专利名称：气态氚活度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及核辐射探测中的氚活度测量，尤其涉及一种低活度的气态氚活度
测量装置。
背景技术：
氚是广泛存在于环境中的低能β发射体，自然界中存在的天然氚极微，主要由宇宙射线中的中子和质子轰击大气层中的160和16Ν形成。在人类开展产氚活动之后，各种以气体、液体或固体形式排放到地表或大气中的氚构成环境氚源的重要部分。氚作为裂变动力运行堆排放的重要放射性气体核素，各种核设施泄漏入周围环境的氚，会造成周围环境大气氚活度的升高。而工作在核电站反应堆厂房及有关辅助厂房的工作人员必然会通过各种途径摄入氚，从而造成一定程度的内照射伤害。因此，如何高精度地测量空气中的氚活度是气态氚测量的一个关键问题，。目前氚的适用面不够广泛，测量的方法也较少，主要包括以下两种，一是将氚催化氧化成氚化水之后利用闪烁体探测器进行测量；二是采用气体探测器如电离室、正比计数器进行气体的测量。两者面向不同的测量对象，后续采用不同的信号处理系统对探测器输出的信号进行整合，通过通信模块传送给测量软件。对于第一种测量方法，针对空气中含有的气态氚，将其转化成液态氚进行测量，一方面提高了测量的难度，另一方面也降低了数据的精确度。对于第二种测量方法，因为氚辐射的β粒子的平均能量为5.72KeV，最大能量为18.6KeV,测定气体状态下试样中氣的含量,可以米用电离室和内充气的气体放电器。实际工作中，β粒子相对α粒子在高压下电离的粒子对要少的多，仅采用普通的空气作为工作气体，对于活度较低的氚气，探测器在测量的时候容易探测不到，或探测精度不够。所以低活度的氚气活度测量本身就是一个棘手的问题。经过多次气态氚活度测量实验我们发现，当气体放电器测量过较高活度的氚气后，再测量低活度的氚气时，会出现无法响应、或数据偏差的问题，经过反复研究和实验发现，这是由于环境中存留的少量氚会使测量装置内也保留少量氚气，形成本底值和探测下限，造成记忆效应，只能对较大活度的氚进行测量，而对于活度低的气态氚，则无法响应、或数据出现偏差。为了解决这些问题，就需要设计高精度的、低本底值、低探测下限的探测系统以提高探测器的探测效率。也就是需要降低探测器的本底值和探测下限，消除记忆效应。正比计数器中大量的气体放大作用是其输出信号为脉冲信号的主要原因，传统的测量装置不能准确处理、分析正比计数器输出的信号，可能会出现核辐射信号被淹没或者谱峰重叠现象的发生，造成“误计”、“漏计”的现象。因此，亟需一种能够便捷对空气中气态氚进行快速充气测量的装置。
发明内容本实用新型的目的就在于提供一种解决上述问题，能够快速、有效测量空气中的氚活度，避免空气对测量结果的干扰，实现环境低本底辐射剂量的准确测量，同时能够实时显示测量谱线，提高低能射线的核辐射测量仪器的实用性和长效性的气态氚活度测量装置。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的:一种气态氚活度测量装置，包括探测单元、信号获取单元和中央处理器，所述信号获取单元将探测单元检测到的信号形成对应幅度的脉冲信号，并送入中央处理器中计数、分析和处理，还包括一真空单元;所述真空单元包括一个三通，所述三通一端连接真空表，另外两端分别连接一主
管道；其中一主管道与探测单元连通，且该主管道上设有阀门；另一主管道远离三通的一端分为四个自带阀门的支管道，分别一一对应连通真空抽气泵、氦检漏仪和两个气体瓶；所述探测单元包括一个或多个正比计数器，每个正比计数器仅有一个供气体出入的气体出入口，所述气体出入口上设有阀门，且均能分别通过阀门与对应主管道连通；所述阀门均与中央处理器相连，由中央处理器控制其开合。作为优选:所述信号获取单元为一路或多路连接电荷灵敏前置放大器的多道幅度脉冲分析器，且为一路时，电荷灵敏前置放大器与一正比计数器的高压端口可拆卸连接，为多路时，多个电荷灵敏前置放大器与多个正比计数器的高压端口一一对应相连，多道幅度脉冲分析器与中央处理器相连。作为优选:所述正比计数器仅有一个气体出入口具体为，所述正比计数器为封闭了一个气口的流气式正比计数器。作为优选:所述正比计数器具体为，包括作为阴极的密封中空金属罩、金属罩内部作为阳极的芯线、固定在金属罩上与芯线连接的高压接头，所述金属罩上仅设有一个与其内部连通的气体出入口。作为优选:所述高压接头位于金属罩一端，所述气体出入口位于金属罩另一端。作为优选:当正比计数器为多个时，每个正比计数器的体积大小各不相同。与现有技术相比，本实用新型的优点在于:利用正比计数器作为探测单元，通过真空单元对正比计数器进行气体的抽出、充入控制，可以更换正比计数器内的工作气体，克服了空气做工作气体时，β粒子相对α粒子在高压下电离的粒子少很多，不利于测量的缺陷，其中，正比计数器只有一个气体出入口进行抽真空，充气的操作，由于只需加高压测量，也无需在正比计数器上开设入射窗口，以上两点有效克服了采用流气式结构气体易泄露的缺陷。真空单元通过三通和阀门实现其连接的各设备，如正比计数器、氦检漏仪、气体瓶、真空抽气泵的连通或阻挡，方便对正比计数器抽真空，或充入气体瓶内的气体，结构简单，操作性强。而利用本实用新型设定有效的抽真空方式，可以有效清除正比计数器、气体瓶内残留的氚气，降低正比计数器的本底和探测限。由于正比计数器加高压后输出的信号不可直接测量，所以需要经电荷灵敏前置放大器进行整形后，才能通过多道脉冲幅度分析器进行信号幅度、脉宽的测量，测量后的数据信息送入中央处理器中，通过匹配的软件可实现单次测量、长稳测量、设定时间等功能，同时实现放射性活度实现显示、谱线显示、自动寻峰、谱线加亮、峰面积计算、能量刻度等功倉泛。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；图2为本实用新型实施例2的结构示意图；图3为本实用新型电荷灵敏前置放大器的电路图；图4为本实用新型电荷灵敏前置放大器跟随器的电路图；图5为本实用新型中央处理器内置软件功能框图；图6为不同电压下的计数率值图；图7为低活度氚计算值与测量值比较图；图8为高活度氚计算值与测量值比较图。图中:1、三通;2、主管道;3、阀门；4、支管道。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。实施例1:参见图1，一种气态氚活度测量装置，包括探测单元、信号获取单元和中央处理器，所述信号获取单元将探测单元检测到的信号形成对应幅度的脉冲信号，并送入中央处理器中计数、分析和处理，该装置还包括一真空单元；所述真空单元包括一个三通I，所述三通I 一端连接真空表，另外两端分别连接一主管道2;其中一主管道2与探测单元连通，且该主管道2上设有阀门3 ；另一主管道2远离三通I的一端分为四个自带阀门3的支管道4，分别一一对应连通真空抽气泵、氦检漏仪和两个气体瓶；所述探测单元包括一个或多个正比计数器，本实施例中选用四个，且每个正比计数器的体积大小各不相同，分别为100mL、200mL、300mL、400mL、每个正比计数器仅有一个供气体出入的气体出入口，所述气体出入口上设有阀门3，且均能分别通过阀门3与对应主管道2连通；所述阀门3均与中央处理器相连，由中央处理器控制其开合；所述信号获取单元为一路连接电荷灵敏前置放大器的多道幅度脉冲分析器，其中，电荷灵敏前置放大器与一正比计数器的高压端口可拆卸连接，多道幅度脉冲分析器与中央处理器相连。由于正比计时器仅有一个供气体出入的气体出入口，可以通过以下两种方式实现:其一，将具有两个气口的流气式正比计数器的气口封闭一个，仅留下一个气口作为气体出入口，实现气体的抽出、充入等操作。其二，所述正比计数器具体为，包括作为阴极的密封中空金属罩、金属罩内部作为阳极的芯线、固定在金属罩上与芯线连接的高压接头，所述金属罩上仅设有一个与其内部连通的气体出入口，且所述高压接头位于金属罩一端，所述气体出入口位于金属罩另一端。[0042]由于氚气极易溶于水，一般测量氚气都是将其转化为氚水利用液体闪烁体探测器进行测量。传统仪器测量采用大型、复杂的装置，对氚气进行过滤、蒸馏、采集，而本实施例展示的真空单元仅需要将正比计数器抽真空，将内部的水蒸气、杂质除去，加入工作气体和样品气体进行测量即可。如此既简化了结构及测量的繁琐步骤，同时也提高了探测效率。参照图1，通过三通I及阀门3的控制，可以实时观测当前正比计数器管内的气体压强。本实用新型的结构特殊，使两个主管道2两端连接的各个设备均能通过阀门3连通，本实用新型不仅在测量前用来清除水蒸气，还可以在测量结束后，循环进行抽真空、充PlO (90%氩气+10%甲烷)气体，对正比计数器进行清洗，避免气体对正比计数器沾污。本实用新型使用的正比计数器结构为两种，一种是封闭了一个气口的流气式结构，另一种只有一个气体出入口，既可用于流气式气体测量，也可用作内充气式气体测量。氚气与PlO气体混合后充入正比计数器内，在高压的激发下，正比计数器内的气体可以100%被电离，输出随机的脉冲信号，具有较好的能量分辨率和能量线性响应，探测效率高，寿命长，广泛应用于核物理和粒子物理实验，尤其能够高效率的探测低能量射线。参见图3，由于正比计数器外加高压，其输出的信号不可直接测量，必须经由电荷灵敏前置放大器整形才能测量，故本实用新型的电荷灵敏前置放大器的结构参见图3，本实施例中，运放为AD8065，引入IpF反馈电容，电容为广泛应用于精密电子仪器中的云母电容。输入电荷Q都积累在电容上，输出信号电压幅度近似等于电容上的电压，为了释放电容上不断累积的电荷量，并稳定反馈的直流工作点，附加一个阻值为100M的反馈电阻。经过电荷灵敏前置放大器的整形之后，正比计时器的信号可以通过示波器进行信号幅度、脉宽的测量。为了避免电路由于后级输入阻抗比较小，信号会有相当一部分损耗在前级的输出电阻上。参见图4，采用AD844在前置放大器之后设置了一级跟随器，运放的电源部分采用±5V，利用4.7Ω电阻、22uF电容组成的滤波电路进行滤波。这部分输入阻抗高，而输出阻抗低，起到承上启下的作用。信号进入多道幅度脉冲分析器中进行处理，多道幅度脉冲分析器包括主放大电路、脉冲幅度甄别电路、ADC触发电路和通信模块。信号经多道幅度脉冲分析器中进行处理后，由通信模块将数据发送至中央处理器，中央处理器内置测量软件，可实现多种功能，参见图5，本实施例中，我们采用MicrosoftVisual Studio 2010的MFC Ribbon界面风格开发一套具有长时间测量、定时测量、长稳测量并统计、感兴趣区设置、能量刻度、谱光滑、寻峰、显示区设置、峰面积计算、核素识别、核素数据库等功能为一体的应用软件。软件包括数据采集和谱数据分析两大功能区，其中，数据采集功能分为:参数设置，手动计数，定时计数，长稳测量，文件转换等五项内容，主要实现动态实时测量以及测量过程中的参数设置和控制，并可以将测量后生成的文件转换为Excel报表或者通过软件的统计功能实现数据的分析和统计。谱数据分析功能区包括:数据分析、核素数据库两项内容。通过一些常用的谱分析操作，实现对核素的初步定性和定量分析。在利用本实用新型进行高压测试时，需要针对具体设备，进行多点电压测试，一般情况下，电压越低，计数越偏小，而电压越高，则越容易出现信号畸变，所以，需要找出最合适的操作电压。例如，选取体积大小为IOOml的正比计数器，加入约IOOOBq的氚气，混合PlO工作气体后进行测量，高压从1500V到2000V，步进IOOV进行调整，测量结果参见图6:由图6可见:一定氚在不同电压下计数率的变化，1900V电压下计数率偏低，1900V电压上计数率猛增，因此在此选择1900V高压作为探测电压。图7、图8中，测量值是通过本实用新型测量所得的数值，而计算值为理论计算所得的数值。由图7可知，本实用新型对低活度气态氚随氚含量的增加呈现一定的线性变化，由图8可知，本实用新型对于极高活度的氚样则无法呈现线性，随着氚样的增加，计数率接近正比计数器测量上限，继续增加氚样则计数率无明显变化。可见本装置能实现对低活度氚样的有效测量。而对于高浓度、高活度氚，只需要进行稀释即可利用本实用新型进行测量。现在，在1900V的高压下，多次测量的本底总计数率和探测限计算结果如表I所示:表I 1900V下测量的本底计数率及探测限
权利要求1.一种气态氚活度测量装置，包括探测单元、信号获取单元和中央处理器，所述信号获取单元将探测单元检测到的信号形成对应幅度的脉冲信号，并送入中央处理器中计数、分析和处理，其特征在于:还包括一真空单元； 所述真空单元包括一个三通，所述三通一端连接真空表，另外两端分别连接一主管道； 其中一主管道与探测单元连通，且该主管道上设有阀门； 另一主管道远离三通的一端分为四个自带阀门的支管道，分别一一对应连通真空抽气泵、氦检漏仪和两个气体瓶； 所述探测单元包括一个或多个正比计数器，每个正比计数器仅有一个供气体出入的气体出入口，所述气体出入口上设有阀门，且均能分别通过阀门与对应主管道连通； 所述阀门均与中央处理器相连，由中央处理器控制其开合。
2.根据权利要求1所述的气态氚活度测量装置，其特征在于:所述信号获取单元为一路或多路连接电荷灵敏前置放大器的多道幅度脉冲分析器，且为一路时，电荷灵敏前置放大器与一正比计数器的高压端口可拆卸连接，为多路时，多个电荷灵敏前置放大器与多个正比计数器的高压端口一一对应相连，多道幅度脉冲分析器与中央处理器相连。
3.根据权利要求1所述的气态氚活度测量装置，其特征在于:所述正比计数器仅有一个气体出入口具体为，所述正比计数器为封闭了一个气口的流气式正比计数器。
4.根据权利要求1所述的气态氚活度测量装置，其特征在于:所述正比计数器具体为，包括作为阴极的密封中空金属罩、金属罩内部作为阳极的芯线、固定在金属罩上与芯线连接的高压接头，所述金属罩上仅设有一个与其内部连通的气体出入口。
5.根据权利要求4所述的气态氚活度测量装置，其特征在于:所述高压接头位于金属罩一端，所述气体出入口位于金属罩另一端。
6.根据权利要求1所述的气态氚活度测量装置，其特征在于:当正比计数器为多个时，每个正比计数器的体积大小各不相同。
专利摘要本实用新型公开了一种气态氚活度测量装置，包括探测单元、信号获取单元和中央处理器，所述信号获取单元将探测单元检测到的信号形成对应幅度的脉冲信号，并送入中央处理器中计数、分析和处理，还包括一真空单元，真空单元通过三通和阀门实现其连接的各设备，如正比计数器、氦检漏仪、气体瓶、真空抽气泵的连通或阻挡，方便对正比计数器抽真空，或充入气体瓶内的气体，结构简单，操作性强。而利用本实用新型设定有效的抽真空方式，可以有效清除正比计数器、气体瓶内残留的氚气，降低探测单元的本底和探测限，实现对低活度的气态氚活度的高精度有效测量，提高探测单元的探测效率。
文档编号G01T1/18GK202975340SQ20122050005
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者庹先国, 成毅, 李哲, 连晓雯, 周国家, 宋茜茜, 周传文 申请人:成都理工大学