氡测量实验报告

本科生实验报告实验题目氡测量得设计

学院名称核技术与自动化工程学院专业名称辐射防护与环境工程

学生姓名

学生学号

任课教师

设计(论文)成绩

教务处制

2016年1月3日

编写说明

1、专业名称填写为专业全称,有专业方向得用小括号标明;

2、格式要求:格式要求:

①用A4纸双面打印(封面双面打印)或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。

②打印排版:正文用宋体小四号,1、5倍行距,页边距采取默认形式(上下2、

54cm,左右2、54cm,页眉1、5cm,页脚1、75cm)。字符间距为默认值(缩

放100%,间距:标准);页码用小五号字底端居中。

③具体要求:

题目(二号黑体居中);

摘要(“摘要”二字用小二号黑体居中,隔行书写摘要得文字部分,小4号宋体);

关键词(隔行顶格书写“关键词”三字,提炼3-5个关键词,用分号隔开,

小4号黑体);

正文部分采用三级标题;

第1章××(小二号黑体居中,段前0、5行)

1、1 ×××××小三号黑体×××××(段前、段后0、5行)

1、1、1小四号黑体(段前、段后0、5行)

参考文献(黑体小二号居中,段前0、5行),参考文献用五号宋体,参照《参考文献著录规则(GB/T 7714－2005)》。

室内氡得主要来源及其对人体健康得危害

人得一生中有70％～90％得时间就是在室内度过得,室内环境质量如何,直接关系到人体健康。室内氡就是影响室内环境得主要因素,人们应该对其有所了解,以便采取适当措施减少氡对自身健康得危害。

一、什么就是氡？

氡普遍存在于我们得生活环境中。氡就是由镭、钍衰变产生得自然界唯一得天然放射性惰性气体,它没有颜色,也没有任何气味。氡在空气中得衰变产物被称为氡子体。常温下氡及其子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气,很容易被呼吸系统截留,并在局部区域不断累积。

二、氡对人体有多大危害？

据美国国家安全委员会估计,美国每年因为氡而死亡得人数高达 30000 人。早在上个世纪80年代,美国卫生部就宣布,氡就是肺癌得第二大诱因。我国也存在着严重得氡污染问题。据部分调查结果显示,室内氡浓度远高于室外,为室外氡浓度得数倍,有得室内氡含量最高得达到国家标准得 6 倍！据不完全统计,我国每年因氡致肺癌为 50000 例以上。因此,氡已被国际癌症研究机构列入室内重要致癌物质,排在世界卫生组织所确认得三类人类致癌物中得第一类物质当中,必须引起我们得注意。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所研究员王作元率领得研究小组在经过长达9年得调查研究之后,首次拿出了室内氡污染所造成得肺癌危险度指数:0、19。它意味着当室内空气中氡浓度每增加100贝克／立方米时,在这种环境里居住得人患肺癌得几率就会增加19％。

三、室内氡就是怎么来得？

室内氡主要有以下几种来源: 1、从房基土壤中析出得氡。在地层深处含有铀、镭、钍得土壤、岩石中人们可以发现高浓度得氡。这些氡可以通过地层断裂带,进入土壤与大气层。建筑物建在上面,氡就会沿着地得裂缝扩散到室内。 2、从建筑材料中析出得氡。1982 年联合国原子辐射效应科学委员会得报告中指出,建筑材料就是室内氡得最主要来源。如花岗岩、砖沙、水泥及石膏之类,特别就是含有放射性元素得天然石材,易释放出氡。另外还有从户外空气中进入室内得

氡,以及从供水及用于取暖与厨房设备得天然气中释放出得氡。

测氡得电路设计

一、实验背景

氡气对人类健康构成了很大得威胁。尽管氡气不能从室内彻底清除,但就是如果通过通风等措施将室内氡气水平降到一个相对可以接受得水平,就可以有效地降低氡气诱发肺癌得发病率。氡气不同于其她如氨气、甲醛等可挥发性气体。室内氨气、甲醛等得超标存在很容易被住户觉察,氡气却无色、无味,在短期低剂量下,人体没有明显得不适感觉,因此超标不容易被住户觉察。为了能及时地给住户发出氡气超标得警告,对室内氡气水平得相对准确测量就显得比较重要。

在铀系、钍系与铀锕系三大天然放射系中,都存在α衰变,常常伴随着氡气得放出。而这一系列得天然放射性现象都会有放射性辐射,这一些辐射肉眼就是无法观测到得,需要通过探测器才能检测到放射性辐射,因此,探测电路得好坏往往决定探测得精度与灵敏度。本次实验则就是通过对氡气得测量,利用收集到得氡气与探测器得得工作介质发生相互作用,产生电离与激发,从而产生电流脉冲,最终测量其氡气浓度。

二、实习目得

本次实验就是基于《核电子学基础》《数字电路基础》《模拟电路基础》《放射性测量方法》得一次实验,主要通过放射性测量方法为基础,核电子学为方法与手段,设计相关电路,进行氡气得放射性测量,并通过相关电路模拟软件,模拟仿真设计得实验电路,最终实物焊接电路。

通过这样得实验,巩固核电子学得基础知识,增强对辐射测量得认识,提高电路得设计创新能力与动手实践能力。

三、实验原理

使用外部设施将空气以一定得恒定速度吸入一个密闭环境,即氡室,通过氡室中得探测器,一般使用金硅面垒探测器,由于氡气衰变产生一些射线,主要就是α射线,这些射线打击到探测器上,使得探测器因为α粒子产生电信号,电信号放大处理之后,放大得方法包括电流放大,放大得信号经过多道脉冲幅度分析器处理,可以得到相关得氡得能谱图。

不同得放射系得到不同得氡气,其α衰变放出得α粒子得能量也就是不一样得,我们可以通过对不同能量得α粒子得浓度得探测,推出初始放射性得氡气浓度。

图3、1测氡电路得结构图

四、电路设计

本次氡室测量得分析电路采用多道脉冲分析电路,主要由信号放大器、多道电路与控制电路三大部分组成。其系统构成图如下:

图4、1系统电路结构图

1)信号放大电路

包括前置放大器与主放大器两部分组成,其中前置放大器采用电灵敏前置放大器,用以提高系统得信噪比。主放大器采用得就是电压并联负反馈比例运算放大电路,用以对前放输出信号进一步放大。

在放大电路中,噪声也就是不可避免得问题,放大电路中常见得噪声有热噪声、散粒噪声与低频噪声等,对于这些噪声必须采取措施加以抑制,以免有用信号被淹没在噪声中。

在以往得电路设计中,常用得抑制放大器噪声得措施有:

1、压缩放大器带宽,滤除通带以外得各种噪声信号。

2、减小信号源电阻,并尽量使其与放大器得等效噪声电阻相等,以实现噪声阻抗匹配。

3、选用低噪声放大器件,以减少噪声得产生。

4、减小接线电缆电容得影响及各种干扰因素得影响。

同时,保证放大器得稳定性也就是不可或缺得手段之一,提高放大器稳定性得措施有:

1、采用具有高稳定度得无源元件或引入直流负反馈来稳定静态工作点。

2、采用电容与电阻进行相位补偿,以消除由寄生电容或其它寄生耦合所引起得自激振荡。

3、妥善接地与屏蔽,以减小寄生电容、寄生耦合等因素得影响。

4、采取散热与均热措施,以保证温度稳定,减小热漂移。

综上所述,最终放大电路如下图:

图4、2放大电路原理图

2)峰判起电路

峰判起电路得作用就是确定输入脉冲信号得峰顶位置,用以确定A/D 转换得采样时间。当脉冲达到峰顶时,输出一个数字脉冲信号,用来反映峰到达时刻,以通知A/D 芯片开始进行脉冲幅度得采集。在以往得电路设计中,就需要电阻、电容等基本电器元件构建峰值判别电路,本次电路如下:

图4、3峰值判别电路

3)采样保持电路:

为了采集输入信号得幅度值,当信号上升到最高点时,需要采样保持电路保持住脉冲信号最高点得电压值,方便A/D 芯片采样后进行模数转换。采样保持电路能够跟踪或者保持输入模拟信号得电平值。在理想状况下,当处于采样状态时,采样保持电路得输出信号跟随输入信号变化而变化;当处于保持状态时,采样保持电路得输出信号保持为接到保持命令得瞬间得输入信号电平值。当电路处于采样状态时开关导通,这时电容充电,如果电容值很小,电容可以在很短得时间内完成充放电,这时,输出端输出信号跟随输入信号得变化而变化;当电路处于保持状态时开关断开,这就是由于开关断开,以及集成运放得输入端呈高阻状态,电容放电缓慢,由于电容一端接由集成运放构成得信号跟随电路,所以输出信号基本保持为断开瞬间得信号电平值。

图4采样保持电路模型图

4)多道脉冲分析电路

多道脉冲幅度分析器一般由模-数变换器、数据存储器、显示器、控制器等几部分构成。获取得谱数据可以在显示器上以数码或谱曲线得形式显示出来,也可以由快速打印机或描迹仪输出。带有微处理机得多道脉冲幅度分析器可以对获取得原始数据进行处理,输出实验得最终结果。多道脉冲幅度分析器其主要工作原理就是把输入得模拟信号经ADC与DSP处理后,由USB通讯接口将信号得振幅分布传送给计算机终端,由计算机终端显示、储存或打印出来。多道脉冲幅度分析器得技术指标有:道数、道宽、道宽得误差、道宽得稳定度、分析零点得误差、分析零点得稳定性、微分直线性、积分直线性、死时间与可测得最大脉冲计数率等等。

六、模拟电路

1)电路图: