粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置。該裝置包括：測量室、鉛室、供氣系統(tǒng)、高壓源、前置放大器、數(shù)據(jù)處理模塊、計算機。它利用圓柱形多絲正比管對α粒子測量時對入射粒子的粒子軌跡及初始電離位置不敏感的特性，采用水平排列的圓柱形多絲正比管設(shè)計裝置探測室，克服了α能譜測量中金硅面壘探測器不能直接測量粉末樣品的缺點。具有對粉末環(huán)境樣品α放射性核素的活度探測效率高，能量分辨率好等優(yōu)點。
【專利說明】
粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于核儀器研制與核輻射測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置；它采用一種新型的多絲正比室構(gòu)成的測量室作為裝置的探測器，具有對粉末環(huán)境樣品α的活度探測效率高，能量分辨率好等優(yōu)點。

【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境樣品包括環(huán)境中的土壤，水，空氣和生物等。對環(huán)境樣品的α放射性核素含量測量常用的方法是測量環(huán)境樣品的α粒子放射性總活度。環(huán)境樣品中通常包含一種以上的放射性核素。要確定某種特定的α放射性核素的含量，還需要對樣品進行α能譜測量以甄別核素以排除其它核素的干擾。
[0003]目前環(huán)境樣品α能譜測量常用裝置是金硅面壘半導(dǎo)體探測器。金硅面壘型半導(dǎo)體α譜儀具有能量分辨率高、能量線性范圍寬等優(yōu)點。但金硅面壘半導(dǎo)體探測器面積無法做得很大，且價格貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。裝置在測量時必須進行抽真空操作，只能測量經(jīng)過化學(xué)和電沉積處理的薄源，不能對粉末狀的環(huán)境樣品直接測量。
[0004]對粉末環(huán)境樣品中α粒子放射性總活度測定的常用方法是使用流氣式多絲正比計數(shù)器構(gòu)建的低本底α測量系統(tǒng)。流氣式多絲正比計數(shù)器對于電沉積法制成的平面源的α粒子表面發(fā)射率有很高的探測效率，但傳統(tǒng)多絲室對α粒子能量分辨率低，不能滿足α能譜測量要求。
[0005]氣體探測器工作在氣體電離飽和區(qū)的脈沖電離室適用于α粒子等重帶電粒子的能譜測量。電離室測量α粒子的入射能量越大，在電離室中引發(fā)的工作氣體電離越多，輸出脈沖幅度越大。脈沖幅度還容易受到入射粒子軌跡及初始電離位置的影響。有兩種脈沖型電離室能測量到很好的能譜，屏柵電離室和圓柱形電離室(參見William，J, Price.Nuclear Radiat1n Detect1n [M].New York: McGraw-Hi11 Inc, 1964.70-115)。屏柵電離室能夠得到較好的能量分辨率，但對源活度探測效率較偏低(參見劉玉蓮，楊大亭等.300cm_2平行板α屏柵電離室的研制[J].輻射防護，1988，8(3): 173-193)。圓柱形電離室由于其金屬外壁對α粒子的阻擋，不適合直接測量α核素的能譜。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型提供的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的測量裝置結(jié)構(gòu)包括測量室、鉛室、供氣系統(tǒng)、高壓源、前置放大器、數(shù)據(jù)處理模塊、計算機；其連接關(guān)系是:測量室置于鉛室中，供氣系統(tǒng)通過軟管與測量室相連；高壓源與測量室內(nèi)部相連；前置放大器通過屏蔽線與測量室內(nèi)部相連接；前置放大器通過屏蔽線與數(shù)據(jù)處理模塊相連；數(shù)據(jù)處理模塊通過串口線和計算機相連。
[0007]本實用新型提供的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的測量室的結(jié)構(gòu)包括:網(wǎng)狀圓柱形室、樣品隔膜、送樣抽屜、樣品盒、進氣口、出氣口、室外殼、送樣抽屜位于室的下部，樣品盒置于送樣抽屜上；三個網(wǎng)狀圓柱形室水平排列，位于樣品盒的上部。
[0008]本實用新型提供的網(wǎng)狀圓柱形室，其特征在于:所述的網(wǎng)狀圓柱形室的結(jié)構(gòu)包括:陽極絲、圓柱形陰極外殼、陽極絲支柱、陶瓷管組成；陰極的柱面為不銹鋼絲組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；陽極絲為鍍金鎢絲或者不銹鋼絲，陽極絲直徑的取值范圍為10μπΓ50μπ?;圓柱形陰極外殼通過導(dǎo)線和室外殼相連。
[0009]本實用新型提供的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的高壓源正極和網(wǎng)狀圓柱形室的陽極絲相連，高壓源負極和圓柱形陰極外殼相連接。
[0010]本實用新型提供的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的前置放大器和陽極絲相連接。
[0011]本實用新型提供的測量室，其特征在于:所述的樣品隔膜為邁拉(Mylar)材料，隔膜厚度的取值范圍為80 μ g/cnT300 μ g/cm2。
[0012]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0013]1.裝置探測器采用核輻射探測器中的氣體探測器中的多絲正比室結(jié)構(gòu)，水平排列的網(wǎng)狀圓柱形室構(gòu)成很大的探測面積，對樣品的α放射性核素的活度有由很高的探測效率；
[0014]2.裝置采用網(wǎng)狀圓柱形室結(jié)構(gòu)，對樣品的α放射性粒子有很好的能量分辨率；
[0015]3.裝置可以直接對粉末狀的環(huán)境樣品進行測量，不需要再制作成電沉積源；從而大大簡化了測樣過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中。
[0017]圖1為本裝置測量室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為網(wǎng)狀圓柱形正比計數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為粉末環(huán)境樣品α粒子測量裝置總系統(tǒng)組成框圖。
[0020]圖4為對于不同尺寸的圓筒形電離室的，脈沖幅度與入射粒子初始電離位置的關(guān)系圖。
[0021]其中，(I)網(wǎng)狀圓柱形室，(2)樣品隔膜，(3)送樣抽屜，(4)樣品盒，(5)進氣口，
(6)出氣口，(7)測量室外殼，(8)陽極絲，(9)陰極外殼，(10)陽極絲支柱，(11)陶瓷管，
(12)測量室，(13)鉛室，(14)供氣系統(tǒng)，(15)高壓源，(16)前置放大器，(17)數(shù)據(jù)處理模塊，(18)計算機。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本實用新型做進一步說明。
[0023]圖1為測量室結(jié)構(gòu)示意圖。測量室結(jié)構(gòu)包括:(I)網(wǎng)狀圓柱形室，(2)樣品隔膜，
(3)送樣抽屜，(4)樣品盒，(5)進氣口，(6)出氣口，(7)測量室外殼。送樣抽屜位于室的下部，樣品盒置于送樣抽屜上。三個網(wǎng)狀圓柱形室水平排列，位于樣品盒的上部。
[0024]在測量室中的工作氣體可以是氬甲烷氣體，由90%的氬氣和10%的甲烷混合氣體構(gòu)成。氬氣作為反應(yīng)氣體，主要的作用是和α粒子作用后產(chǎn)生電離放電。甲烷作為猝滅氣體，主要的作用是有效的吸收雪崩效應(yīng)中產(chǎn)生的光子，強烈的抑制放電現(xiàn)象。
[0025]測量室外殼采用的是不銹鋼材料，包裹在測量室的外面，其主要作用一是形成密封的氣室。二是不銹鋼外殼接大地后，為測量室提供很好的電磁屏蔽作用。
[0026]網(wǎng)狀圓柱形室成水平排列，對被測樣品具有大的探測靈敏面積。
[0027]在測量室內(nèi)網(wǎng)狀圓柱形室和樣品盒間安裝隔膜，防止網(wǎng)狀圓柱形室被粉末環(huán)境樣品污染。
[0028]參照圖1介紹測量工作的準備步驟:
[0029]a、在開始測量前，先把制備好的環(huán)境樣品粉末放置在樣品盒(4)中，借助專門設(shè)備如壓樣機把樣品粉末鋪設(shè)均勻，平整；
[0030]b、將樣品盒(4)在送樣抽屜中心(3)位置，以將送樣抽屜(3)推入測量室；
[0031]C、打開供氣系統(tǒng)(14)給測量室(12)供氣，工作氣體從進氣口(5)進入，從出氣口
(6)排出；
[0032]d、待室中氣體充滿后，開始對樣品進行測量。
[0033]圖2為網(wǎng)狀圓柱形正比計數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖。陽極絲、圓柱形陰極外殼、陽極絲支柱、陶瓷管組成。陰極的柱面為不銹鋼絲組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)允許工作氣體擴散進柵極內(nèi)部，α粒子可透射過陰極柱面被陽極絲收集；陽極絲為鍍金鎢絲或者不銹鋼絲，陽極絲直徑的取值范圍為10 μ πΓ50 μ m ;圓柱形陰極外殼通過導(dǎo)線和室外殼相連。
[0034]圓筒形室測量粒子的脈沖幅度符合公式(參見William, J, Price.NuclearRadiat1n Detect1n [M].New York: McGraw-Hi11 Inc, 1964.70-115):
[0035]
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[0036]其中v(t)為測量到的脈沖幅度，Γι為陽極絲的直徑，r2為圓筒形室的直徑，r為某一時刻負離子到陽極絲的距離，對入射粒子從開始電離到信號被陽極絲收集經(jīng)過的距離為r0，在這個過程中產(chǎn)生的離子對為N。
[0037]最大脈沖幅度Vmax和a/ r2，IyV1，關(guān)系曲線如圖4。由圖可見當(dāng)IyV1非常大的時候，圓筒形電離室的最大脈沖幅度對入射粒子初始電離位置變得非常不敏感了。
[0038]圖3為粉末環(huán)境樣品α粒子測量裝置總系統(tǒng)組成框圖。測量裝置由測量室、鉛室、供氣系統(tǒng)、高壓源、前置放大器、數(shù)據(jù)處理模塊、計算機。
[0039]測量室置于鉛室中，供氣系統(tǒng)通過軟管與測量室相連。
[0040]鉛室的作用是屏蔽宇宙射線和周圍環(huán)境的輻射。
[0041]高壓源與測量室內(nèi)部相連，在測量工作時為測量室提供一個高壓偏置。
[0042]前置放大器通過屏蔽線與測量室內(nèi)部相連接。測量室中的電荷信號被前置放大器放大，轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。
[0043]前置放大器通過屏蔽線與數(shù)據(jù)處理模塊相連，從前置放大器出來的信號被送入數(shù)據(jù)處理模塊，信號處理模塊通過分析處理得到信號數(shù)據(jù)的計數(shù)率、幅度值。信號處理模塊通過RS232串口線將計數(shù)率、幅度值的數(shù)據(jù)送入計算機。
【權(quán)利要求】
1.粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的測量裝置結(jié)構(gòu)包括測量室(12)、鉛室(13)、供氣系統(tǒng)(14)、高壓源(15)、前置放大器(16)、數(shù)據(jù)處理模塊(17)、計算機(18);其連接關(guān)系是:測量室置于鉛室(13)中，供氣系統(tǒng)(14)通過軟管與測量室(12)相連；高壓源(15)與測量室(12)內(nèi)部相連；前置放大器(16)通過屏蔽線與測量室(12)內(nèi)部相連接；前置放大器(16)通過屏蔽線與數(shù)據(jù)處理模塊(17)相連；數(shù)據(jù)處理模塊(16)通過串口線和計算機(18)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的測量室的結(jié)構(gòu)包括:網(wǎng)狀圓柱形室(I)、樣品隔膜(2)、送樣抽屜(3)、樣品盒(4)、進氣口(5)、出氣口(6)、室外殼(7);送樣抽屜(3)位于室的下部,樣品盒(4)置于送樣抽屜(3)上；三個網(wǎng)狀圓柱形室(I)水平排列，位于樣品盒的上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)狀圓柱形室，其特征在于:所述的網(wǎng)狀圓柱形室的結(jié)構(gòu)包括:陽極絲(8)、圓柱形陰極外殼(9)、陽極絲支柱(10)、陶瓷管(11)組成；陰極的柱面為不銹鋼絲組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；陽極絲(8)為鍍金鎢絲或者不銹鋼絲；圓柱形陰極外殼(9)通過導(dǎo)線和室外殼(7)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的高壓源正極和網(wǎng)狀圓柱形室(I)的陽極絲(8)相連，高壓源負極和圓柱形陰極外殼(9)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量裝置，其特征在于:所述的前置放大器(16 )和陽極絲(8 )相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量室，其特征在于:所述的樣品隔膜(2)為邁拉(Mylar)材料。
【文檔編號】G01T1/178GK203930074SQ201420361284
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】林業(yè), 方方, 汪棟, 陳偉, 王冬, 于松科 申請人:成都理工大學(xué)