氡测量实验报告

本科生实验报告实验题目氡测量的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，有专业方向的用小括号标明；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，隔行书写摘要的文字部分，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/T7714－2005）》。室内氡的主要来源及其对人体健康的危害人的一生中有70％～90％的时间是在室内度过的，室内环境质量如何，直接关系到人体健康。室内氡是影响室内环境的主要因素，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的危害。一、什么是氡？氡普遍存在于我们的生活环境中。氡是由镭、钍衰变产生的自然界唯一的天然放射性惰性气体，它没有颜色，也没有任何气味。氡在空气中的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的人数高达30000人。早在上个世纪80年代，美国卫生部就宣布，氡是肺癌的第二大诱因。我国也存在着严重的氡污染问题。据部分调查结果显示，室内氡浓度远高于室外，为室外氡浓度的数倍，有的室内氡含量最高的达到国家标准的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的三类人类致癌物中的第一类物质当中，必须引起我们的注意。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的研究小组在经过长达9年的调查研究之后，首次拿出了室内氡污染所造成的肺癌危险度指数：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，在这种环境里居住的人患肺癌的几率就会增加19％。三、室内氡是怎么来的？室内氡主要有以下几种来源：1.从房基土壤中析出的氡。在地层深处含有铀、镭、钍的土壤、岩石中人们可以发现高浓度的氡。这些氡可以通过地层断裂带，进入土壤和大气层。建筑物建在上面，氡就会沿着地的裂缝扩散到室内。2.从建筑材料中析出的氡。1982年联合国原子辐射效应科学委员会的报告中指出，建筑材料是室内氡的最主要来源。如花岗岩、砖沙、水泥及石膏之类，特别是含有放射性元素的天然石材，易释放出氡。另外还有从户外空气中进入室内的氡，以及从供水及用于取暖和厨房设备的天然气中释放出的氡。测氡的电路设计一、实验背景氡气对人类健康构成了很大的威胁。尽管氡气不能从室内彻底清除，但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的水平，就可以有效地降低氡气诱发肺癌的发病率。氡气不同于其他如氨气、甲醛等可挥发性气体。室内氨气、甲醛等的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，人体没有明显的不适感觉，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的警告，对室内氡气水平的相对准确测量就显得比较重要。在铀系、钍系和铀锕系三大天然放射系中，都存在α衰变，常常伴随着氡气的放出。而这一系列的天然放射性现象都会有放射性辐射，这一些辐射肉眼是无法观测到的，需要通过探测器才能检测到放射性辐射，因此，探测电路的好坏往往决定探测的精度和灵敏度。本次实验则是通过对氡气的测量，利用收集到的氡气与探测器的的工作介质发生相互作用，产生电离和激发，从而产生电流脉冲，最终测量其氡气浓度。二、实习目的本次实验是基于《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》的一次实验，主要通过放射性测量方法为基础，核电子学为方法和手段，设计相关电路，进行氡气的放射性测量，并通过相关电路模拟软件，模拟仿真设计的实验电路，最终实物焊接电路。通过这样的实验，巩固核电子学的基础知识，增强对辐射测量的认识，提高电路的设计创新能力和动手实践能力。三、实验原理使用外部设施将空气以一定的恒定速度吸入一个密闭环境，即氡室，通过氡室中的探测器，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，放大的方法包括电流放大，放大的信号经过多道脉冲幅度分析器处理，可以得到相关的氡的能谱图。不同的放射系得到不同的氡气，其α衰变放出的α粒子的能量也是不一样的，我们可以通过对不同能量的α粒子的浓度的探测，推出初始放射性的氡气浓度。图3.1测氡电路的结构图四、电路设计本次氡室测量的分析电路采用多道脉冲分析电路，主要由信号放大器、多道电路和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和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，用以提高系统的信噪比。主放大器采用的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，噪声也是不可避免的问题，放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声和低频噪声等，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。在以往的电路设计中，常用的抑制放大器噪声的措施有：1.压缩放大器带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。2.减小信号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻相等，以实现噪声阻抗匹配。3.选用低噪声放大器件，以减少噪声的产生。4.减小接线电缆电容的影响及各种干扰因素的影响。同时，保证放大器的稳定性也是不可或缺的手段之一，提高放大器稳定性的措施有：1.采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负反馈来稳定静态工作点。2.采用电容和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其它寄生耦合所引起的自激振荡。3.妥善接地与屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影响。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的作用是确定输入脉冲信号的峰顶位置，用以确定A/D转换的采样时间。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的采集。在以往的电路设计中，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：为了采集输入信号的幅度值，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的电压值，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的电平值。在理想状况下，当处于采样状态时，采样保持电路的输出信号跟随输入信号变化而变化；当处于保持状态时，采样保持电路的输出信号保持为接到保持命令的瞬间的输入信号电平值。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，电容可以在很短的时间内完成充放电，这时，输出端输出信号跟随输入信号的变化而变化；当电路处于保持状态时开关断开，这是由于开关断开，以及集成运放的输入端呈高阻状态，电容放电缓慢，由于电容一端接由集成运放构成的信号跟随电路，所以输出信号基本保持为断开瞬间的信号电平值。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。获取的谱数据可以在显示器上以数码或谱曲线的形式显示出来，也可以由快速打印机或描迹仪输出。带有微处理机的多道脉冲幅度分析器可以对获取的原始数据进行处理，输出实验的最终结果。多道脉冲幅度分析器其主要工作原理是把输入的模拟信号经ADC和DSP处理后，由USB通讯接口将信号的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的技术指标有:道数、道宽、道宽的误差、道宽的稳定度、分析零点的误差、分析零点的稳定性、微分直线性、积分直线性、死时间和可测的最大脉冲计数率等等。六、模拟电路1)电路图：学生学习心得在这次课程设计中，我更加了解了氡的来源与危害，更加熟练了氡的测量方法，熟练掌握了测氡仪器的使用。在老师和同学的帮助下，巩固核电子学的基础知识，增强对辐射测量的认识，提高电路的设计创新能力和动手实践能力。感到受益匪浅学生（签名）：2016年1月23日诚信承诺本人郑重声明所呈交的课程报告是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同学对本文研究所做的贡献均已在报告中作了明确的说明并表示谢意。学生（签名）：任课教师评语成绩评定：任课教师（签名）：年月日