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利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的制作方法

文檔序號(hào):11519399閱讀:594來(lái)源:國(guó)知局
利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的制造方法

本發(fā)明涉及一種能夠有效地檢測(cè)出放射線中的一種即阿爾法(α)粒子的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置。



背景技術(shù):

通常,人體在日程生活中會(huì)受到存在于大自然中的自然放射線的輻射,上述自然放射線包括存在于大氣、泥土或巖石中的放射線同位素所放射的阿爾法線、貝塔線、伽馬線等以及從宇宙中放射并與太陽(yáng)光線一起輻射到人體的宇宙射線(cosmicray)等。

此外,除上述自然放射線之外,人體還會(huì)受到伴隨文明的發(fā)展而出現(xiàn)的人為放射線(例如醫(yī)用放射線、tv、熒光燈、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品或器械、運(yùn)輸工具等所有產(chǎn)品中釋放出的放射線)的輻射。

如上所述的輻射到人體的放射線會(huì)對(duì)人體造成各種影響,因此國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)所設(shè)定的年度輻射建議值為3msv(放射線劑量單位)以下,而韓國(guó)設(shè)定的放射線安全指南的容許值為每年不超過(guò)1msv。

尤其是,在如上所述的自然放射線中,由包含在空氣中的氡(radon,rn)氣體所釋放出的阿爾法放射線輻射占到人體所受到的放射線劑量中的約50%以上,因此需要特別加以單獨(dú)的管理。雖然不同國(guó)家對(duì)大氣中的氡濃度的規(guī)定各有不同,但通常都建議保持在60至200bq/m3以下,其中,韓國(guó)目前指定的室內(nèi)空氣質(zhì)量建議標(biāo)準(zhǔn)中的其氡(rn)濃度為4pci/l(148bq/m3)。

如上所述的普通人所受到的放射線輻射的主要原因即氡(rn)氣體將通過(guò)圍繞建筑物周邊的土壤或石子等持續(xù)性地向底面移動(dòng)并經(jīng)由建筑物的空間或混凝土的氣孔等滲透到室內(nèi),目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從周邊土壤滲透過(guò)來(lái)的氡(rn)是室內(nèi)氡(rn)的主要污染源,而混凝土、石膏板、石子、磚頭等建筑材料也是室內(nèi)氡(rn)的污染源。

此外,因?yàn)殡?rn)易溶于水,所以還能夠通過(guò)地下水的移動(dòng)流入到室內(nèi),而通過(guò)水向室內(nèi)的移動(dòng)主要是通過(guò)混凝土氣孔上的毛細(xì)管現(xiàn)象或水壓滲透發(fā)生,其中,室溫越高、壓力越低,流入到室內(nèi)的氡(rn)氣體就越多。

當(dāng)如上所述的存在于大氣中的氡(rn)氣體通過(guò)呼吸吸入肺部時(shí),從氡(rn)釋放出的阿爾法粒子放射線將直接對(duì)肺細(xì)胞造成輻射,從而造成細(xì)胞的破壞并誘發(fā)肺癌等疾病,是對(duì)人體造成極強(qiáng)生物學(xué)影響的一級(jí)致癌物。

為了能夠?qū)θ缟纤龅膶?duì)人體健康造成重大影響的氡(rn)的室內(nèi)濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估,目前為止已經(jīng)開(kāi)發(fā)使用了多種類型的測(cè)量?jī)x器和多種測(cè)定方法及其裝置,但是因?yàn)殡?rn)屬于無(wú)色無(wú)味且無(wú)反應(yīng)活性的惰性氣體,所以很難直接對(duì)其進(jìn)行測(cè)定,而因?yàn)樵陔?rn)發(fā)生阿爾法(α)衰衰變時(shí)所生成的阿爾法粒子的頻率與氡的濃度成正比,因此能夠通過(guò)檢測(cè)大氣中的阿爾法粒子而測(cè)定出室內(nèi)的氡濃度。即,正確檢測(cè)出阿爾法粒子就是正確測(cè)定出室內(nèi)氡濃度的方法。

作為用于檢測(cè)阿爾法粒子的裝置,通常使用面壘型(surfacebarriertype)檢測(cè)儀、高純度半導(dǎo)體檢測(cè)儀(purege)、閃爍(scintillation)檢測(cè)儀、固態(tài)結(jié)計(jì)數(shù)器(solidstatejunctioncounter)、脈沖電離箱(pulsedionizationchamber)等。

關(guān)于上述面壘型檢測(cè)儀,半導(dǎo)體的表面會(huì)因?yàn)楸砻婺芗?jí)或氧化膜等而形成如p-n結(jié)等耗盡層,從而使其表面附近成為電荷移動(dòng)的障礙物。作為應(yīng)用實(shí)例,可以在n型si的表面蒸渡形成約100μm/cm2的金,然后在將其作為一側(cè)電極的狀態(tài)下使放射線入射到其背面。其中,耗盡層能夠是約50~500μm的多種厚度,因?yàn)樵谄浔砻嫔系哪芰繐p失較小,所以主要用于對(duì)以阿爾法放射線釋放出的帶電粒子進(jìn)行檢測(cè),其能量解像力較好。但是其缺點(diǎn)在于,因?yàn)樾枰韪敉獠抗饩€而接近于密閉型結(jié)構(gòu),從而造成空氣流通不暢并因此需要使用強(qiáng)制循環(huán)泵,且因?yàn)楸仨毷箮щ娏W优c半導(dǎo)體表面發(fā)生碰撞而需要外加相對(duì)較高的高壓偏壓電源,還因?yàn)樾枰砻婷娣e較大的半導(dǎo)體檢測(cè)元件而導(dǎo)致其價(jià)格偏高,同時(shí)因?yàn)槭艿?d測(cè)定的限制而導(dǎo)致檢測(cè)效率較低。

上述高純度半導(dǎo)體檢測(cè)儀通常被稱之為purege(純鍺)檢測(cè)儀。其特征在于,使用雜質(zhì)濃度極低且缺陷極少的高純度ge結(jié)晶,在低溫下的電阻較高,能夠外加較高的偏電壓。與ge(li)的不同之處在于,能夠在常溫狀態(tài)下保存且只需要在測(cè)定時(shí)利用液態(tài)氮進(jìn)行冷卻后使用,便于維護(hù)且能量解像力也不亞于ge(li),因此得到了較為廣泛的普及使用。但是其價(jià)格非常高昂,且因?yàn)楸仨毷褂靡簯B(tài)氮進(jìn)行冷卻而導(dǎo)致體積非常龐大。

關(guān)于上述閃爍檢測(cè)儀,在很早以前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了當(dāng)帶電粒子與某種物質(zhì)碰撞時(shí)發(fā)光的現(xiàn)象,而且硫化鋅(zns)或碘化鈉(nai)涂膜在阿爾法放射線下的發(fā)光現(xiàn)象尤其強(qiáng)烈且能夠在暗室中利用放大鏡進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)。

如上所述的發(fā)光現(xiàn)象被稱之為閃爍(scintillation),而呈現(xiàn)出這種現(xiàn)象的物質(zhì)被稱之為閃爍體。其中,閃爍檢測(cè)儀是指在閃爍體中結(jié)合光電倍增管的儀器,尤其是使用系數(shù)作為脈沖輸出的方法被稱之為閃爍計(jì)數(shù)器。

此外,通過(guò)直流方式讀取輸出的方法主要適用于劑量的測(cè)定且因?yàn)槭褂瞄W爍體而被稱之為閃爍劑量計(jì),而作為閃爍體能夠使用固體、液體或氣體中的任意一種,當(dāng)使用液體時(shí)則被稱之為液體閃爍體計(jì)數(shù)裝置。其優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度較高,而缺點(diǎn)在于因?yàn)榱蚧\(zns)或碘化鈉(nai)涂膜的抗?jié)裥暂^差而導(dǎo)致其耐久性較低,且因?yàn)楸仨毷褂酶邇r(jià)的光倍增管而導(dǎo)致其價(jià)格較為昂貴。

上述固態(tài)結(jié)計(jì)數(shù)器使用固態(tài)逆向偏電壓p-n結(jié)半導(dǎo)體,是從通過(guò)耗盡層(depletionlayer)的阿爾法粒子收集離子電荷的計(jì)數(shù)器。雖然能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和便攜式制造,但絕對(duì)不能發(fā)生檢測(cè)儀金屬電極表面被劃傷或剝落的情況,也絕對(duì)不能使外部光線流入。最近通過(guò)利用電離箱保護(hù)測(cè)定傳感器免受光線、灰塵的影響,主要作為普及型及簡(jiǎn)易型設(shè)備用于慢速測(cè)定室內(nèi)的氡濃度,但是因?yàn)槠潇`敏度只能達(dá)到0.02~0.03cpm/pci/l,所以無(wú)法作為阿爾法粒子的實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置使用。

上述脈沖電離箱(pulsedionizationchamber)采用在由金屬制成的圓筒形箱子內(nèi)部中央安裝探針形態(tài)的電極并通過(guò)在金屬圓筒和內(nèi)部探針之間外加偏電壓而形成電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)在上述電離箱內(nèi)部發(fā)生阿爾法衰變而釋放出阿爾法粒子時(shí),雖然阿爾法粒子會(huì)通過(guò)與空氣的碰撞而消失,但是通過(guò)利用中央探針吸收此時(shí)所生成的離子電荷并對(duì)其信號(hào)進(jìn)行放大,能夠?qū)Π柗W舆M(jìn)行檢測(cè)。上述電離箱的傳感器自身由金屬圓筒和探針構(gòu)成,所以其價(jià)格非常低廉且耐久性較好,同時(shí)因?yàn)椴粫?huì)受到光線影響,所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通氣性。但是因?yàn)檩斎胱杩?impedance)接近于無(wú)限大,所以對(duì)電噪聲非常敏感,從而很難實(shí)現(xiàn)高信噪比的測(cè)定回路。因此,相對(duì)于脈沖型電離箱,更加易于消除噪聲的積分型電離箱的使用更加廣泛。但是為了對(duì)阿爾法粒子進(jìn)行檢測(cè),就必須對(duì)發(fā)生阿爾法衰變時(shí)所生成的電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),所以必須將檢測(cè)電路設(shè)計(jì)成脈沖型,因此,其關(guān)鍵在于解決電離箱的根本問(wèn)題即噪聲問(wèn)題。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題而提供一種通過(guò)利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器解決一般電離箱中所存在的問(wèn)題,即通過(guò)有效抵消從外部流入的電噪聲信號(hào)而實(shí)現(xiàn)高靈敏度低噪聲的阿爾法粒子檢測(cè)功能的同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、便攜式以及低成本制造的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置。

解決技術(shù)問(wèn)題的手段

首先,為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置,其特征在于,包括:電離箱,一側(cè)開(kāi)放或利用鐵網(wǎng)覆蓋且為了使空氣流通順暢而在外周面形成多個(gè)孔,通過(guò)向表面外加偏壓電源而在內(nèi)部形成電場(chǎng);主探針部,一端配置于上述電離箱內(nèi)部,用于吸收在上述電離箱內(nèi)部發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電荷;保護(hù)環(huán)部,以上述主探針部貫通其內(nèi)側(cè)的方式結(jié)合到上述電離箱的另一側(cè),用于對(duì)在上述電離箱和上述主探針部之間生成的漏電流進(jìn)行吸收并使其流動(dòng)到接地側(cè);輔助探針部,以一端貫通上述保護(hù)環(huán)部?jī)?nèi)側(cè)的方式配置到上述電離箱的內(nèi)部并與上述主探針部相隔一定距離,用于使背景噪聲流入;第1前置放大器和第2前置放大器,分別連接到上述主探針部和上述輔助探針部的另一端,用于將分別從上述主探針部和上述輔助探針部輸入的微小電信號(hào)放大到一定大小;以及差分放大器,其非倒相輸入端子(+)和倒相輸入端子(-)分別連接到上述第1前置放大器和第2前置放大器的輸出端,用于通過(guò)對(duì)分別在上述第1前置放大器和第2前置放大器中被前置放大之后的電信號(hào)之間的電壓差進(jìn)行放大而抵消噪聲信號(hào)并輸出阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

其中,外加到上述電離箱表面的偏壓電源使用50v至300v范圍內(nèi)的直流電壓為宜。

此外,上述主探針部對(duì)在上述電離箱的內(nèi)部發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的阿爾法粒子與空氣碰撞時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行檢測(cè)為宜。

此外,上述輔助探針部的長(zhǎng)度小于上述主探針部的長(zhǎng)度為宜。

此外,在上述電離箱內(nèi)部的上述輔助探針部的外露區(qū)域小于上述主探針部的外露區(qū)域?yàn)橐恕?/p>

其次,本發(fā)明提供一種利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置,其特征在于,包括:電離箱,一側(cè)開(kāi)放或利用鐵網(wǎng)覆蓋且為了使空氣流通順暢而在外周面形成多個(gè)孔,通過(guò)向表面外加偏壓電源而在內(nèi)部形成電場(chǎng);探針部,一端配置于上述電離箱內(nèi)部,用于吸收在上述電離箱內(nèi)部發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電荷;保護(hù)環(huán)部,以上述探針部貫通其內(nèi)側(cè)的方式結(jié)合到上述電離箱的另一側(cè),用于對(duì)在上述電離箱和上述探針部之間生成的漏電流進(jìn)行吸收并使其流動(dòng)到接地側(cè);噪聲檢測(cè)部,連接到上述保護(hù)環(huán)部和接地之間,用于使在上述電離箱和上述探針部之間生成的直流(dc)型漏電流流動(dòng)到上述接地側(cè),并對(duì)交流(ac)型的噪聲進(jìn)行檢測(cè)輸出;第1前置放大器和第2前置放大器,分別連接到上述探針部的另一端和上述噪聲檢測(cè)部的輸出端,用于將分別從上述探針部和上述噪聲檢測(cè)部輸入的微小電信號(hào)放大到一定大小;以及差分放大器,其非倒相輸入端子(+)和倒相輸入端子(-)分別連接到上述第1前置放大器和第2前置放大器的輸出端,用于通過(guò)對(duì)分別在上述第1前置放大器和第2前置放大器中被前置放大之后的電信號(hào)之間的電壓差進(jìn)行放大而抵消噪聲信號(hào)并輸出阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

其中,外加到上述電離箱表面的偏壓電源使用50v至300v范圍內(nèi)的直流電壓為宜。

此外,上述探針部對(duì)在上述電離箱的內(nèi)部發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的阿爾法粒子與空氣碰撞時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行檢測(cè)為宜。

此外,上述噪聲檢測(cè)部由電阻、電容器以及二極管中至少一種的有源元件的電串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)的組合構(gòu)成為宜。

發(fā)明的效果

通過(guò)如上所述的適用本發(fā)明的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置,能夠利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器有效抵消從外部流入的電噪聲信號(hào),僅對(duì)伴隨阿爾法衰變的離子信號(hào)進(jìn)行放大,從而通過(guò)非常高的信噪比(signal-to-noiseratio,snr)實(shí)現(xiàn)高靈敏度并借此準(zhǔn)確地測(cè)定出電離箱內(nèi)的阿爾法衰變頻率。此外,因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)實(shí)現(xiàn)小型化和便攜式且不使用高價(jià)的半導(dǎo)體傳感器而降低其制造成本,所以能夠作為低價(jià)格的氡實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)裝置中的核心測(cè)定模塊使用。

附圖說(shuō)明

圖1是適用本發(fā)明之一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是在適用本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例中所適用的電離箱的斜視圖。

圖3是在適用本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例中所適用的電離箱在外加不同偏電壓的狀態(tài)下在陽(yáng)極收集到的電子數(shù)量的示意圖表。

圖4是適用本發(fā)明之另一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖5是在適用本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例中利用示波器對(duì)噪聲降低效果進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果波形圖。

具體實(shí)施方式

下面,將結(jié)合附圖對(duì)上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域之一般知識(shí)的人員將能夠通過(guò)下述內(nèi)容輕松實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思想。在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明的過(guò)程中,如果判定對(duì)本發(fā)明相關(guān)公知技術(shù)的具體說(shuō)明可能使本發(fā)明的要旨變得不清晰,則將省略其詳細(xì)說(shuō)明。

為了對(duì)不同的構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明,可能會(huì)使用如第1、第2等包含序數(shù)的術(shù)語(yǔ),但上述構(gòu)成要素并不被上述術(shù)語(yǔ)所限定。上述術(shù)語(yǔ)僅用于對(duì)一個(gè)構(gòu)成要素和其他構(gòu)成要素進(jìn)行區(qū)別。例如,在不超出本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的前提下,能夠?qū)⒌?構(gòu)成要素命名為第2構(gòu)成要素,同理,也能夠?qū)⒌?構(gòu)成要素命名為第1構(gòu)成要素。在本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語(yǔ)僅用于對(duì)特定的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明,并不是對(duì)本發(fā)明做出的限定。除非上下文有明確的相反含義,否則單數(shù)型描述還包括復(fù)數(shù)型含義。

在本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ),是在考慮到其在本發(fā)明中的功能的情況下盡可能選用了目前普遍使用的一般術(shù)語(yǔ),但是這些術(shù)語(yǔ)可能會(huì)因?yàn)閺氖孪嚓P(guān)行業(yè)的技術(shù)人員的意圖、判例或新技術(shù)的出現(xiàn)等發(fā)生變更。此外,在特定情況下也有申請(qǐng)人任意選定的術(shù)語(yǔ),在這種情況下將在對(duì)應(yīng)的發(fā)明說(shuō)明部分詳細(xì)記載其具體含義。因此,在本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)并不應(yīng)該僅通過(guò)術(shù)語(yǔ)的名稱做出定義,而是應(yīng)該以該術(shù)語(yǔ)所具有的含義以及對(duì)本發(fā)明的整個(gè)說(shuō)明為基礎(chǔ)做出定義。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中記載為某個(gè)部分“包括”其他構(gòu)成要素時(shí),除非有明確的相反記載,否則并不代表排除其他構(gòu)成要素,而是代表也能夠包括其他構(gòu)成要素。此外,在說(shuō)明書(shū)中記載的“…部”、“模塊”等術(shù)語(yǔ)代表用于處理至少一個(gè)功能或動(dòng)作的單位,這可以通過(guò)硬件或軟件實(shí)現(xiàn),也能夠通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

下面,將結(jié)合附圖對(duì)適用本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是,下面所描述的適用本發(fā)明的實(shí)施例也能夠以多種不同的形態(tài)變形,本發(fā)明的范圍并不被下面詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施例所限定。適用本發(fā)明的實(shí)施例只是為了向具有相關(guān)行業(yè)一般知識(shí)的人員更加完整地公開(kāi)本發(fā)明。

圖1是適用本發(fā)明之一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖,圖2是在適用本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中所適用的電離箱的斜視圖,圖3是在適用本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中所適用的電離箱在外加不同偏電壓的狀態(tài)下在陽(yáng)極收集到的電子數(shù)量的示意圖表。

如圖1至圖2所示,適用本發(fā)明之一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置,大體上包括電離箱(ionizationchamber)100、主探針部200、保護(hù)環(huán)部300、輔助探針部400、第1前置放大器500a和第2前置放大器500b、以及差分放大器600等。

其中,電離箱100由一側(cè)開(kāi)放或利用鐵網(wǎng)覆蓋的圓筒形的導(dǎo)電材料(conductivematerials)制成,在其外周面和/或底面形成多個(gè)孔110,采取能夠使空氣通過(guò)上述多個(gè)孔110自由流動(dòng)的通氣性結(jié)構(gòu),因此能夠快速達(dá)到與外部的濃度平衡并借此實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定。

此外,通過(guò)向電離箱100的表面外加高壓偏壓電源10,能夠在電離箱100內(nèi)的主探針部200和電離箱100的內(nèi)部表面之間形成電場(chǎng),從而通過(guò)主探針部200吸收在發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電流。如上所述的電離箱100的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本較低,還能夠?qū)崿F(xiàn)3維測(cè)定的效果。

此外,作為外加到電離箱100表面的高壓偏壓電源10,使用約50v至300v范圍(約50v至150v為宜)內(nèi)的穩(wěn)定直流電壓,使其能夠在電離箱100內(nèi)部發(fā)生阿爾法衰變時(shí)有效地生成額外的離子電荷(參閱圖3)。此外,由高壓偏壓電源10所供應(yīng)的電源(例如電壓或電流)能夠根據(jù)所需的測(cè)定范圍以及靈敏度(sensitivity)等進(jìn)行各種變更。

主探針部200由能夠?qū)Ξ?dāng)電離箱100內(nèi)的氡(radon,rn)核素等發(fā)生阿爾法衰變時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行吸收的細(xì)長(zhǎng)棒狀形態(tài)的導(dǎo)電材料制成,其一端配置于電離箱100內(nèi)部,起到對(duì)流入到電離箱100內(nèi)部的空氣發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行吸收的作用。

如上所述的主探針部200對(duì)流入到電離箱100內(nèi)部的空氣中的氡(rn)氣體發(fā)生阿爾法衰變時(shí)所生成的阿爾法粒子進(jìn)行檢測(cè)為宜,但并不以此為限,也能夠?qū)︶尫懦霭柗?α)粒子的所有放射性氣體進(jìn)行檢測(cè)。

保護(hù)環(huán)部300由圓筒形的導(dǎo)電材料制成,以主探針部200貫通其內(nèi)側(cè)的方式結(jié)合到電離箱100的另一側(cè),用于對(duì)在電離箱100和主探針部200之間生成的漏電流進(jìn)行吸收并使其流動(dòng)到接地(ground)側(cè)。

如果不配備如上所述的保護(hù)環(huán)部300,則會(huì)因?yàn)橹魈结槻?00獲取到的電流信號(hào)和漏電流信號(hào)的疊加而導(dǎo)致信噪比(signal-to-noiseratio,snr)不良的問(wèn)題。

輔助探針部400由能夠使背景噪聲(backgroundnoise)流入的特定長(zhǎng)度棒狀形態(tài)的導(dǎo)電材料制成,以一端貫通保護(hù)環(huán)部300內(nèi)側(cè)的方式配置到電離箱100的內(nèi)部并與主探針部200相隔一定距離。

此外,輔助探針部400的長(zhǎng)度小于主探針部200的長(zhǎng)度為宜,同時(shí)在電離箱100內(nèi)部的輔助探針部400的外露區(qū)域小于主探針部200的外露區(qū)域?yàn)橐恕?/p>

第1前置放大器500a和第2前置放大器500b的輸入端分別電連接到主探針部200和輔助探針部400,起到將分別從主探針部200和輔助探針部400輸入的微小電信號(hào)放大至一定大小的初次放大作用。

此外,差分放大器600的非倒相輸入端子(+)和倒相輸入端子(-)分別連接到第1前置放大器500a和第2前置放大器500b的輸出端,用于通過(guò)對(duì)分別在第1前置放大器500a和第2前置放大器500b中被前置放大之后的電信號(hào)之間的電壓差進(jìn)行放大而抵消噪聲信號(hào)并輸出阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

即,通過(guò)利用差分放大器600進(jìn)行差分放大,能夠有效抵消從主探針部200和輔助探針部400流入的具有相同相位的噪聲,從而準(zhǔn)確快速地獲得高靈敏度低噪聲的阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

此外,雖未圖示,還能夠包括:控制部(例如mcu等),通過(guò)在預(yù)先設(shè)定的測(cè)定時(shí)間(例如10分鐘、30分鐘、1小時(shí)等)內(nèi)對(duì)從差分放大器600輸出的阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)(例如脈沖信號(hào))進(jìn)行計(jì)數(shù)(count)而計(jì)算出阿爾法粒子的濃度值(例如氡濃度值)。

圖4是適用本發(fā)明之另一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

如圖4所示,適用本發(fā)明之另一實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置,大體上包括電離箱100'、探針部200'、保護(hù)環(huán)部300'、噪聲檢測(cè)部400'、第1前置放大器500a'和第2前置放大器500b'、以及差分放大器600'等。

其中,電離箱100'由一側(cè)開(kāi)放或利用鐵網(wǎng)覆蓋的圓筒形的導(dǎo)電材料制成,在其外周面和/或底面形成多個(gè)孔110(參閱圖2),采取能夠使空氣通過(guò)上述多個(gè)孔110自由流動(dòng)的通氣性結(jié)構(gòu),因此能夠快速達(dá)到與外部的濃度平衡并借此實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定。

此外,通過(guò)向電離箱100'的表面外加高壓偏壓電源10',能夠在電離箱100'內(nèi)的探針部200'和電離箱100'的內(nèi)部表面之間形成電場(chǎng),從而通過(guò)探針部200'吸收在發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電流。如上所述的電離箱100'的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本較低,還能夠?qū)崿F(xiàn)3維測(cè)定的效果。

此外,作為外加到電離箱100'表面的高壓偏壓電源10',使用約50v至300v范圍(約50v至150v為宜)內(nèi)的穩(wěn)定直流電壓,使其能夠在電離箱100'內(nèi)部發(fā)生阿爾法衰變時(shí)有效地生成額外的離子電荷(參閱圖3)。此外,由高壓偏壓電源10'所供應(yīng)的電源(例如電壓或電流)能夠根據(jù)所需的測(cè)定范圍以及靈敏度(sensitivity)等進(jìn)行各種變更。

探針部200'由能夠?qū)Ξ?dāng)電離箱100'內(nèi)的氡(rn)核素等發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行吸收的細(xì)長(zhǎng)棒狀形態(tài)的導(dǎo)電材料制成,其一端配置于電離箱100'內(nèi)部,起到對(duì)流入到電離箱100'內(nèi)部的空氣發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的離子電荷進(jìn)行吸收的作用。

如上所述的探針部200'對(duì)流入到電離箱100內(nèi)部的空氣中的氡(rn)氣體發(fā)生阿爾法(α)衰變時(shí)所生成的阿爾法粒子進(jìn)行檢測(cè)為宜,但并不以此為限,也能夠?qū)︶尫懦霭柗?α)粒子的所有放射性氣體進(jìn)行檢測(cè)。

保護(hù)環(huán)部300'由圓筒形的導(dǎo)電材料制成,以探針部200'貫通其內(nèi)側(cè)的方式結(jié)合到電離箱100'的另一側(cè),用于對(duì)在電離箱100'和探針部200'之間生成的漏電流進(jìn)行吸收并使其流動(dòng)到接地(ground)側(cè)。

噪聲檢測(cè)部400'電連接到保護(hù)環(huán)部300'和接地(ground)之間并保持保護(hù)環(huán)部300'的電位略高于接地,起到使在電離箱100'和探針部200'之間生成的直流(dc)型漏電流流動(dòng)到接地(ground)側(cè),同時(shí)對(duì)交流(ac)型的噪聲進(jìn)行檢測(cè)輸出并輸出到后續(xù)說(shuō)明的第2前置放大器500b'的作用。

借此,適用本發(fā)明的另一實(shí)施例的特征在于,與上述一實(shí)施例相比省去了輔助探針部400,并安裝了能夠利用保護(hù)環(huán)部300'起到輔助探針部400作用的噪聲檢測(cè)部400',其結(jié)構(gòu)與一實(shí)施例相比更加簡(jiǎn)單。

如上所述的噪聲檢測(cè)部400'由如電阻(resistance)、電容器(condenser)以及二極管(diode)中至少一種的有源元件的電串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)的組合構(gòu)成為宜。

第1前置放大器500a'和第2前置放大器500b'的輸入端分別電連接到探針部200'和噪聲檢測(cè)部400'的輸出端,起到將分別從探針部200'和噪聲檢測(cè)部400'輸入的微小電信號(hào)放大至一定大小的初次放大作用。

此外,差分放大器600'的非倒相輸入端子(+)和倒相輸入端子(-)分別連接到第1前置放大器500a'和第2前置放大器500b'的輸出端,用于通過(guò)對(duì)分別在第1前置放大器500a'和第2前置放大器500b'中被前置放大之后的電信號(hào)之間的電壓差進(jìn)行放大而抵消噪聲信號(hào)并輸出阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

即,通過(guò)利用差分放大器600'進(jìn)行差分放大,能夠有效抵消從探針部200'和噪聲檢測(cè)部400'流入的具有相同相位的噪聲,從而準(zhǔn)確快速地獲得高靈敏度低噪聲的阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)。

圖5是在適用本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中利用示波器對(duì)噪聲降低效果進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果波形圖,是通過(guò)適用本發(fā)明之幾個(gè)實(shí)施例的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置檢測(cè)阿爾法粒子時(shí)檢測(cè)電路的輸出波形(右側(cè)圖片)和通過(guò)一般的電離箱以及電路檢測(cè)阿爾法粒子時(shí)檢測(cè)電路的輸出波形(左側(cè)圖片)的示波圖形對(duì)比結(jié)果。

如圖5所示,在使用了適用本發(fā)明的構(gòu)成要素時(shí),阿爾法粒子檢測(cè)信號(hào)和背景噪聲信號(hào)之間的差異即信噪比得到了大幅度的提升。

上面對(duì)適用本發(fā)明的利用雙探針結(jié)構(gòu)的電離箱以及差分放大器的阿爾法粒子檢測(cè)裝置的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,但本發(fā)明并不以此為限,在不脫離權(quán)利要求書(shū)和發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明以及附圖的范圍之內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形,而上述變形均屬于本發(fā)明的范疇之內(nèi)。

產(chǎn)業(yè)可用性

本發(fā)明可廣泛適用于阿爾法粒子檢測(cè)裝置。

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