CN202372647U - 一种新型α气溶胶测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于核辐射测量仪器领域，具体涉及一种用于对空气中的人工α气溶胶浓度测量的装置。包括电源、测量室、探测器、低噪声屏蔽同轴电缆、前置放大器、主放大器、单道处理板和显示模块，其中测量室中放置采集样品托盘，安装探测器和前置放大器，前置放大器的输入端与探测器相配合，输出信号经过低噪声屏蔽同轴电缆和主放大器相连；单道处理板包括单道部分和处理部分，单道部分采用六路模数转换装置控制三个通道的上下甄别阈值，三通道分别是人工道、天然道和补偿道；CPU对单道板输出的脉冲信号进行处理分析，并得到最终结果。经试验验证，本实用新型一种新型α气溶胶测量装置工作稳定，探测效率57％以上，可以在多种环境下快速得到测量结果。
Description
技术领域
本实用新型属于核辐射测量仪器领域，具体涉及一种用于对空气中的人工α气溶胶浓度测量的装置。
背景技术
放射性气溶胶是指悬浮在空气中的带有放射性的固体或液体粒子。从铀矿开采、矿石加工、铀的精制到核燃料元件制造以及核能发电等过程中，都可能涉及到各种放射性物质的生产与操作，这些放射性物质在生产与操作过程中，可能会产生放射性微粒物质而弥散于空气中形成放射性气溶胶；或者，放射性的微粒物或挥发物附着或凝聚到空气中的普通粉尘粒子上而使非放射性的气溶胶成为放射性气溶胶。
放射性气溶胶可分为α气溶胶、β气溶胶和γ气溶胶。从辐射防护角度讲，人们主要关心的是α气溶胶；α气溶胶随空气进入人体内部而形成的内照射，对人体具有较大危害。
要实现α气溶胶的测量，需要进行采样，通过对被收集在样品中的α活度测量和相对应的采样体积，可计算出取样空气中的α活度浓度。能量甄别法适用于α气溶胶的测量。形成人工α气溶胶的几种具有α放射性的核素所发出的α粒子能量与天然本底中几种α放射性核素所发射的α粒子能量是不同的，这就为我们通过能量甄别的方法将他们加以区分提供了条件。核素不同，α粒子的能量不同，引起α计数的脉冲幅度会有不同，则能谱的峰位各自不同。利用具有不同甄别阈的脉冲幅度分析器，将他们各自分开而分别进行计数，就把天然本底的α计数与需要监测的长寿命核素的α计数区分开了。这就是能量甄别法的 基本原理。
但是，这是属于理想的情况。实际情况是，各种核素的气溶胶粒子累积在滤纸样品上时，因滤纸表面特性以及气溶胶的质量厚度的影响，即使是以同一能量发出的α粒子，经探测器而形成的脉冲幅度大小并不完全一致，使得各自的α能谱“展宽”，因而会在不同的计数道内引起计数，更主要的是各自的α谱前端都有一个长的“拖尾”形成相互叠加。可见，在所设定的测量长寿命核素的α粒子的计数道内，可能会有小部分或相当一部分天然本底的α粒子也将在这种计数道内引起计数，使得测出的长寿命α计数中，仍然包含有相当一部分甚至比应该测得的计数还要多的天然本底计数。对这部分干扰到长寿命α计数道内的天然本底计数，还必须进行补偿或修正而加以扣除才能得到真正的α污染计数。这就是能量甄别修正法：即首先利用分析道实施分道计数而把天然本底“甄别”掉，再对天然本底在长寿命计数道引起的计数实施补偿修正。
由于环境中氡钍子体气溶胶的存在，人工α气溶胶测量的关键是要扣除掉氡钍子体带来的影响，而得到真正的人工α气溶胶测量值。
目前，α气溶胶测量仪器的测量方式主要包含以下两种：
1.衰变法测量：首先，它先通过采样装置进行空气采样，将气溶胶粒子过滤到滤纸上，将样品置放3--4天甚至更长时间，待氡钍子体完全衰变后，再将样品拿到实验室，通过辐射测量仪(多采用闪烁探测器)对样品进行放射性活度测量，然后，计算出空气中α气溶胶体积活度即浓度值。
2.在线测量：该类仪表将取样装置与测量单元合为一体，在测试现场抽气取样，测量单元通过内置的算法计算，即时给出α气溶胶测量值。
衰变法是最简单、最可靠的气溶胶的测量方法；但主要缺点是耗时以及测量值不能较快给出(需要等待3-4天才能得出结果)。在线测量可以即时得出测 量结果，但是受探测方法的限制，其测量精度和准确度较低，从实际应用来看，其对使用场所条件要求较高，不适合部分环境恶劣工况下使用。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种与衰变法相比大大降低了测量周期和响应时间；与在线法相比，测量精度和准确度都有较大提高，同时对使用环境的要求较低的新型α气溶胶测量装置。
为了实现这一目的，本实用新型的技术方案是，一种新型α气溶胶测量装置，包括电源、测量室、探测器、低噪声屏蔽同轴电缆、前置放大器、主放大器、单道处理板和显示模块，其中，电源包括变压器和滤波器，分别与探测器、前置放大器、主放大器、单道处理板和显示模块连接；测量室中放置采集样品托盘，安装探测器和前置放大器，前置放大器的输入端与探测器相配合，输出信号经过低噪声屏蔽同轴电缆和主放大器相连；利用探测器和前置放大器对放射性物质信号进行探测转化成电信号并进行初次放大；将放大后的电信号输入主放大器进行进一步的信号滤波、成型、放大，为单道处理板提供输入信号；单道处理板包括单道部分和处理部分，单道部分采用六路模数转换装置控制三个通道的上下甄别阈值，三通道分别是人工道、天然道和补偿道；CPU对单道板输出的脉冲信号进行处理分析，并得到最终结果。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，单道部分三个通道的阈值调节范围在0～9V。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，人工道的上下甄别阈值分别为3V和1V，天然道的上下甄别阈值分别为9V和3.2V，补偿道的上下甄别阈值分别为3.8V和3.2V。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，探测器采用钝化注入平面硅探测器，具体型号为CANBERRA公司的PIPS CAM450AM，有效探测面积为450mm2，有效探测直径为23.9mm。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，探测器工作电 压为24V，变压器单独输出一组AC21V，经整流稳压后输出DC24V给探测器提供高压。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，单道处理板中处理部分的CPU采用型号为ARM Cortex-M3的大规模集成芯片控制器。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，显示模块采用5.7英寸的彩色液晶显示触摸屏，以图形界面的方式提供包括单道上下阈值、测量时间、修正系数、报警阈值等参数的输入功能；显示包括测量数据、测量时间、报警状态、操作人员信息等仪器运行状态。
采用本实用新型的仪器可快速测量空气中的人工α气溶胶浓度和天然氡钍子体的浓度，测量结束可自动显示浓度值，最小可探测浓度小于0.01Bq/m3。并且可显示出各个道的计数值；在仪器运行中，根据使用情况可以在测量范围内设置报警阈值。当测量结果超过所设报警阈值时，仪器给出报警声音和液晶显示提示报警，报警阈值在其范围内连续可调。经试验验证，本实用新型一种新型α气溶胶测量装置工作稳定，探测效率57％以上，稳定性小于1％，本底显著降低，可以在多种环境下较为快速的得到测量结果。
附图说明
图1是本实用新型一种新型α气溶胶测量装置的结构原理示意图；
图2是本实用新型一种新型α气溶胶测量装置的双道能量甄别法原理图。
图中，1-电源，2-测量室，3-探测器，4-前置放大器，5-低噪声屏蔽同轴电缆，6-主放大器，7-单道处理板，8-单道部分，9-处理部分，10-显示模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。如图1所示，本实用新型一种新型α气溶胶测量装置，包括电源1、测量室2、探测器3、低噪声屏蔽同轴电缆5、前置放大器4、主放大器6、单道处理板7和显示模块10，其中，电源1包括变压器和滤波器，分别与探测器3、前置放大器4、主放大器6、单道处理板7和显示模块10连接，为上述装置供电；测量室2中放置采集样品托盘，安 装探测器3和前置放大器4，前置放大器4的输入端与探测器3相配合，输出信号经过低噪声屏蔽同轴电缆5和主放大器6相连；利用探测器3和前置放大器4对放射性物质信号进行探测转化成电信号并进行初次放大；将放大后的电信号输入主放大器6进行进一步的信号滤波、成型、放大，为单道处理板7提供输入信号；单道处理板7包括单道部分8和处理部分9，单道部分8采用六路模数转换装置控制三个通道的上下甄别阈值，三通道分别是人工道、天然道和补偿道；CPU对单道板输出的脉冲信号进行处理分析，并得到最终结果。
进一步的，如上所述的一种新型α气溶胶测量装置，其中，单道部分8三个通道的阈值调节范围在0～9V。人工道的上下甄别阈值分别为3V和1V，天然道的上下甄别阈值分别为9V和3.2V，补偿道的上下甄别阈值分别为3.8V和3.2V。探测器3采用钝化注入平面硅探测器，具体型号为CANBERRA公司的PIPS CAM450AM，有效探测面积为450mm2，有效探测直径为23.9mm。探测器3工作电压为15-24V，变压器单独输出一组AC21V，经整流稳压后输出DC24V给探测器3提供高压。单道处理板7中处理部分9的CPU采用型号为ARMCortex-M3的大规模集成芯片控制器。显示模块10采用5.7英寸的彩色液晶显示触摸屏，以图形界面的方式提供包括单道上下阈值、测量时间、修正系数、报警阈值等参数的输入功能；显示包括测量数据、测量时间、报警状态、操作人员信息等仪器运行状态。
本仪器采用双道能量甄别修正法对α气溶胶进行测量计算。双道能量甄别修正法利用两个单道脉冲幅度分析器，将α计数区分为三个部分，每部分计数区的下甄别阈与上甄别阈调到适当值组成具有适当道宽的单道。从探测器出来的脉冲信号，经过放大以后，进入单道脉冲幅度分析器，然后分别送到三个不同的脉冲计数器(1)、(2)和(3)，计数器(1)测定上下甄别阈之间(A，B内)由长寿命α粒子引起的计数，称为“人工道”；计数器(2)测定上下甄别阈之间(B，C内)计数，成为补偿道；计数器(3)测定上下甄别阈之间(B，F内)由天然本 底引起的α计数，称为“天然道”。如附图1所示，图中A-B段称为人工道，其中积分计数以N人工总表示。B-C段称为补偿道，其中积分计数以N补偿表示。B-F段称为甄别道，为氡钍子体的积分计数，以N氡钍子体表示。
实验证明，天然本底拖到“人工道”的那部分计数与其“补偿道”内的计数，有一确定的比例关系，即：
式中，Nb(α)为天然本底在人工道引起的计数；NB(α)为天然本底在补偿道内的计数，Kα即比例因子(也叫补偿系数)。知道了补偿系数Kα，真正需要监测的长寿命核素在人工道内的计数Nα即为
Nα＝NT(α)-Nb(α)＝NT(α)-KαNB(α)
式中NT(α)为人工道内的总α计数，它是真正需要监测的长寿命核素的α计数Nα与天然本底拖延到人工道内计数Nb(α)之和。所以，知道了比例因子Kα，而NT(α)和NB(α)分别是人工道和补偿道内的计数，利用上式，即可把真正需要监测的计数Nα计算出来。
下面是本实用新型一种新型α气溶胶测量装置的技术指标和试验结果：
技术指标：探测射线类型：α射线；最小可探测浓度：小于0.01Bq/m3；最大计数：108-1；仪器本底：每小时计数小于1个；探测效率：在基准条件下，对239PUα粒子大于50％；仪器的相对固有误差：在基准条件下相对固有误差≤±10％；仪器工作稳定性：仪器在预热30min后，连续工作24h探测效率变化≤±10％；变异系数：变异系数应小于10％。
表1.本实用新型装置的效率测量试验结果
表2.本实用新型装置的稳定性测量试验结果
Claims (7)
1.一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：包括电源(1)、测量室(2)、探测器(3)、低噪声屏蔽同轴电缆(5)、前置放大器(4)、主放大器(6)、单道处理板和显示模块(10)，其中，电源(1)包括变压器和滤波器，分别与探测器(3)、前置放大器(4)、主放大器(6)、单道处理板(7)和显示模块(10)连接，为上述装置供电；测量室(2)中放置采集样品托盘，安装探测器(3)和前置放大器(4)，前置放大器(4)的输入端与探测器(3)相配合，输出信号经过低噪声屏蔽同轴电缆(5)和主放大器(6)相连；利用探测器(3)和前置放大器(4)对放射性物质信号进行探测转化成电信号并进行初次放大；将放大后的电信号输入主放大器(6)进行进一步的信号滤波、成型、放大，为单道处理板提供输入信号；单道处理板包括单道部分(8)和处理部分(9)，单道部分(8)采用六路模数转换装置控制三个通道的上下甄别阈值，三通道分别是人工道、天然道和补偿道；CPU对单道板输出的脉冲信号进行处理分析，并得到最终结果。
2.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：单道部分(8)三个通道的阈值调节范围在0～9V。
3.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：人工道的上下甄别阈值分别为3V和1V，天然道的上下甄别阈值分别为9V和3.2V，补偿道的上下甄别阈值分别为3.8V和3.2V。
4.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：探测器(3)采用钝化注入平面硅探测器，具体型号为CANBERRA公司的PIPS CAM450AM，有效探测面积为450mm2，有效探测直径为23.9mm。
5.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：探测器(3)工作电压为24V，变压器单独输出一组AC21V，经整流稳压后输出DC24V给探测器(3)提供高压。
6.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：单道处理板中处理部分(9)的CPU采用型号为ARM Cortex-M3的大规模集成芯片控制器。
7.如权利要求1所述的一种新型α气溶胶测量装置，其特征在于：显示模块(10)采用5.7英寸的彩色液晶显示触摸屏，以图形界面的方式提供包括单道上下阈值、测量时间、修正系数、报警阈值等参数的输入功能；显示包括测量数据、测量时间、报警状态、操作人员信息等仪器运行状态。
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