專利名稱：氣態(tài)氚活度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核輻射探測中的氚活度測量，尤其涉及一種低活度的氣態(tài)氚活度測量
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
氚是廣泛存在于環(huán)境中的低能P發(fā)射體，自然界中存在的天然氚極微，主要由宇宙射線中的中子和質(zhì)子轟擊大氣層中的160和16N形成。在人類開展產(chǎn)氚活動之后，各種以氣體、液體或固體形式排放到地表或大氣中的氚構(gòu)成環(huán)境氚源的重要部分。氚作為裂變動力運行堆排放的重要放射性氣體核素，各種核設(shè)施泄漏入周圍環(huán)境的氚，會造成周圍環(huán)境大氣氚活度的升高。而工作在核電站反應(yīng)堆廠房及有關(guān)輔助廠房的工作人員必然會通過各種途徑攝入氚，從而造成一定程度的內(nèi)照射傷害。因此，如何高精度地測量空氣中的氚活度是氣態(tài)氚測量的一個關(guān)鍵問題，。目前氚的適用面不夠廣泛，測量的方法也較少，主要包括以下兩種，一是將氚催化氧化成氚化水之后利用閃爍體探測器進(jìn)行測量；二是采用氣體探測器如電離室、正比計數(shù)器進(jìn)行氣體的測量。兩者面向不同的測量對象，后續(xù)采用不同的信號處理系統(tǒng)對探測器輸出的信號進(jìn)行整合，通過通信模塊傳送給測量軟件。對于第一種測量方法，針對空氣中含有的氣態(tài)氚，將其轉(zhuǎn)化成液態(tài)氚進(jìn)行測量，一方面提高了測量的難度，另一方面也降低了數(shù)據(jù)的精確度。對于第二種測量方法，因為氚輻射的P粒子的平均能量為5. 72KeV，最大能量為18.6KeV,測定氣體狀態(tài)下試樣中氣的含量,可以米用電離室和內(nèi)充氣的氣體放電器。實際工作中粒子相對a粒子在高壓下電離的粒子對要少的多，僅采用普通的空氣作為工作氣體，對于活度較低的氚氣，探測器在測量的時候容易探測不到，或探測精度不夠。所以低活度的氚氣活度測量本身就是一個棘手的問題。經(jīng)過多次氣態(tài)氚活度測量實驗我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體放電器測量過較高活度的氚氣后，再測量低活度的氚氣時，會出現(xiàn)無法響應(yīng)、或數(shù)據(jù)偏差的問題，經(jīng)過反復(fù)研究和實驗發(fā)現(xiàn)，這是由于環(huán)境中存留的少量氚會使測量裝置內(nèi)也保留少量氚氣，形成本底值和探測下限，造成記憶效應(yīng)，只能對較大活度的氚進(jìn)行測量，而對于活度低的氣態(tài)氚，則無法響應(yīng)、或數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。為了解決這些問題，就需要設(shè)計高精度的、低本底值、低探測下限的探測系統(tǒng)以提高探測器的探測效率。也就是需要降低探測器的本底值和探測下限，消除記憶效應(yīng)。正比計數(shù)器中大量的氣體放大作用是其輸出信號為脈沖信號的主要原因，傳統(tǒng)的測量裝置不能準(zhǔn)確處理、分析正比計數(shù)器輸出的信號，可能會出現(xiàn)核輻射信號被淹沒或者譜峰重疊現(xiàn)象的發(fā)生，造成“誤計”、“漏計”的現(xiàn)象。因此，亟需一種能夠便捷對空氣中氣態(tài)氚進(jìn)行快速充氣測量的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種解決上述問題，能夠快速、有效測量空氣中的氚活度，避免空氣對測量結(jié)果的干擾，實現(xiàn)環(huán)境低本底輻射劑量的準(zhǔn)確測量，同時能夠?qū)崟r顯示測量譜線，提高低能射線的核輻射測量儀器的實用性和長效性的氣態(tài)氚活度測量裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的一種氣態(tài)氚活度測量裝置，包括探測單元、信號獲取單元和中央處理器，所述信號獲取單元將探測單元檢測到的信號形成對應(yīng)幅度的脈沖信號，并送入中央處理器中計數(shù)、分析和處理，還包括一真空單元；
所述真空單元包括一個三通，所述三通一端連接真空表，另外兩端分別連接一主管
道；
其中一主管道與探測單元連通，且該主管道上設(shè)有閥門；
另一主管道遠(yuǎn)離三通的一端分為四個自帶閥門的支管道，分別一一對應(yīng)連通真空抽氣泵、氦檢漏儀和兩個氣體瓶；
所述探測單元包括一個或多個正比計數(shù)器，每個正比計數(shù)器僅有一個供氣體出入的氣體出入口，所述氣體出入口上設(shè)有閥門，且均能分別通過閥門與對應(yīng)主管道連通；
所述閥門均與中央處理器相連，由中央處理器控制其開合。作為優(yōu)選所述信號獲取單元為一路或多路連接電荷靈敏前置放大器的多道幅度脈沖分析器，且為一路時，電荷靈敏前置放大器與一正比計數(shù)器的高壓端口可拆卸連接，為多路時，多個電荷靈敏前置放大器與多個正比計數(shù)器的高壓端口一一對應(yīng)相連，多道幅度脈沖分析器與中央處理器相連。作為優(yōu)選所述正比計數(shù)器僅有一個氣體出入口具體為，所述正比計數(shù)器為封閉了一個氣口的流氣式正比計數(shù)器。作為優(yōu)選所述正比計數(shù)器具體為，包括作為陰極的密封中空金屬罩、金屬罩內(nèi)部作為陽極的芯線、固定在金屬罩上與芯線連接的高壓接頭，所述金屬罩上僅設(shè)有一個與其內(nèi)部連通的氣體出入口。作為優(yōu)選所述高壓接頭位于金屬罩一端，所述氣體出入口位于金屬罩另一端。作為優(yōu)選當(dāng)正比計數(shù)器為多個時，每個正比計數(shù)器的體積大小各不相同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用正比計數(shù)器作為探測單元，通過真空單元對正比計數(shù)器進(jìn)行氣體的抽出、充入控制，可以更換正比計數(shù)器內(nèi)的工作氣體，克服了空氣做工作氣體時，0粒子相對a粒子在高壓下電離的粒子少很多，不利于測量的缺陷，其中，正比計數(shù)器只有一個氣體出入口進(jìn)行抽真空，充氣的操作，由于只需加高壓測量，也無需在正比計數(shù)器上開設(shè)入射窗口，以上兩點有效克服了采用流氣式結(jié)構(gòu)氣體易泄露的缺陷。真空單元通過三通和閥門實現(xiàn)其連接的各設(shè)備，如正比計數(shù)器、氦檢漏儀、氣體瓶、真空抽氣泵的連通或阻擋，方便對正比計數(shù)器抽真空，或充入氣體瓶內(nèi)的氣體，結(jié)構(gòu)簡單，操作性強(qiáng)。而利用本發(fā)明設(shè)定有效的抽真空方式，可以有效清除正比計數(shù)器、氣體瓶內(nèi)殘留的氚氣，降低正比計數(shù)器的本底和探測限。由于正比計數(shù)器加高壓后輸出的信號不可直接測量，所以需要經(jīng)電荷靈敏前置放大器進(jìn)行整形后，才能通過多道脈沖幅度分析器進(jìn)行信號幅度、脈寬的測量，測量后的數(shù)據(jù)信息送入中央處理器中，通過匹配的軟件可實現(xiàn)單次測量、長穩(wěn)測量、設(shè)定時間等功能，同時實現(xiàn)放射性活度實現(xiàn)顯示、譜線顯示、自動尋峰、譜線加亮、峰面積計算、能量刻度等功倉泛。


圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明電荷靈敏前置放大器的電路 圖4為本發(fā)明電荷靈敏前置放大器跟隨器的電路 圖5為本發(fā)明中央處理器內(nèi)置軟件功能框 圖6為不同電壓下的計數(shù)率值 圖7為低活度氚計算值與測量值比較 圖8為高活度氚計算值與測量值比較圖。圖中1、三通;2、主管道;3、閥門；4、支管道。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例1 :參見圖1，一種氣態(tài)氚活度測量裝置，包括探測單元、信號獲取單元和中央處理器，所述信號獲取單元將探測單元檢測到的信號形成對應(yīng)幅度的脈沖信號，并送入中央處理器中計數(shù)、分析和處理，該裝置還包括一真空單元；
所述真空單元包括一個三通I，所述三通I 一端連接真空表，另外兩端分別連接一主管道2;
其中一主管道2與探測單元連通，且該主管道2上設(shè)有閥門3 ；
另一主管道2遠(yuǎn)離三通I的一端分為四個自帶閥門3的支管道4，分別一一對應(yīng)連通真空抽氣泵、氦檢漏儀和兩個氣體瓶；
所述探測單元包括一個或多個正比計數(shù)器，本實施例中選用四個，且每個正比計數(shù)器的體積大小各不相同，分別為100mL、200mL、300mL、400mL、每個正比計數(shù)器僅有一個供氣體出入的氣體出入口，所述氣體出入口上設(shè)有閥門3，且均能分別通過閥門3與對應(yīng)主管道2連通；
所述閥門3均與中央處理器相連，由中央處理器控制其開合；
所述信號獲取單元為一路連接電荷靈敏前置放大器的多道幅度脈沖分析器，其中，電荷靈敏前置放大器與一正比計數(shù)器的高壓端口可拆卸連接，多道幅度脈沖分析器與中央處理器相連。由于正比計時器僅有一個供氣體出入的氣體出入口，可以通過以下兩種方式實現(xiàn)
其一，將具有兩個氣口的流氣式正比計數(shù)器的氣口封閉一個，僅留下一個氣口作為氣體出入口，實現(xiàn)氣體的抽出、充入等操作。其二，所述正比計數(shù)器具體為，包括作為陰極的密封中空金屬罩、金屬罩內(nèi)部作為陽極的芯線、固定在金屬罩上與芯線連接的高壓接頭，所述金屬罩上僅設(shè)有一個與其內(nèi)部連通的氣體出入口，且所述高壓接頭位于金屬罩一端，所述氣體出入口位于金屬罩另一端。
由于氚氣極易溶于水，一般測量氚氣都是將其轉(zhuǎn)化為氚水利用液體閃爍體探測器進(jìn)行測量。傳統(tǒng)儀器測量采用大型、復(fù)雜的裝置，對氚氣進(jìn)行過濾、蒸餾、采集，而本實施例展示的真空單元僅需要將正比計數(shù)器抽真空，將內(nèi)部的水蒸氣、雜質(zhì)除去，加入工作氣體和樣品氣體進(jìn)行測量即可。如此既簡化了結(jié)構(gòu)及測量的繁瑣步驟，同時也提高了探測效率。參照圖1，通過三通I及閥門3的控制，可以實時觀測當(dāng)前正比計數(shù)器管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特殊，使兩個主管道2兩端連接的各個設(shè)備均能通過閥門3連通，本發(fā)明不僅在測量前用來清除水蒸氣，還可以在測量結(jié)束后，循環(huán)進(jìn)行抽真空、充PlO (90%氬氣+10%甲烷)氣體，對正比計數(shù)器進(jìn)行清洗，避免氣體對正比計數(shù)器沾污。本發(fā)明使用的正比計數(shù)器結(jié)構(gòu)為兩種，一種是封閉了一個氣口的流氣式結(jié)構(gòu)，另一種只有一個氣體出入口，既可用于流氣式氣體測量，也可用作內(nèi)充氣式氣體測量。氚氣與PlO氣體混合后充入正比計數(shù)器內(nèi)，在高壓的激發(fā)下，正比計數(shù)器內(nèi)的氣體可以100%被電離，輸出隨機(jī)的脈沖信號，具有較好的能量分辨率和能量線性響應(yīng)，探測效率高，壽命長，廣泛應(yīng)用于核物理和粒子物理實驗，尤其能夠高效率的探測低能量射線。參見圖3，由于正比計數(shù)器外加高壓，其輸出的信號不可直接測量，必須經(jīng)由電荷靈敏前置放大器整形才能測量，故本發(fā)明的電荷靈敏前置放大器的結(jié)構(gòu)參見圖3，本實施例中，運放為AD8065，引入IpF反饋電容，電容為廣泛應(yīng)用于精密電子儀器中的云母電容。輸入電荷Q都積累在電容上，輸出信號電壓幅度近似等于電容上的電壓，為了釋放電容上不斷累積的電荷量，并穩(wěn)定反饋的直流工作點，附加一個阻值為100M的反饋電阻。經(jīng)過電荷靈敏前置放大器的整形之后，正比計時器的信號可以通過示波器進(jìn)行信號幅度、脈寬的測量。為了避免電路由于后級輸入阻抗比較小，信號會有相當(dāng)一部分損耗在前級的輸出電阻上。參見圖4，采用AD844在前置放大器之后設(shè)置了一級跟隨器，運放的電源部分采用±5V，利用4. 7 Q電阻、22uF電容組成的濾波電路進(jìn)行濾波。這部分輸入阻抗高，而輸出阻抗低，起到承上啟下的作用。信號進(jìn)入多道幅度脈沖分析器中進(jìn)行處理，多道幅度脈沖分析器包括主放大電路、脈沖幅度甄別電路、ADC觸發(fā)電路和通信模塊。信號經(jīng)多道幅度脈沖分析器中進(jìn)行處理后，由通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理器，中央處理器內(nèi)置測量軟件，可實現(xiàn)多種功能，參見圖5，本實施例中，我們采用MicrosoftVisual Studio 2010的MFC Ribbon界面風(fēng)格開發(fā)一套具有長時間測量、定時測量、長穩(wěn)測量并統(tǒng)計、感興趣區(qū)設(shè)置、能量刻度、譜光滑、尋峰、顯示區(qū)設(shè)置、峰面積計算、核素識別、核素數(shù)據(jù)庫等功能為一體的應(yīng)用軟件。軟件包括數(shù)據(jù)采集和譜數(shù)據(jù)分析兩大功能區(qū)，其中，數(shù)據(jù)采集功能分為參數(shù)設(shè)置，手動計數(shù)，定時計數(shù)，長穩(wěn)測量，文件轉(zhuǎn)換等五項內(nèi)容，主要實現(xiàn)動態(tài)實時測量以及測量過程中的參數(shù)設(shè)置和控制，并可以將測量后生成的文件轉(zhuǎn)換為Excel報表或者通過軟件的統(tǒng)計功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計。譜數(shù)據(jù)分析功能區(qū)包括數(shù)據(jù)分析、核素數(shù)據(jù)庫兩項內(nèi)容。通過一些常用的譜分析操作，實現(xiàn)對核素的初步定性和定量分析。在利用本發(fā)明進(jìn)行高壓測試時，需要針對具體設(shè)備，進(jìn)行多點電壓測試，一般情況下，電壓越低，計數(shù)越偏小，而電壓越高，則越容易出現(xiàn)信號畸變，所以，需要找出最合適的操作電壓。圖7、圖8中，測量值是通過本發(fā)明測量所得的數(shù)值，而計算值為理論計算所得的數(shù)值。由圖7可知，本發(fā)明對低活度氣態(tài)氚隨氚含量的增加呈現(xiàn)一定的線性變化，由圖8可知，本發(fā)明對于極高活度的氚樣則無法呈現(xiàn)線性，隨著氚樣的增加，計數(shù)率接近正比計數(shù)器測量上限，繼續(xù)增加氚樣則計數(shù)率無明顯變化，見圖C?？梢姳狙b置能實現(xiàn)對低活度氚樣的有效測量。而對于高濃度、高活度氚，只需要進(jìn)行稀釋即可利用本發(fā)明進(jìn)行測量。現(xiàn)在，在1900V的高壓下，多次測量的本底總計數(shù)率和探測限計算結(jié)果如表I所示
表I 1900V下測量的本底計數(shù)率及探測限
權(quán)利要求
1.一種氣態(tài)氚活度測量裝置，包括探測單元、信號獲取單元和中央處理器，所述信號獲取單元將探測單元檢測到的信號形成對應(yīng)幅度的脈沖信號，并送入中央處理器中計數(shù)、分析和處理，其特征在于還包括一真空單元； 所述真空單元包括一個三通，所述三通一端連接真空表，另外兩端分別連接一主管道； 其中一主管道與探測單元連通，且該主管道上設(shè)有閥門； 另一主管道遠(yuǎn)離三通的一端分為四個自帶閥門的支管道，分別一一對應(yīng)連通真空抽氣泵、氦檢漏儀和兩個氣體瓶； 所述探測單元包括一個或多個正比計數(shù)器，每個正比計數(shù)器僅有一個供氣體出入的氣體出入口，所述氣體出入口上設(shè)有閥門，且均能分別通過閥門與對應(yīng)主管道連通； 所述閥門均與中央處理器相連，由中央處理器控制其開合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)氚活度測量裝置，其特征在于所述信號獲取單元為一路或多路連接電荷靈敏前置放大器的多道幅度脈沖分析器，且為一路時，電荷靈敏前置放大器與一正比計數(shù)器的高壓端口可拆卸連接，為多路時，多個電荷靈敏前置放大器與多個正比計數(shù)器的高壓端口一一對應(yīng)相連，多道幅度脈沖分析器與中央處理器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)氚活度測量裝置，其特征在于所述正比計數(shù)器僅有一個氣體出入口具體為，所述正比計數(shù)器為封閉了一個氣口的流氣式正比計數(shù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)氚活度測量裝置，其特征在于所述正比計數(shù)器具體為，包括作為陰極的密封中空金屬罩、金屬罩內(nèi)部作為陽極的芯線、固定在金屬罩上與芯線連接的高壓接頭，所述金屬罩上僅設(shè)有一個與其內(nèi)部連通的氣體出入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣態(tài)氚活度測量裝置，其特征在于所述高壓接頭位于金屬罩一端，所述氣體出入口位于金屬罩另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣態(tài)氚活度測量裝置，其特征在于當(dāng)正比計數(shù)器為多個時，每個正比計數(shù)器的體積大小各不相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣態(tài)氚活度測量裝置，包括探測單元、信號獲取單元和中央處理器，所述信號獲取單元將探測單元檢測到的信號形成對應(yīng)幅度的脈沖信號，并送入中央處理器中計數(shù)、分析和處理，還包括一真空單元，真空單元通過三通和閥門實現(xiàn)其連接的各設(shè)備，如正比計數(shù)器、氦檢漏儀、氣體瓶、真空抽氣泵的連通或阻擋，方便對正比計數(shù)器抽真空，或充入氣體瓶內(nèi)的氣體，結(jié)構(gòu)簡單，操作性強(qiáng)。而利用本發(fā)明設(shè)定有效的抽真空方式，可以有效清除正比計數(shù)器、氣體瓶內(nèi)殘留的氚氣，降低探測單元的本底和探測限，實現(xiàn)對低活度的氣態(tài)氚活度的高精度有效測量，提高探測單元的探測效率。
文檔編號G01T1/18GK103033838SQ20121036326
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者庹先國, 成毅, 李哲, 連曉雯, 周國家, 宋茜茜, 周傳文 申請人:成都理工大學(xué)