高灵敏度测氡离子脉冲电离室的设计

摘要

氡及其子体对人体呼吸器官有严重危害，为采取有效的防护措施，需准确测量环境空气中的氡浓度。针对现有的商用测氡系统在测量环境空气中低、中水平氡浓度时精度低的问题，根据氡及其子体衰变放出的α 射线能将空气分子电离的原理，拟研发一套基于离子脉冲电离室的用于对环境空气中氡浓度进行精确测量的系统。若研制成功此系统，将实现国内氡测量中丢失环节的研究，具有重要意义。实现对环境空气中氡浓度的精确测量是一个涉及核科学技术、电子技术以及环境科学等众多学科的复杂问题。　　此测量系统实现的关键是高灵敏度探测器——离子脉冲电离室的设计。本文主要介绍该脉冲电离室的测量原理，电极优化结构，电极优化结构模拟，前置放大器选择以及探测器性能测试。　　为实现对环境空气中氡浓度的精确测量，要求设计的脉冲电离室工作在常压下、环境空气中；避免工作时环境空气中负电性气体对电离室内部电离产生电子的俘获作用，采用离子收集方式；同时能对内部电离产生的离子进行充分收集。为满足以上要求，在适当增加脉冲电离室有效体积的基础上，将脉冲电离室的电极结构设计优化为反向阿基米德双螺旋结构，并使用 MATLAB对标准电极结构与此优化结构在相同条件下产生的电势、电场进行宏观比较，采用 Maxwell 对反向阿基米德双螺旋结构在一定外加电压下生成的具体电场数值进行模拟分析。根据 Maxwell 模拟结构，结合 PCB 工艺进行脉冲电离室的研制！最后连接选择的前置放大器DLPCA-200进行探测器测试实验。　　测试实验表明，设计的离子脉冲电离室电极优化结构设计合理，前置放大器选择适当。对离子脉冲电离室施加正高压，可实现对其内部电离产生离子进行收集的要求。通过对常压下、空气中进行的标准源测试实验，论证了所研制的离子脉冲电离室工作可靠性以及对环境空气中氡浓度进行精确测量的可行性。

目录

声明

1前言

1.1 选题依据以及研究意义

1.2 研究现状

1.3 发展趋势

2 研究内容与创新点

2.1理论研究

2.2 实际研究内容

2.3 论文创新点

3 离子脉冲电离室的设计与模拟

3.1设计要求

3.2阿基米德螺旋

3.3 模拟的意义

3.4 MATLAB结构模拟

3.5 Maxwell模拟

3.6 离子脉冲电离室结构

4 前置放大器的选择

4.1离子脉冲电离室输出信号

4.2前置放大电路的选择

5 系统测试及结果分析

5.1 系统调试

5.2 初步测试

5.3 后续工作及展望

结论

致谢

参考文献