，经电荷灵敏放大器放大后输出，输出端产生的幅度与入射α粒子能量成正比的电压脉冲信号，连接到多道脉冲幅度分析仪器上，即可测得氡的α能谱。

Description

用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法
技术领域
本发明涉及一种核辐射探测量技术，特别是一种用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法。
技术背景
目前现有技术采用常压空气脉冲电离室作为氡，及其子体的探测器只能用于氡及其子体的总量测量，而不能用于α能谱测量，因而采用这类探测器作为氡及其子体的测量装置不能准确的测量被测对象中Rn-222和Rn-220的含量，从而严重限制了对氡及其子体的研究和更进一步的探索。
任何学科的科学理论和科学技术的发展，都要借助测试手段的科学数据和有耐于测试技术的发展而发展，才能够真实而雄辩地证实科学理论和科学技术的正确与否。所以说测量技术发展和进步，是一切科学理论发展和科学技术的应用的先驱，也是科技转化为生产力的先驱，是直接制约或支持科技发展的重要手段。
发明内容
本发明目的是公开一种采用电荷灵敏放大器与常压空气脉冲电离室相结合，构成了氡及其子体α能谱测量的装置，它既继承了电离室探测器的探测灵敏体积大、成本低、等特点，又具有α能谱测量的功能，解决了目前常压空气脉冲电离室不能用作氡及其子体α能谱测量的问题。
为了达到上述发明目的，所采用的技术方案是：
本发明所述的常压空气脉冲电离室的是一密闭腔体，以密封电离室为核心，放射性气体样品通过干燥器进入电离室的高压电极1腔体，气体样品出口再通过密封气泵再与放射性气体样品连通，形成密封气路循环；腔体内固定有一优良导体收集电极3，收集电极3的信号输出直接耦合在电荷灵敏前置放大器的输入端(SIN_N)连接，线性放大及脉冲调理电路产生幅度与入射α粒子能量成正比的电压脉冲信号，经输出端(SIN_OUT)后与多道脉冲幅度分析仪单相连接后，即可测得氡的α谱。再与负责数据采集、控制、存储、显示、电信及数据处理的单片机连接，最后通过接插件与计算机(PC)双向连接。如图1所示。
本发明主要由常压空气脉冲电离室，与电荷灵敏放大器电路两部分相连接构成，所述的电离室采用圆柱状常压空气脉冲电离室，由良导体收集电极3固定在高压电极1上有底一端的中央，在高压电极1与良导体收集电极3之间有绝缘层；有两个绝缘气嘴2与高压电极1内腔连通构成，两个气嘴，一进一出，用于连通被测氡气。如图2所示。
所述的在高压电极1与良导体收集电极3之间有绝缘层和金属保护环是指：金属保护环9穿过高压电极1，绝缘保护外套8紧包裹住良导体收集电极3，再穿过金属保护环9；金属螺母6旋在金属保护环9上，紧靠端盖10。如图2、3所示。开启端有门盖12，门盖上有绝缘板11和固定有把手13。如图3所示。
所述的电荷灵敏放大器电路，它由电荷灵敏级和放大输出级两部分构成：第一部分是电荷灵敏级，把电荷信号转换为电压幅度输出，并实现电荷灵敏放大的功能。这一级由低噪声高频结型场效应管以共源放大器的方式与低噪声、宽频带的运放AD8066构成，具有输入阻抗高、噪声低、响应好等特点。在电荷灵敏级，场效应管Q1与电阻R5构成了恒流源作为场效应管Q2的负载，由于恒流源的内阻很大，这样就极大的提高了Q1、Q2构成的共源放大器的增益。Q2的漏极与AD8066中的一个运算放大器U1的同相输入端相
连接将脉冲信号放大。第二部分是放大输出级，用以把电压脉冲进一步放大，由AD8066中的另一个运算放大器U2构成。R11是一个比R12小的多的电阻将它与U2的同相、反相端相连，可使噪声增益降低到一个数值上以保持稳定，无需改变信号增益。这一级放大器具有转换速度快、电压增益高等特点。
本发明的工作原理是：本发明的常压空气脉冲电离室是一密封腔体，被测氡及其载气通过连通的气嘴进入腔体，腔体内固定有一优良导体收集电极3，其收集被测氡及其子体的α能谱信息输出的信号直接耦合在电荷灵敏放大器的输入端(SIN_IN)上，经电荷灵敏放大器放大后输出，输出端(SIN_OUT)产生的幅度与入射α粒子能量成正比的电压脉冲信号，连接到多道脉冲幅度分析仪器上，即可测得氡的α谱。
本发明的效果和优点在于：
1、本装置主要用于氡及其子体α能谱的测量，也可以用于其他气体和固体放射、性样品的α粒子的能谱测量，具有探测灵敏度高、电离室的具体尺寸可以根据实际测量需要确定。
2、由于采用了电离室作为α粒子探测器，具有探测灵敏度高、体积大、成本低等特点，不失为地学核技术领域的一项重大突破。为该领域的技术检测、鉴定，以及进一步扩大和突破应用范围奠定了很好的基础。
3、本发明所述的电荷灵敏放大器电路，与常压空气脉冲电离室构成了氡及其子体α能谱测量装置，继承了电离室探测器的探测灵敏体积大、成本低等特点，又具有α能谱测量的功能，解决了目前常压空气脉冲电离室不能用作氡及其子体α能谱测量的问题。
4、由于本发明测试技术的突破，使应用范围扩大，不仅仅是教学，还可以应用到工业各个测试技术领域，如探矿、科研、空间探测等技术领域，为国家科技发展作出了实际贡献。
附图说明
图1本发明测试连接框图。
图2是常压空气脉冲电离室构造示意图。
图3是图1侧视示意图。
图4是电荷灵敏放大器电路原理图。
图中：1、金属壳体；2、绝缘气嘴；3、良导体收集电极；4、绝缘层；5、绝缘体；6、金属螺帽；7、绝缘体内套8、绝缘体外套；9、金属保护环；10、金属端盖；11、绝缘板；12、绝缘把手。
具体实施方式
如图1所示。本发明所述的常压空气脉冲电离室的是一密闭腔体，以密封电离室为核心，放射性气体样品通过干燥器进入电离室的高压电极1腔体，气体样品出口再通过密封气泵再与放射性气体样品连通，形成密封气路循环；腔体内固定有一优良导体收集电极3，收集电极3的信号输出直接耦合在电荷灵敏前置放大器的输入端(SIN_IN)连接，线性放大及脉冲调理电路产生幅度与入射α粒子能量成正比的电压脉冲信号，经输出端(SIN_OUT)后与多道脉冲幅度分析仪单相连接后，即可测得氡的α谱。再与负责数据采集、控制、存储、显示、电信及数据处理的单片机连接，最后通过接插件与计算机(PC)双向连接。
如图2所示。本发明主要由常压空气脉冲电离室，与电荷灵敏放大器两部分相结合组成，其特征是：电离室采用圆柱状脉冲电离室，由良导体收集电极3固定在高压电极1上有底一端的中央，在高压电极1与良导体收集电极3之间有绝缘层；有两个绝缘气嘴2与高压电极1的内腔连通构成，两个气嘴，一进一出，用于连通被测气体。
如图2、3所示。所述的在高压电极1与良导体收集电极3之间有绝缘层和金属保护环是指：金属保护环9穿过高压电极1，绝缘体外套8和绝缘保护内套7紧包裹住良导体收集电极3，再穿过金属保护环9；金属螺母6旋在金属保护环9上，紧靠端盖10。
如图1所示。在高压电极1的底端与端盖10之间有绝缘层4；高压电极1的开启端有门12，门上有绝缘板11和把手13。这里金属保护环应与电气地可靠连接。
如图5所示。所述的电荷灵敏放大器电路，它由电荷灵敏级和放大输出级两两级组合构成：第一是电荷灵敏级，功能是将电荷信号转换为电压幅度输出，并实现电荷灵敏放大的功能。这一级由低噪声高频结型场效应管以共源放大器的方式与低噪声、宽频带的运放AD8066构成，具有输入阻抗高、噪声低、响应好等特点。在电荷灵敏级，场效应管Q1与电阻R5构成了恒流源作为场效应管Q2的负载，由于恒流源的内阻很大，这样就极大的提高了Q1、Q2构成的共源放大器的增益。Q2的漏极与AD8066中的一个运算放大器U1的同相输入端相连接将脉冲信号放大。
第二是放大输出级，用以把电压脉冲进一步放大，由AD8066中的另一个运算放大器U2构成。R11是一个比R12小的多的电阻将它与U2的同相、反相端相连，可使噪声增益降低到一个数值上以保持稳定，无需改变信号增益。这一级放大器具有转换速度快、电压增益高等特点。

Claims (5)

1.一种用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，由常压空气脉冲电离室、电荷灵敏放大器和信号处理三部分组成，其特征是：
A.所述的常压空气脉冲电离室，以密封电离室为核心，放射性气体样品通过干燥器进入电离室的高压电极1腔体，气体样品出口再通过密封气泵再与放射性气体样品连通，形成密封气路循环；
B.所述的电荷灵敏放大器，是将腔体内收集电极3的信号，输出耦合在电荷灵敏前置放大器的输入端，线性放大及脉冲调理电路产生幅度与入射α粒子能量成正比的电压脉冲信号，经输出端(SIN_OUT)后与多道脉冲幅度分析仪连接；
C.所述的信号处理，将测得的氡的α谱信号，与负责数据采集、控制、存储、显示、电信及数据处理的单片机连接，最后通过接插件与计算机(PC)双向连接。
2.根据权利要求1所述的用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，其特征是：所述的常压空气脉冲电离室采用圆柱状脉冲电离室，其壳体亦是高压电极1，壳体内有收集电极3，被绝缘保护内套7和绝缘保护外套8双层绝缘套紧裹，再由金属保护环9裹住穿过高压电极1，套上绝缘体5和金属螺帽6，将双层绝缘套裹住的收集电极3固定在高压电极1上。
3.根据权利要求2所述的用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，其特征是：在高压电极1上固定有两个气嘴2，与高压电极1内腔连通，两个气嘴一进一出，用于连通被测气体；高压电极1有端门12，门上有绝缘板11和固定有把手13。
4.根据权利要求1所述的用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，所述的电荷灵敏放大器电路，其特征在于：所述的电荷灵敏级，将电荷信号转换为电压幅度输出，并实现电荷灵敏放大的功能，由低噪声高频结型场效应管以共源放大器的方式与低噪声、宽频带的运放AD8066构成，场效应管Q1与电阻R5构成了恒流源作为场效应管Q2的负载；Q2的漏极与AD8066中的一个运算放大器U1的同相输入端相连接将脉冲信号放大。
5.根据权利要求1所述的用常压空气脉冲电离室测氡及其子体α能谱的方法，其特征是：电荷灵敏放大器第二放大输出级，用以把电压脉冲信号进一步放大的由AD8066中的另一个运算放大器U2完成，R11是一个比R12小的多的电阻，与U2的同相、反相端相连接，可使噪声增益降低一个数值范围内以保持稳定，无需改变信号增益。
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