一種基于高壓電暈放電的氡子體采樣裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明從氡子體采樣機理上突破傳統(tǒng)的思維，提出采用高壓電暈放電原理的氡子體采樣方法。該裝置包括高壓電極板、針狀電極、采樣板、金硅面半導(dǎo)體探測器、前置放大器、風(fēng)機，以及采樣裝置上蓋和底殼，其特點是無需采樣濾膜，采樣過程不污染探測器，可實現(xiàn)快速和連續(xù)測量；裝置體積小巧，攜帶方便；采樣靈敏度為普通靜電收集法的4～8倍，在各種低本底的環(huán)境氡測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種基于高壓電暈放電的氡子體采樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氡子體采樣裝置，尤其是一種基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氡(包括222Rn和22°Rn)由放射性物質(zhì)鐳等衰變產(chǎn)生，是所有天然放射性核素中唯一呈氣態(tài)的惰性元素。氡衰變子體為固態(tài)物質(zhì)，這些子體極易吸附在空氣中的灰塵表面，形成放射性氣溶膠，并隨著人們的呼吸而吸入肺部，附著在氣管粘膜上，形成長時間的體內(nèi)輻射損害。聯(lián)合國輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(UNSCEAR) 2000年報告指出，在人們接受天然輻射劑量中的一半左右來自于氡及其子體的貢獻(xiàn)。世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究中心也驗證了氡是當(dāng)前人類認(rèn)知的19種最重要的致癌物質(zhì)之一。
[0003]從1990年開始，美國已經(jīng)把氡污染作為一個比較嚴(yán)重的健康問題提出，并采用國家氡行動周的形式向公眾進(jìn)行室內(nèi)氡危害的宣傳，以引導(dǎo)國民采取防護(hù)措施，盡可能減小氡的危害。我國政府同樣重視氡的危害和防護(hù)。我國環(huán)境保護(hù)部和建設(shè)部在多年前就提出了對室內(nèi)氡的檢測要求及技術(shù)規(guī)范，目前這一要求日益得到政府部門和廣大人民群眾的重視。不久的將來，室內(nèi)氡的檢測一定會像室內(nèi)甲醛檢測一樣得到人們的認(rèn)同，并廣泛普及。
[0004]由此可見，氡及其子體的放射性危害已成為醫(yī)療健康和環(huán)境保護(hù)中一項十分重要的任務(wù)，而準(zhǔn)確測量氡及其子體是采取有效防護(hù)及治理措施的必要前提。
[0005]測氡儀是測量氡及其子體濃度測量的基本工具。國內(nèi)外對各種類型測氡儀及其氡子體采樣和測量方法的研究發(fā)展迅速，各種新型材料和裝置紛紛研發(fā)成功并投入使用。從它們的采樣和測量原理上看主要包括a潛能法、a能譜法、連續(xù)測量法、固體徑跡法等。
[0006]評價測氡儀性能最重要的指標(biāo)為測量靈敏度，而測氡儀靈敏度取決于它采用何種采樣方式，現(xiàn)有的測氡方法中，除傳統(tǒng)的濾膜過濾采樣法用于測量a子體靈敏度較高外，其它的常用測氡采樣方法在測量靈敏度上均處于較低的水平，且長期沒有實質(zhì)性突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的從氡子體采樣機理上突破傳統(tǒng)的思維，提出采用高壓電暈放電原理的氡子體采樣方法，并結(jié)合半導(dǎo)體探測器和能譜測量電路，構(gòu)建一種全新的高靈敏度氡子體采樣方法及其測量裝置。該發(fā)明的特點是無需采樣濾膜，采樣過程不污染探測器，可實現(xiàn)快速和連續(xù)測量；裝置體積小巧，攜帶方便；采樣靈敏度為普通靜電收集法的4?8倍，在各種低本底的環(huán)境氡測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，該裝置包括高壓電極板、針狀電極、采樣板、金硅面半導(dǎo)體探測器、前置放大器、風(fēng)機，以及采樣裝置上蓋和底殼；其中采樣板、金硅面半導(dǎo)體探測器、前置放大器固定在上蓋上，金硅面半導(dǎo)體探測器嵌入安裝在前置放大器的金屬外殼底部，采樣板抽插式固定在上蓋上，其采樣面與金硅面半導(dǎo)體探測器貼近；高壓電極板、針狀電極、風(fēng)機固定在底殼上，進(jìn)氣口和出氣口位于上蓋兩端，并且兩者的開口方向與采樣板平行，針狀電極的尖端與采樣板垂直，并處于由進(jìn)氣口、底殼、風(fēng)機和出氣口構(gòu)成的氣流通路中。
[0009]高壓電極板為一塊由不銹鋼或銅材制成的金屬板狀結(jié)構(gòu)，面積為50X70mm，在高壓電極板上垂直樹立布置了密集的針狀電極，電極直徑0.5?0.7mm,長度25?30mm,電極間距3?4_ ;采集板由鋁質(zhì)薄片制成，厚度I?2_，面積可覆蓋高壓電極板，其手柄為塑料材質(zhì)；上蓋中部開一條與針狀電機垂直的開槽，采集板可以從上蓋的開槽中抽出，并翻轉(zhuǎn)一面后再插入開槽，采集板插入固定槽后，其采樣面位于金硅面半導(dǎo)體探測器與針狀電極之間，并貼近金硅面半導(dǎo)體探測器；前置放大器外殼為鋁質(zhì)金屬加工，放大器電路板安裝于金屬外殼內(nèi)。金硅面半導(dǎo)體探測器直接安裝于前置放大器外殼底部，與外殼緊密配合，使前置放大器殼體呈全封閉狀態(tài)，上蓋和底殼采用塑料材質(zhì)制成，起到支撐上述部件和絕緣的作用。
[0010]在裝置的高壓電極板和采集板間加I?IOkv左右的直流高壓，針狀電極周圍便會產(chǎn)生非均勻強電場，使得電場周圍的空氣被電離，生成大量的帶電離子，形成電暈放電區(qū)。
[0011]該采樣裝置工作時，由風(fēng)機帶動空氣流動，在進(jìn)氣口、針狀電極周圍的電暈放電區(qū)、風(fēng)機和出氣口這一氣流通路中形成連續(xù)采樣氣流。
[0012]裝置采樣結(jié)束后，抽出采集板并翻轉(zhuǎn)一面后插回上蓋上的開槽，使采樣面對著金硅面半導(dǎo)體探測器，啟動測量電路開始測量。通過測量電路檢測采集板上收集到的氡子體衰變產(chǎn)生的a粒子，得到計數(shù)或能譜信息，就可以推算出對應(yīng)的氡子體濃度、a潛能濃度等相關(guān)結(jié)果。
[0013]該裝置若需要不翻轉(zhuǎn)采樣板進(jìn)行連續(xù)采樣和測量，可將金屬采集板的中心區(qū)域挖出一個直徑30?40mm的圓形孔洞，并在孔洞上覆蓋厚度為5?15 y m厚的招膜,也可以在孔洞上覆蓋厚度為10?30nm的電鏡碳膜，這樣在采樣板中心區(qū)域就構(gòu)成一個圓形的導(dǎo)電薄膜層。采樣時采樣板面對針狀電極的一面收集到的氡子體所產(chǎn)生a粒子可以直接穿透孔洞中的這層導(dǎo)電薄膜，被金硅面半導(dǎo)體探測器探測到。
[0014]該裝置后續(xù)的測量電路可包含多道脈沖幅度分析器，并采取能譜測量的方式。采用這種測量方式，配以相應(yīng)的軟件計算方法后，該裝置便能夠區(qū)分并分別給出不同氡子體的測量結(jié)果。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種基于高壓電暈放電的氡子體采樣裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2、圖3、圖4和圖5為本發(fā)明一種基于高壓電暈放電的氡子體采樣裝置實施案例圖。
[0017]圖中:1、高壓電極板；2、針狀電極；3、采樣板；4、金硅面半導(dǎo)體探測器；5、前置放大器；6、風(fēng)機；7、采樣裝置上蓋；8、底殼；9、進(jìn)氣口 ；10、出氣口 ；11、行程開關(guān)。
【具體實施方式】
[0018]以下實施案例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0019]本實施案例設(shè)計了 一個完整的采樣裝置結(jié)構(gòu)。該采樣器外形輪廓是一個約95mmX150mmX80mm的長方體，由氣流通路(包括進(jìn)氣口 9、出氣口 10)、風(fēng)機6、針狀電極2、采集板3、金硅面半導(dǎo)體探測器4、前放前置放大器5等部分組成。裝置上蓋7和底殼8采用塑料加工而成，上蓋設(shè)有進(jìn)出氣口，并留有窄長形插槽，可插入鋁質(zhì)薄片形采樣板3，采樣板上部為塑料材質(zhì)的手柄。采樣板插槽邊沿設(shè)置了行程開關(guān)11，以便當(dāng)采樣板從槽中拔出時，提供給系統(tǒng)一個開關(guān)信號。風(fēng)機安裝在底殼8的外部靠近出氣口 10的位置,風(fēng)機運行時產(chǎn)生抽氣作用，形成采樣的氣流通路。前置放大器5包括筒狀殼體、外蓋和電纜插頭三部分，均采用金屬鋁材加工而成，鋁材壁厚2.5mm,以確保良好的屏蔽效果。金硅面半導(dǎo)體探測器4采用緊密配合鑲嵌安裝于前置放大器5的底部端口，探測器輸出引線直接連接到放大器電路板上，避免了外部走線帶來的干擾。高壓電極板I安裝于底殼8的側(cè)面，與金硅面半導(dǎo)體探測器4垂直對立安裝，中間可插入采樣板3。該采樣裝置實例如圖2、圖3、圖4和圖5所示。
[0020]采樣裝置工作時，在高壓電極板I和采集板3之間加約IOkv左右的直流高壓，密集的針狀電極2周邊會產(chǎn)生非均勻強電場，電場電離周圍的空氣形成離子霧區(qū)(電暈放電區(qū))。采樣空氣流過該區(qū)域，當(dāng)中的氡子體由于被離子吸附而強制帶電，并向相反電極性的采集板3移動，并最終被吸附在上面。采集板3設(shè)計成可以抽出和翻轉(zhuǎn)的活動形式，并盡可能貼近后方的探測器。在采樣操作時，先將采集板3的采樣面對準(zhǔn)電暈區(qū)，采樣結(jié)束后，抽出并將采集板3翻轉(zhuǎn)一面，使采樣面對著另一面的金硅面半導(dǎo)體探測器4，啟動測量電路，通過金硅面半導(dǎo)體探測器4和前置放大器，以及后續(xù)電路和軟件測量氡子體衰變產(chǎn)生的a粒子計數(shù)或能譜，就可以推算出對應(yīng)的氡子體濃度等相關(guān)結(jié)果。
[0021]調(diào)整加在電極板I和采集板3之間的高壓值可得到不同的采樣靈敏度，但過高的電壓容易產(chǎn)生高壓打火的現(xiàn)象，尤其是空氣濕度較大時，這可能造成高壓電源損壞。因此需根據(jù)儀器使用情況適當(dāng)調(diào)整高壓值，在裝置穩(wěn)定工作的前提下獲得最高的采樣效率。
[0022]金硅面半導(dǎo)體探測器4具備區(qū)分不同a射線能量的特性，因此后續(xù)的測量電路可包含多道脈沖幅度分析器，并采取能譜測量的方式。采用這種測量方式，配以相應(yīng)的軟件計算方法后，該裝置便能夠區(qū)分并分別給出不同氡子體的測量結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:該裝置包括高壓電極板(I)、針狀電極(2)、采樣板(3)、金硅面半導(dǎo)體探測器(4)、前置放大器(5)、風(fēng)機(6)，以及采樣裝置上蓋(7)和底殼(8);其中采樣板(3)、金硅面半導(dǎo)體探測器(4)、前置放大器(5)固定在上蓋(7)上，金硅面半導(dǎo)體探測器(4)嵌入安裝在前置放大器(5)的金屬外殼底部，采樣板(3)抽插式固定在上蓋(7)上，其采樣面與金硅面半導(dǎo)體探測器(4)貼近；高壓電極板(I)、針狀電極(2)、風(fēng)機(6)固定在底殼(8)上，進(jìn)氣口(9)和出氣口(10)位于上蓋7兩端，并且兩者的開口方向與采樣板(3)平行，針狀電極(2)的尖端與采樣板(3)垂直，并處于由進(jìn)氣口(9)、底殼(8)、風(fēng)機(6)和出氣口(10)構(gòu)成的氣流通路中；高壓電極板(I)為一塊金屬板狀結(jié)構(gòu)，在高壓電極板(I)上垂直樹立布置了密集的針狀電極(2);采集板(3)由鋁質(zhì)薄片制成，面積可覆蓋高壓電極板(1)，其手柄塑料材質(zhì)；上蓋中部開一條與針狀電極垂直的開槽，采集板(3)可以從上蓋的開槽中抽出，并翻轉(zhuǎn)一面后再插入開槽，采集板(3)插A固定槽后，其采樣面位于金硅面半導(dǎo)體探測器(4 )與針狀電極(2 )之間，并貼近金硅面半導(dǎo)體探測器(4);前置放大器(5)外殼為鋁質(zhì)金屬加工，放大器電路板安裝于金屬外殼內(nèi)；金硅面半導(dǎo)體探測器(4)直接安裝于前置放大器(5)外殼底部，與外殼緊密配合，使前置放大器(5)殼體呈全封閉狀態(tài)，上蓋(7)和底殼(8)采用塑料材質(zhì)制成，起到支撐上述部件和絕緣的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:高壓電極板(I)為一塊金屬板狀結(jié)構(gòu)，面積為50 X 70mm,在高壓電極板(I)上垂直樹立布置了密集的針狀電極(2)，電極直徑0.5?0.7mm,長度25?30mm，電極間距3?4mm ;采集板3厚度I?2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:在裝置的高壓電極板(I)和采集板(3)間加7?IOkv的直流高壓，針狀電極2周圍便會產(chǎn)生非均勻強電場，使得電場周圍的空氣被電離，生成大量的帶電離子，形成電暈放電區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:該采樣裝置工作時，由風(fēng)機(6)帶動空氣流動，在進(jìn)氣口(9)、針狀電極(2)周圍的電暈放電區(qū)、風(fēng)機(6)和出氣口(10)這一氣流通路中形成連續(xù)采樣氣流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:裝置采樣結(jié)束后，抽出采集板并翻轉(zhuǎn)一面后插回上蓋(7)上的開槽，使采樣面對著金硅面半導(dǎo)體探測器(4)，啟動測量電路開始測量，通過測量電路檢測采集板上收集到的氡子體衰變產(chǎn)生的a粒子，得到計數(shù)或能譜信息，就可以推算出對應(yīng)的氡子體濃度、a潛能濃度相關(guān)結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:該裝置若需要不翻轉(zhuǎn)采樣板進(jìn)行連續(xù)采樣和測量，可將金屬采集板(3)的中心區(qū)域挖出一個直徑30?40mm的圓形孔洞，并在孔洞上覆蓋厚度為5?15 y m的招膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:在金屬采集板(3)的孔洞上亦可覆蓋厚度為10?30nm的電鏡碳膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高壓電暈放電原理的氡子體采樣裝置，其特征在于:該裝置后續(xù)的測量電路可包含多道脈沖幅度分析器，并采取能譜測量的方式；采用這種測量方式，配以相應(yīng)的軟件計算方法后，該裝置便能夠區(qū)分并分別給出不同氡子體的測量結(jié)果。
【文檔編號】G01T1/36GK103487824SQ201310442216
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】王仁波, 張雄杰, 范美仁 申請人:東華理工大學(xué), 貝谷科技股份有限公司