發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 13:41

【摘要】：從二十世紀(jì)發(fā)現(xiàn)氡以來(lái),人們開(kāi)始了對(duì)氡氣認(rèn)識(shí)與研究,早期主要用于與地質(zhì)有關(guān)的工作,隨著認(rèn)識(shí)的深入及技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛,在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,氡氣作為一種放射性氣體,嚴(yán)重危害人體健康,為采取有效的防護(hù)措施,需要準(zhǔn)確地測(cè)量環(huán)境中氡氣的濃度。在此背景下,以成都市科技惠民工程研發(fā)項(xiàng)目為依托,針對(duì)現(xiàn)有測(cè)氡儀存在靈敏度和探測(cè)效率不高、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量重復(fù)性差、濕度影響大等問(wèn)題,采用靈敏度高、穩(wěn)定性好、受濕度影響小的的空氣脈沖電離室作為氡的探測(cè)器,研制出具有靈敏度高、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)的測(cè)氡儀。文中首先簡(jiǎn)要闡述了氡測(cè)量的基本原理,通過(guò)對(duì)α粒子電離過(guò)程的模擬,為電離室的尺寸設(shè)計(jì)提供理論上的依據(jù)。通過(guò)對(duì)電離室的電場(chǎng)仿真,提出了電離室保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高探測(cè)靈敏度的方法。設(shè)計(jì)的空氣脈沖電離室腔體直徑為71mm,中央極絲為6mm,靈敏體積為0.9L,在此結(jié)構(gòu)下,對(duì)于射向靈敏體積內(nèi)的大多數(shù)α射線,其能量能完全沉積在靈敏體積內(nèi)并被探測(cè)。電離室腔體外壁加正高壓,使電離室工作在離子脈沖電離室狀態(tài),在正高壓電場(chǎng)作用下,吸附在中央極絲(陰極)上的氡子體衰變產(chǎn)生的α射線絕對(duì)探測(cè)效率接近50%,有利于提高測(cè)量靈敏度。空氣脈沖電離室測(cè)氡儀以C8051F340單片微處理系統(tǒng)為核心,集成了溫濕度、氣壓測(cè)量模塊,實(shí)現(xiàn)了氡濃度、溫濕度、氣壓的數(shù)據(jù)同步測(cè)量;設(shè)計(jì)了高靈敏度、低噪聲的前置放大電路和具備脈沖寬度識(shí)別的單道電路,有效濾除機(jī)械振動(dòng)等的高頻、低頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈沖信號(hào)的高效探測(cè);穩(wěn)定可靠的電源電路為測(cè)氡儀穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保證。論文中分別給出了簡(jiǎn)明的電路圖,并分別介紹了這些電路的功能、工作原理等。采用模塊化的軟件開(kāi)發(fā)模型,以C51語(yǔ)言編寫(xiě)了移植性良好的軟件系統(tǒng);采用迪文觸摸屏為人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。參照中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《測(cè)氡儀》(JJG 825-2013),計(jì)量結(jié)果表明,儀器重復(fù)性、體積活度響應(yīng)、相對(duì)固有誤差、統(tǒng)計(jì)不確定度方面都滿足相關(guān)要求。初步實(shí)驗(yàn)表明,電離室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行,軟硬件設(shè)計(jì)合理。當(dāng)電離室外接正高壓可有效提高探測(cè)靈敏度;無(wú)封閉電場(chǎng)的電離室可以快速響應(yīng)環(huán)境氡濃度的變化;采用高壓靜電吸附降低氡子體的濃度可有效解決氡氣污染的問(wèn)題,此方法也可以用于土壤氡測(cè)量。研制的空氣脈沖電離室具有穩(wěn)定性高、功耗低、重量輕,圖形化的人機(jī)界面,操作簡(jiǎn)單,界面友好,可廣泛應(yīng)用于環(huán)境氡水平監(jiān)測(cè)及污染控制等領(lǐng)域。
【圖文】：

第 4 章 空氣脈沖電離室設(shè)計(jì)量傳遞的計(jì)算機(jī)程序（王旭東等，2010）�？梢阅M單位距離的電子 離子團(tuán)個(gè)數(shù)、電子 離子團(tuán)的大小分布、帶電粒子的能量損失等參數(shù)等（單卿等，2014）。利用SRIM2013 程序模擬 α 粒子電離過(guò)程，模擬中溫度設(shè)置為常溫，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣體為空氣，空氣靶厚度為 50mm，空氣密度為 1.205mg/cm3（20℃干燥空氣），入射粒子為 α 粒子，能量為 5.48 MeV，數(shù)目為 105個(gè)。模擬結(jié)果如圖 4-1、4-2所示。

圖 4-2 5.48 MeV 的 α 粒子入射到 50mm 空氣中的電離圖室結(jié)構(gòu)電場(chǎng)模擬內(nèi)電場(chǎng)分布是決定電離室時(shí)間響應(yīng)性能的重要因素（ ElecNet 軟件進(jìn)行模擬研究。ElecNet 是由加拿大 Infolyt有限元算法的電場(chǎng)模擬軟件，提供了高精度高可靠性的解方式，分別為 Electrostatic（靜電場(chǎng)模擬）、Current Fime Harmonic Electric Field（s時(shí)間諧振電場(chǎng)）和 Transient E模擬）。Electrostatic（靜電場(chǎng)模擬）適用于模擬和分析由壓產(chǎn)生的靜電場(chǎng)（Wataru Kada et al.，2010；郝朋飛等，接 800V 的高壓電源，電離室腔體為空氣，，這樣就在高壓場(chǎng)，根據(jù)電場(chǎng)仿真模擬求解方式，可認(rèn)為該電場(chǎng)為靜態(tài)2D 靜態(tài)）模擬求解。電離室半徑為 36mm，長(zhǎng)為 228mm（收集極中心為坐標(biāo)零點(diǎn)）。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL811.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683618