双通道泵吸式α能谱测氡仪的设计

摘要

随着人类文明的发展与进步，人们生活水平也越来越好。同时，科技的发展对人们的生活环境产生了一定影响，国家也高度重视生态环境的整治。近几年，放射性污染已成为热门话题之一。氡及其子体的测量无论是在房屋建筑领域，还是在地质勘探、环境监测、找水等方面，都被作为放射性探测的重要技术手段。
　　在此背景下，以成都市科技局创新创业项目为依托，选取高灵敏度的金硅面垒型探测器为主要探测元件，以α能谱测氡技术为核心，设计一款独立的双探测系统α能谱测氡仪，解决了实际工作中测量时间长、温湿度影响大等一系列问题。
　　本文先阐述了氡及其子体产生的危害背景，以及世界相关组织和国家层面针对氡及其子体放射性污染和地质勘探领域做出的相应决策。在此基础上介绍了氡的测量方法，并引出α能谱测氡原理，通过实验数据测试，对不同大小的金硅面探测器进行了对比测试;设计了双探测系统取样腔体。通过实际测量数据得出结论，该系统测量灵敏度可达到0.2cpm/pCi/L。
　　双通道α能谱泵吸式测氡仪是以STM32F103RCT6单片机为核心，可进行空气氡、土壤氡、水氡的测量与分析。在进行空气和水氡测量时，可选择任意通道完成测量工作。对于土壤氡测量情况，考虑到测量环境，双通道轮流测量，完成高效率氡测量工作。该系统实时显示温湿度参数，在软件部分通过温湿度修正算法弥补温湿度对氡测量的影响;讨论了α总量测量以及α能谱测量的实现方式，结合实际工作中钍射气的影响，选取α能谱测氡技术，实现对氡和钍射气子体进行有效地区分;分别论述了前放、主放、多道脉冲幅度分析器以及辅助电路的硬件实现，并介绍了各个模块的基本功能，实现原理等;低功耗电源电路为测氡仪的高效运作提供了基本保障;选用迪文触摸屏实现人机互动，操作简洁方便。最后通过STM32库函数与位带操作实现软件部分的编写，完成仪器的设计。
　　在仪器经过标准氡室刻度实现氡浓度的转换后，通过对该仪器灵敏度以及精确度、稳定度测试，表明该仪器稳定性、精确性良好。通过对仪器响应时间测试，确定了本底扣除算法，防止本底累积对测量数据正确性影响。实际工作中计量表明，该测氡仪测量数据正常，仪器性能及参数满足国家测氡计量检定标准《测氡仪》(JJG825-2013)和《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB50325-2010)的要求。
　　本文设计的双通道α能谱泵吸式测氡仪可直接通过触摸屏实时操作并显示出空气、土壤、水氡浓度，具有实用性好、结构简单、携带方便等优点。该系统可广泛适用于环境氡监测、铀矿资源勘查、建筑地基隐伏断层与地裂缝的勘查、气化采煤气化炉火区分布监测等领域。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 氡的测量方式总类划分

1．2．2 现有测氡方法对比研究

1．2．3 几种常见测氡仪简介

1．3 主要研究内容

第2章 α能谱测氡的基本原理

2．1 氡的性质及其来源

2．2 天然放射性核素α射线能量特性

2．3 氡的放射性平衡

2．4 氡浓度计算方法研究

第3章 系统方案设计

3．1 系统总体设计方案

3．2 探测器的选择

3．3 硬件组成

3．4 α能谱静电吸附工作原理

3．5 双通道测氡取样腔设计

3．6 双通道测量的优势

第4章 仪器电路系统的设计

4．2．1 前置放大电路的选择

4．2．2 电荷灵敏前置放大器工作原理

4．2．3 电路中前置放大电路设计

4．3 主放大电路

4．4 多道脉冲幅度分析器

4．5 峰值检测电路设计

4．6 ADC模块实现

4．6 一键下载电路

4．7 温湿度测量模块

4．8 触摸屏显示设计

4．9 外部FLASH存储器

4．10 蓝牙模块

第5章 电源管理系统

5．2 锂电池管理

5．3 系统3．3V电源

5．4 系统5V电源

5．5 系统6V_1设计

5．6 系统6V_2设计

5．7 高压模块电源设计

第6章 软件系统设计

6．2 STM32系统程序设计

6．2．1 系统主程序

6．2．2 迪文触摸屏程序

6．2．3 中断服务程序

6．2．4 温湿度测量程序

第7章 仪器性能测试及初步实验

7．1 仪器刻度

7．1．1 标准氡室介绍

7．1．2 刻度系数的确定

7．2 实验及实验数据分析

7．2．1 灵敏度刻度

7．2．2 湿度对灵敏度影响测试及修正方法

7．2．3 温度对灵敏度影响测试及修正方法

7．2．4 氡及其子体取样腔体对灵敏度的影响测试

7．2．5 氡浓度响应测试

7．2．6 探测系统污染恢复测试

7．2．7 测氡仪测量土壤中氡浓度实验

7．2．8 技术指标

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果