CN201413298Y

CN201413298Y - 基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪

Info

Publication number: CN201413298Y
Application number: CN2009200800571U
Authority: CN
Inventors: 丁卫撑; 方方; 黄秋; 周建斌; 阮菊红; 王敏
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-04-07

Abstract

本实用新型公开了一种基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，包括氡及其子体收集装置、α射线半导体探测器、低噪声信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、微处理器系统和低功耗电源管理模块以及计算机数据分析系统；采用静态扩散的方式收集空气中的氡及其子体，消除空气扰动的影响；采用静电累积的方式进行探测，提高探测效率；采用α能谱测量，能有效区分氡及其子体能谱特性；选用α射线半导体探测器作为探测元件，能量分辨率好；该α能谱空气测氡仪适用于民用建筑工程室内辐射环境氡水平监测及污染控制、标准氡室氡浓度监测、矿井坑道氡浓度监测等领域，具有结构简单合理、体积小、功耗低、性能稳定、价格低廉、使用方便等优点。

Description

基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪

技术领域

本实用新型涉及一种α能谱测氡仪，具体涉及一种可实现空气中氡气浓度测量及分析的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪。

背景技术

氡是天然放射性衰变系列中的气态放射性核素，它的衰变产物又是一种不挥发的放射性物质，一旦被吸入人体，就会对人体肺部造成损坏并增加诱发肺癌的可能。据统计研究表明，室内氡气污染是仅次于吸烟导致肺癌的第2大诱因。为此，国家出台了国家标准GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》和国家标准GB/T18883-2002《室内空气质量标准》，规定了对室内氡气检测的要求。基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪在民用建筑工程室内辐射环境氡水平监测及污染控制领域、标准氡室氡浓度监测、矿井坑道氡浓度监测等领域有广阔的应用前景。

现有的空气测氡仪，如α径迹测氡、天然热释光测氡、活性碳法测氡、空气脉冲电离室测氡等很难做到用α能谱测氡，因此无法区分氡及其子体的能谱特性，同时受环境温湿度的影响，测量值不确定性较大，这些都限制了人们对环境氡气危害的进一步认识。由于采用α总量测量，测量时受氡子体平衡时间(4个小时以上)的影响，一般需要较长的累积测量时间，这不符合对测量速度有要求的应用。虽然已有如美国产的RAD7型泵吸式α能谱测氡仪，但由于其采用动态泵吸方式，对测量环境氡气场扰动较大，因此测量结果误差较大，同时仪器系统机械结构较为复杂、价格昂贵、功耗大、体积较大，因此也不便使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，基于空气中的氡气静态扩散原理，采用静电累积法，设计了α能谱空气测氡仪，对空气中的氡及其子体进行α能谱测量。该基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪针对目前室内空气中氡气的检测要求，采用α射线半导体探测器作为探测元件，利用氡气静态扩散原理，采用静电累积方法对空气中的氡及其子体进行α能谱测量，并将氡及其子体收集装置和α能谱测量分析系统进行一体化设计，同时集成了氡及其子体收集装置腔体内部空气的温湿度测量模块，可通过标准氡室刻度修正温湿度对测量结果的影响。该基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪可完成民用建筑工程室内辐射环境氡水平监测及污染控制，标准氡室氡浓度监测、矿井坑道氡浓度监测等领域，具有结构简单合理、体积小、功耗低、价格低廉、使用方便等优点。

为能达到上述发明目的，所采用的技术方案是：一种基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：包括氡及其子体收集装置、α射线半导体探测器、低噪声信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、微处理器系统和低功耗电源管理模块以及计算机数据分析系统；所述α射线半导体探测器与低噪声信号调理电路相连；低噪声信号调理电路另一端经多道脉冲幅度分析器与微处理器系统相连接；所述微处理器还分别与实时时钟模块、氡及其子体收集装置腔体内部空气温湿度测量模块和人机接口模块相连接；微处理器通过USB接口与计算机进行相连；所述的低功耗电源管理模块对整个仪器系统进行低功耗电源管理。

按照本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的微处理器设置有用于和计算机数据分析系统相连接的USB接口。

按照本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的氡及其子体收集装置为圆柱型带正高压的金属收集腔体。

按照本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的α射线半导体探测器表面与系统地相连，并置于氡及其子体收集装置腔体内部。

按照本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的温湿度测量模块置于氡及其子体收集装置腔体内部。

按照本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：仪器外壳(7)采用金属材料，可屏蔽环境中的电磁干扰；氡及其子体收集装置高压腔体通过绝缘板材(9)与仪器外壳固定；仪器外壳下方安装仪器脚垫(10)，使扩散孔暴露在测量环境中；α射线半导体探测器直接安装在电路板(2)上；电路板安装在绝缘材料(4)上，绝缘材料与氡及其子体收集装置连接，连接口为装有O型密封圈垫，整个氡及其子体收集装置内腔通过氡气扩散孔(8)与外界相通，环境空气中的氡可经干燥器(11)干燥后通过扩散孔扩散到其内部，干燥器的可更换；人机交互界面安装在仪器上表面(1)。

通过上面的叙述可以看出，本实用新型具有以下优点：在结构设计上，将氡及其子体收集装置和α能谱测量分析系统进行一体化设计，方便现场操作和维护；在系统设计上，采用较大探测面积α射线半导体探测器，增加测量灵敏度。采用带高压静电圆柱型金属收集腔体，增加对氡子体收集能力；在系统功能上，进行α能谱测量分析，有利于区分氡及其子体能谱特性，同时集成温湿度测量，方便修正温湿度对氡气测量的影响；在测量原理上，采用氡气静态扩散原理，利用静电累积测量方法，有利于消除空气扰动对测量结果的影响，同时可增加探测效率。在系统性能上，采用低功耗电源设计方案，并采用最新的OLED显示技术，并留有USB接口，方便与计算机的后台数据库相连接，以便数据的二次分析；在技术指标上，仪器测量不确定度优于±15％，1cph对应的测量灵敏度优于3Bq/m³，256道全谱显示，整机功耗＜200mW。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪的原理框图。

图2为本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪的结构图。

其中：(1)人机交互界面；(2)电路板；(3)半导体探测器；(4)绝缘材料；(5)电场力；(6)氡及其子体收集装置腔体；(7)仪器外壳；(8)氡气扩散孔；(9)绝缘板材；(10)仪器脚垫；(11)干燥器；(12)温湿度测量模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪的原理框图。如图中所示，基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：包括氡及其子体收集装置、α射线半导体探测器、低噪声信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、微处理器系统和低功耗电源管理模块以及计算机数据分析系统；所述α射线半导体探测器与低噪声信号调理电路相连；低噪声信号调理电路另一端经多道脉冲幅度分析器与微处理器系统相连接；所述微处理器还分别与实时时钟模块、氡及其子体收集装置腔体内部空气温湿度测量模块和人机接口模块相连接；微处理器通过USB接口与计算机进行相连；所述的低功耗电源管理模块对整个仪器系统进行低功耗电源管理。

所述氡及其子体收集装置为圆柱型金属收集腔体，并加正高压静电；所述的扩散指的是空气中的氡通过扩散孔静态的方式扩散到氡及其子体收集装置腔体内部，能消除空气扰动的影响；所述的累积指的是，扩散到氡及其子体收集装置腔体内部的氡衰变产生的子体在高压电场力(5)作用下被吸附到半导体探测器的探测表面；所述的测量指的是利用半导体探测器配合相应的电路系统对累积到半导体探测器表面的氡子体进行α能谱测量。所述的电路系统指的是低噪声调理电路，多道脉冲幅度分析器和微处理器系统以及相应的外围电路，电路中包含测量氡及其子体收集装置腔体内部的温湿度测量模块。

理论上，在一个稳定的空间中，氡及其子体处于放射性动态平衡状态。氡及其子体发生α衰变放射出α粒子，根据放射性平衡理论，氡浓度与这些α粒子数成正比，通过测量这些α粒子从而实现空气中氡浓度的测量。通过α能谱的方式累积测量扩散到氡及其子体收集装置腔体内部的氡的第一代衰变子体²¹⁸Po衰变产生的α粒子可以确定空气中氡的浓度。

由于氡子体为带正电气溶胶粒子，在氡及其子体收集装置腔体的高压电场作用下，吸附到半导体探测器表面，在半导体探测器表面发生α衰变产生α粒子，这个α粒子进入半导体探测器PN结区。由于α粒子具有很强的电离能力，所以会在PN结区产生大量电子-空穴对。这些电子-空穴对在PN结偏置电压的作用下，迅速积累并输出到后续低噪声信号调理电路中，由其放大后输出一个电脉冲信号，后续电路记录这个电脉冲信号，从而获取α粒子信息。不同子体衰变产生的α粒子能量是不同的，因此电离出来的电子-空穴对数量也不同，反映在后续电路脉冲幅度也不同。根据这一特性采用α能谱测量，能够有效地区分氡及其子体的能谱特性，从而可以确定被测环境中的氡含量。

图2为本实用新型提供的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪的结构图。如图中所示，仪器外壳采用金属材料，可屏蔽环境中电磁干扰；氡及其子体收集装置高压腔体通过绝缘板材与仪器外壳固定，氡及其子体收集装置为圆柱型金属收集腔体；仪器外壳下方安装仪器脚垫，使扩散孔暴露在测量环境中；半导体探测器直接安装在电路板上，α射线半导体探测器表面接地电平；电路板安装在绝缘材料上，绝缘材料与氡及其子体收集装置连接，连接口为装有O型密封圈垫；整个氡及其子体收集装置内腔通过扩散孔与外界相通，环境空气中的氡可经干燥器干燥后通过扩散孔扩散到其内部；人机交互界面安装在仪器上表面。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创作性劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims

1、基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：包括氡及其子体收集装置、α射线半导体探测器、低噪声信号调理电路、多道脉冲幅度分析器、微处理器系统和低功耗电源管理模块以及计算机数据分析系统；所述α射线半导体探测器与低噪声信号调理电路相连接；低噪声信号调理电路另一端经多道脉冲幅度分析器与微处理器系统相连接；所述微处理器还分别与实时时钟模块、温湿度测量模块和人机接口模块相连接；微处理器通过USB接口与计算机进行相连接；所述的低功耗电源管理模块对整个仪器系统进行低功耗电源管理。

2、根据权利要求1所述的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述微处理器设置有用于和计算机数据分析系统相连接的USB接口。

3、根据权利要求1所述的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的氡及其子体收集装置(6)为圆柱型带正高压的金属收集腔体。

4、根据权利要求1所述的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的α射线半导体探测器(3)表面与系统地相连，并置于氡及其子体收集装置腔体内部。

5、根据权利要求1所述的基于扩散累积原理α能谱空气测氡仪，其特征在于：所述的温湿度测量模块(12)置于氡及其子体收集装置腔体内部。