專利名稱：基于擴(kuò)散累積原理α能譜空氣測氡儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種a能譜測氡儀，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)空氣中氡氣濃度 測量及分析的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀。
背景技術(shù)：
氡是天然放射性衰變系列中的氣態(tài)放射性核素，它的衰變產(chǎn)物又是一種不 揮發(fā)的放射性物質(zhì)， 一旦被吸入人體,就會對人體肺部造成損壞并增加誘發(fā)肺癌 的可能。據(jù)統(tǒng)計(jì)研究表明，室內(nèi)氡氣污染是僅次于吸煙導(dǎo)致肺癌的第2大誘因。 為此，國家出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)GB50325-2001《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī) 范》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定了對室內(nèi)氡氣檢測 的要求。基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀在民用建筑工程室內(nèi)輻射環(huán)境氡 水平監(jiān)測及污染控制領(lǐng)域、標(biāo)準(zhǔn)氡室氡濃度監(jiān)測、礦井坑道氡濃度監(jiān)測等領(lǐng)域 有廣闊的應(yīng)用前景。
現(xiàn)有的空氣測氡儀，如a徑跡測氡、天然熱釋光測氡、活性碳法測氡、空 氣脈沖電離室測氡等很難做到用a能譜測氡，因此無法區(qū)分氡及其子體的能譜 特性，同時受環(huán)境溫濕度的影響，測量值不確定性較大，這些都限制了人們對 環(huán)境氡氣危害的進(jìn)一步認(rèn)識。由于采用a總量測量，測量時受氡子體平衡時間 (4個小時以上)的影響， 一般需要較長的累積測量時間，這不符合對測量速度 有要求的應(yīng)用。雖然已有如美國產(chǎn)的RAD7型泵吸式a能譜測氡儀，但由于其 采用動態(tài)泵吸方式，對測量環(huán)境氡氣場擾動較大，因此測量結(jié)果誤差較大，同 時儀器系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、價格昂貴、功耗大、體積較大，因此也不便使 用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)不足，基于空氣中的氡氣靜態(tài)擴(kuò)散原 理，采用靜電累積法，設(shè)計(jì)了a能譜空氣測氡儀，對空氣中的氡及其子體進(jìn)行 a能譜測量。該基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀針對目前室內(nèi)空氣中氡氣的檢測要求，采用a射線半導(dǎo)體探測器作為探測元件，利用氡氣靜態(tài)擴(kuò)散原理， 采用靜電累積方法對空氣中的氡及其子體進(jìn)行a能譜測量，并將氡及其子體收 集裝置和a能譜測量分析系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，同時集成了氡及其子體收集裝 置腔體內(nèi)部空氣的溫濕度測量模塊，可通過標(biāo)準(zhǔn)氡室刻度修正溫濕度對測量結(jié) 果的影響。該基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀可完成民用建筑工程室內(nèi)輻 射環(huán)境氡水平監(jiān)測及污染控制，標(biāo)準(zhǔn)氡室氡濃度監(jiān)測、礦井坑道氡濃度監(jiān)測等 領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、功耗低、價格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
為能達(dá)到上述發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是 一種基于擴(kuò)散累積原理a 能譜空氣測氡儀，其特征在于包括氡及其子體收集裝置、a射線半導(dǎo)體探測 器、低噪聲信號調(diào)理電路、多道脈沖幅度分析器、微處理器系統(tǒng)和低功耗電源 管理模塊以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述a射線半導(dǎo)體探測器與低噪聲信號調(diào) 理電路相連；低噪聲信號調(diào)理電路另一端經(jīng)多道脈沖幅度分析器與微處理器系 統(tǒng)相連接；所述微處理器還分別與實(shí)時時鐘模塊、氡及其子體收集裝置腔體內(nèi) '部空氣溫濕度測量模塊和人機(jī)接口模塊相連接；微處理器通過USB接口與計(jì)算 機(jī)進(jìn)行相連；所述的低功耗電源管理模塊對整個儀器系統(tǒng)進(jìn)行低功耗電源管理。
按照本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于 所述的微處理器設(shè)置有用于和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連接的USB接口。
按照本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于
所述的氡及其子體收集裝置為圓柱型帶正高壓的金屬收集腔體。
按照本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于 所述的a射線半導(dǎo)體探測器表面與系統(tǒng)地相連，并置于氡及其子體收集裝置腔 體內(nèi)部。
按照本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于 所述的溫濕度測量模塊置于氡及其子體收集裝置腔體內(nèi)部。
按照本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于
儀器外殼(7)采用金屬材料，可屏蔽環(huán)境中的電磁干擾；氡及其子體收集裝置 高壓腔體通過絕緣板材(9)與儀器外殼固定；儀器外殼下方安裝儀器腳墊(10)，使擴(kuò)散孔暴露在測量環(huán)境中；a射線半導(dǎo)體探測器直接安裝在電路板(2)上； 電路板安裝在絕緣材料(4)上，絕緣材料與氡及其子體收集裝置連接，連接口 為裝有O型密封圈墊，整個氡及其子體收集裝置內(nèi)腔通過氡氣擴(kuò)散孔(8)與外 界相通，環(huán)境空氣中的氡可經(jīng)干燥器(11)干燥后通過擴(kuò)散孔擴(kuò)散到其內(nèi)部，干 燥器的可更換；人機(jī)交互界面安裝在儀器上表面(1)。
通過上面的敘述可以看出，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，將 氡及其子體收集裝置和a能譜測量分析系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，方便現(xiàn)場操作和 維護(hù)；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，采用較大探測面積a射線半導(dǎo)體探測器，增加測量靈敏 度。采用帶高壓靜電圓柱型金屬收集腔體，增加對氡子體收集能力；在系統(tǒng)功 能上，進(jìn)行a能譜測量分析，有利于區(qū)分氡及其子體能譜特性，同時集成溫濕 度測量，方便修正溫濕度對氡氣測量的影響；在測量原理上，采用氡氣靜態(tài)擴(kuò) 散原理，利用靜電累積測量方法，有利于消除空氣擾動對測量結(jié)果的影響，同 時可增加探測效率。在系統(tǒng)性能上，采用低功耗電源設(shè)計(jì)方案，并采用最新的 OLED顯示技術(shù)，并留有USB接口，方便與計(jì)算機(jī)的后臺數(shù)據(jù)庫相連接，以便 數(shù)據(jù)的二次分析；在技術(shù)指標(biāo)上，儀器測量不確定度優(yōu)于±15%， lcph對應(yīng)的 測量靈敏度優(yōu)于3Bq/m3， 256道全譜顯示，整機(jī)功耗〈200mW。

圖1為本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理cx能譜空氣測氡儀的原理框圖。 圖2為本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀的結(jié)構(gòu)圖。
其中(1)人機(jī)交互界面；(2)電路板；(3)半導(dǎo)體探測器；(4)絕緣材 料；(5)電場力；(6)氡及其子體收集裝置腔體；(7)儀器外殼；(8)氡氣擴(kuò) 散孔；(9)絕緣板材；(10)儀器腳墊；(11)干燥器；(12)溫濕度測量模塊。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
圖1為本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀的原理框圖。 如圖中所示，基于擴(kuò)散累積原理(X能譜空氣測氡儀，其特征在于包括氡及其 子體收集裝置、a射線半導(dǎo)體探測器、低噪聲信號調(diào)理電路、多道脈沖幅度分析器、微處理器系統(tǒng)和低功耗電源管理模塊以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述a 射線半導(dǎo)體探測器與低噪聲信號調(diào)理電路相連；低噪聲信號調(diào)理電路另一端經(jīng)
多道脈沖幅度分析器與微處理器系統(tǒng)相連接；所述微處理器還分別與實(shí)時時鐘 模塊、氡及其子體收集裝置腔體內(nèi)部空氣溫濕度測量模塊和人機(jī)接口模塊相連 接；微處理器通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行相連；所述的低功耗電源管理模塊對 整個儀器系統(tǒng)進(jìn)行低功耗電源管理。
所述氡及其子體收集裝置為圓柱型金屬收集腔體，并加正高壓靜電；所述 的擴(kuò)散指的是空氣中的氡通過擴(kuò)散孔靜態(tài)的方式擴(kuò)散到氡及其子體收集裝置腔 體內(nèi)部，能消除空氣擾動的影響；所述的累積指的是，擴(kuò)散到氡及其子體收集 裝置腔體內(nèi)部的氡衰變產(chǎn)生的子體在高壓電場力(5)作用下被吸附到半導(dǎo)體探 測器的探測表面；所述的測量指的是利用半導(dǎo)體探測器配合相應(yīng)的電路系統(tǒng)對 累積到半導(dǎo)體探測器表面的氡子體進(jìn)行a能譜測量。所述的電路系統(tǒng)指的是低
噪聲調(diào)理電路，多道脈沖幅度分析器和微處理器系統(tǒng)以及相應(yīng)的外圍電路，電 路中包含測量氡及其子體收集裝置腔體內(nèi)部的溫濕度測量模塊。
理論上，在一個穩(wěn)定的空間中，氡及其子體處于放射性動態(tài)平衡狀態(tài)。氡 及其子體發(fā)生a衰變放射出a粒子，根據(jù)放射性平衡理論，氡濃度與這些a粒 子數(shù)成正比，通過測量這些a粒子從而實(shí)現(xiàn)空氣中氡濃度的測量。通過a能譜 的方式累積測量擴(kuò)散到氡及其子體收集裝置腔體內(nèi)部的氡的第一代衰變子體 218Po衰變產(chǎn)生的a粒子可以確定空氣中氡的濃度。
由于氡子體為帶正電氣溶膠粒子，在氡及其子體收集裝置腔體的高壓電場 作用下，吸附到半導(dǎo)體探測器表面，在半導(dǎo)體探測器表面發(fā)生a衰變產(chǎn)生a粒 子，這個a粒子進(jìn)入半導(dǎo)體探測器PN結(jié)區(qū)。由于a粒子具有很強(qiáng)的電離能力， 所以會在PN結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量電子-空穴對。這些電子-空穴對在PN結(jié)偏置電壓的 作用下，迅速積累并輸出到后續(xù)低噪聲信號調(diào)理電路中，由其放大后輸出一個 電脈沖信號，后續(xù)電路記錄這個電脈沖信號，從而獲取a粒子信息。不同子體 衰變產(chǎn)生的a粒子能量是不同的，因此電離出來的電子-空穴對數(shù)量也不同，反 映在后續(xù)電路脈沖幅度也不同。根據(jù)這一特性采用a能譜測量，能夠有效地區(qū)
6分氡及其子體的能譜特性，從而可以確定被測環(huán)境中的氡含量。
圖2為本實(shí)用新型提供的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀的結(jié)構(gòu)圖。 如圖中所示，儀器外殼采用金屬材料，可屏蔽環(huán)境中電磁干擾；氡及其子體收 集裝置高壓腔體通過絕緣板材與儀器外殼固定，氡及其子體收集裝置為圓柱型 金屬收集腔體；儀器外殼下方安裝儀器腳墊，使擴(kuò)散孔暴露在測量環(huán)境中；半 導(dǎo)體探測器直接安裝在電路板上，a射線半導(dǎo)體探測器表面接地電平；電路板 安裝在絕緣材料上，絕緣材料與氡及其子體收集裝置連接，連接口為裝有0型 密封圈墊；整個氡及其子體收集裝置內(nèi)腔通過擴(kuò)散孔與外界相通，環(huán)境空氣中 的氡可經(jīng)干燥器干燥后通過擴(kuò)散孔擴(kuò)散到其內(nèi)部；人機(jī)交互界面安裝在儀器上
表面o
雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)不需要創(chuàng)作性勞動就能作出的各種變形或修改仍屬本專 利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、基于擴(kuò)散累積原理α能譜空氣測氡儀，其特征在于包括氡及其子體收集裝置、α射線半導(dǎo)體探測器、低噪聲信號調(diào)理電路、多道脈沖幅度分析器、微處理器系統(tǒng)和低功耗電源管理模塊以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述α射線半導(dǎo)體探測器與低噪聲信號調(diào)理電路相連接；低噪聲信號調(diào)理電路另一端經(jīng)多道脈沖幅度分析器與微處理器系統(tǒng)相連接；所述微處理器還分別與實(shí)時時鐘模塊、溫濕度測量模塊和人機(jī)接口模塊相連接；微處理器通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行相連接；所述的低功耗電源管理模塊對整個儀器系統(tǒng)進(jìn)行低功耗電源管理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在于: 所述微處理器設(shè)置有用于和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連接的USB接口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在 于所述的氡及其子體收集裝置(6)為圓柱型帶正高壓的金屬收集腔體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在 于.-所述的a射線半導(dǎo)體探測器(3)表面與系統(tǒng)地相連，并置于氡及其子體收 集裝置腔體內(nèi)部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于擴(kuò)散累積原理a能譜空氣測氡儀，其特征在 于所述的溫濕度測量模塊(12)置于氡及其子體收集裝置腔體內(nèi)部。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于擴(kuò)散累積原理α能譜空氣測氡儀，包括氡及其子體收集裝置、α射線半導(dǎo)體探測器、低噪聲信號調(diào)理電路、多道脈沖幅度分析器、微處理器系統(tǒng)和低功耗電源管理模塊以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；采用靜態(tài)擴(kuò)散的方式收集空氣中的氡及其子體，消除空氣擾動的影響；采用靜電累積的方式進(jìn)行探測，提高探測效率；采用α能譜測量，能有效區(qū)分氡及其子體能譜特性；選用α射線半導(dǎo)體探測器作為探測元件，能量分辨率好；該α能譜空氣測氡儀適用于民用建筑工程室內(nèi)輻射環(huán)境氡水平監(jiān)測及污染控制、標(biāo)準(zhǔn)氡室氡濃度監(jiān)測、礦井坑道氡濃度監(jiān)測等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、功耗低、性能穩(wěn)定、價格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01T1/24GK201413298SQ20092008005
公開日2010年2月24日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐, 周建斌, 方 方, 敏 王, 阮菊紅, 秋 黃 申請人:成都理工大學(xué)