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粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置。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(jì)算機(jī)。它利用圓柱形多絲正比管對α粒子測量時(shí)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(jì)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(diǎn)。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(diǎn)。
【專利說明】粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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放射性核素的測量方法及測量裝置；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(diǎn)。
【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(jìn)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(diǎn)。但金硅面壘半導(dǎo)體探測器面積無法做得很大，且價(jià)格貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。裝置在測量時(shí)必須進(jìn)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(jì)數(shù)器構(gòu)建的低本底α測量系統(tǒng)。流氣式多絲正比計(jì)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-Hi 11 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(hù)，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種可對粉末環(huán)境樣品α放射性核素測量的裝置和測量方法，主要用于對α放射性核素活度和能譜進(jìn)行測量。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決原理如下。
[0008]本發(fā)明對α放射性核素的測量所依據(jù)的原理是圓柱形多絲正比管對α粒子測量時(shí)對入射粒子的粒子軌跡及初始電離位置不敏感，適用于測量粒子的能譜。
[0009]本發(fā)明采用的網(wǎng)狀圓柱形室外壁為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對入射α粒子有很好的透明性，α粒子不易被外壁阻擋。同時(shí)網(wǎng)狀圓柱形室置于測量室中，工作時(shí)測量室充滿工作氣體，氣體持續(xù)擴(kuò)散到網(wǎng)狀圓柱形室中，保證了網(wǎng)狀圓柱形室的工作氣體供應(yīng)。[0010]本發(fā)明采用的網(wǎng)狀圓柱形室的網(wǎng)狀柱形外壁和位于中心位置的陽極絲構(gòu)成的電場和通用圓柱形多絲正比管相似，對入射粒子的粒子軌跡及初始電離位置不敏感。
[0011 ] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下。
[0012]本發(fā)明提供的粉末環(huán)境樣品a放射性核素的測量方法及測量裝置，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(jì)算機(jī)；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(jì)算機(jī)相連。
[0013]本發(fā)明提供的粉末環(huán)境樣品a放射性核素的測量方法及測量裝置，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(jìn)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(gè)網(wǎng)狀圓柱形室水平排列，位于樣品盒的上部。
[0014]本發(fā)明提供的網(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)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)允許工作氣體擴(kuò)散進(jìn)柵極內(nèi)部，a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 m~50 μ m ;圓柱形陰極外殼通過導(dǎo)線和室外殼相連。
[0015]本發(fā)明提供的粉末環(huán)境樣品a放射性核素的測量方法及測量裝置，其特征在于:所述的供氣系統(tǒng)給測量室提供工作氣體，工作氣體成分為90%氬氣和10%甲烷的混合氣體。
[0016]本發(fā)明提供的粉末環(huán)境樣品a放射性核素的測量方法及測量裝置，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(fù)極和圓柱形陰極外殼相連接，高壓源提供陽極和陰極間的偏置高壓。
[0017]本發(fā)明提供的粉末環(huán)境樣品a放射性核素的測量方法及測量裝置，其特征在于:所述的前置放大器和陽極絲相連接。
[0018]本發(fā)明提供的測量室，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80μ g/cnT300y g/cm2。隔膜將網(wǎng)狀圓柱形室和樣品盒隔離，防止網(wǎng)狀圓柱形室被粉末環(huán)境樣品污染。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
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；
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；
3.裝置可以直接對粉末狀的環(huán)境樣品進(jìn)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】
[0020]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中。
[0021]圖1為本裝 置測量室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為網(wǎng)狀圓柱形正比計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]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。[0024]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。
[0025]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(jìn)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(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]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(jìn)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(gè)網(wǎng)狀圓柱形室水平排列，位于樣品盒的上部。
[0028]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(qiáng)烈的抑制放電現(xiàn)象。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]參照圖1介紹測量工作的準(zhǔn)備步驟:
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(jī)把樣品粉末鋪設(shè)均勻，平整；
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；
C、打開供氣系統(tǒng)(14)給測量室(12)供氣，工作氣體從進(jìn)氣口(5)進(jìn)入，從出氣口(6)排出；
d、待室中氣體充滿后，開始對樣品進(jìn)行測量。
[0033]圖2為網(wǎng)狀圓柱形正比計(jì)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(kuò)散進(jìn)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 πM50 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-Hi 11 Inc, 1964.70-115):
【權(quán)利要求】
1.粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置，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(jì)算機(jī)(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(jì)算機(jī)(18)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置，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(jìn)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(gè)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)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)允許工作氣體擴(kuò)散進(jìn)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(8)為鍍金鎢絲或者不銹鋼絲，陽極絲直徑的取值范圍為10 μ m~50 μ m ;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放射性核素的測量方法及測量裝置，其特征在于:所述的供氣系統(tǒng)給測量室提供工作氣體，工作氣體成分為90%氬氣和10%甲烷的混合氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置，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(fù)極和圓柱形陰極外殼(9)相連接，高壓源提供陽極和陰極間的偏置高壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末環(huán)境樣品α放射性核素的測量方法及測量裝置，其特征在于:所述的前置放大器(16 )和陽極絲(8 )相連接。
7.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，隔膜厚度的取值范圍為80 μ g/cm~300 μ g/cm2 ;隔膜(2)將網(wǎng)狀圓柱形室(I)和樣品盒(4)隔離，防止網(wǎng)狀圓柱形室(I)被粉末環(huán)境樣品污染。
【文檔編號】G01T1/36GK104035120SQ201410310543
【公開日】2014年9月10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)