氡測量實驗報告

1、本科生實驗報告實驗題目 氡測量的設計 學院名稱 核技術與自動化工程學院 專業(yè)名稱 輻射防護與環(huán)境工程 學生姓名 學生學號 任課教師 設計（論文）成績 教務處制2016年1月3日編寫說明1、 專業(yè)名稱填寫為專業(yè)全稱，有專業(yè)方向的用小括號標明；2、 格式要求：格式要求： 用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打?。┗蛟贏4大小紙上用藍黑色水筆書寫。 打印排版：正文用宋體小四號，1.5倍行距，頁邊距采取默認形式（上下2.54cm，左右2.54cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm）。字符間距為默認值（縮放100%，間距：標準）；頁碼用小五號字底端居中。 具體要求：題目（二號黑體居中）；摘要(“摘要”二字用小二號

2、黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號宋體)；關鍵詞（隔行頂格書寫“關鍵詞”三字，提煉3-5個關鍵詞，用分號隔開，小4號黑體)；正文部分采用三級標題；第1章 ××(小二號黑體居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三號黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號黑體（段前、段后0.5行）參考文獻（黑體小二號居中，段前0.5行），參考文獻用五號宋體，參照參考文獻著錄規(guī)則（GB/T 77142005）。 室內氡的主要來源及其對人體健康的危害人的一生中有7090的時間是在

3、室內度過的，室內環(huán)境質量如何，直接關系到人體健康。室內氡是影響室內環(huán)境的主要因素，人們應該對其有所了解，以便采取適當措施減少氡對自身健康的危害。 一、什么是氡？ 氡普遍存在于我們的生活環(huán)境中。氡是由鐳、釷衰變產生的自然界唯一的天然放射性惰性氣體，它沒有顏色，也沒有任何氣味。氡在空氣中的衰變產物被稱為氡子體。常溫下氡及其子體在空氣中能形成放射性氣溶膠而污染空氣，很容易被呼吸系統(tǒng)截留，并在局部區(qū)域不斷累積。 二、氡對人體有多大危害？據美國國家安全委員會估計，美國每年因為氡而死亡的人數高達 30000 人。早在上個世紀80年代，美國衛(wèi)生部就宣布，氡是肺癌的第二大誘因。我國也存在著嚴重的氡污染問題。據

4、部分調查結果顯示，室內氡濃度遠高于室外，為室外氡濃度的數倍，有的室內氡含量最高的達到國家標準的 6 倍！據不完全統(tǒng)計，我國每年因氡致肺癌為 50000 例以上。因此，氡已被國際癌癥研究機構列入室內重要致癌物質，排在世界衛(wèi)生組織所確認的三類人類致癌物中的第一類物質當中，必須引起我們的注意。中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所研究員王作元率領的研究小組在經過長達9年的調查研究之后，首次拿出了室內氡污染所造成的肺癌危險度指數：0.19。它意味著當室內空氣中氡濃度每增加100貝克立方米時，在這種環(huán)境里居住的人患肺癌的幾率就會增加19。 三、室內氡是怎么來的？ 室內氡主要有以下幾種來源： 1.從房

5、基土壤中析出的氡。在地層深處含有鈾、鐳、釷的土壤、巖石中人們可以發(fā)現(xiàn)高濃度的氡。這些氡可以通過地層斷裂帶，進入土壤和大氣層。建筑物建在上面，氡就會沿著地的裂縫擴散到室內。 2.從建筑材料中析出的氡。1982 年聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會的報告中指出，建筑材料是室內氡的最主要來源。如花崗巖、磚沙、水泥及石膏之類，特別是含有放射性元素的天然石材，易釋放出氡。 另外還有從戶外空氣中進入室內的氡，以及從供水及用于取暖和廚房設備的天然氣中釋放出的氡。測氡的電路設計一、 實驗背景氡氣對人類健康構成了很大的威脅。盡管氡氣不能從室內徹底清除，但是如果通過通風等措施將室內氡氣水平降到一個相對可以接受的水平，就

6、可以有效地降低氡氣誘發(fā)肺癌的發(fā)病率。氡氣不同于其他如氨氣、甲醛等可揮發(fā)性氣體。室內氨氣、甲醛等的超標存在很容易被住戶覺察，氡氣卻無色、無味，在短期低劑量下，人體沒有明顯的不適感覺，因此超標不容易被住戶覺察。為了能及時地給住戶發(fā)出氡氣超標的警告，對室內氡氣水平的相對準確測量就顯得比較重要。在鈾系、釷系和鈾錒系三大天然放射系中，都存在衰變，常常伴隨著氡氣的放出。而這一系列的天然放射性現(xiàn)象都會有放射性輻射，這一些輻射肉眼是無法觀測到的，需要通過探測器才能檢測到放射性輻射，因此，探測電路的好壞往往決定探測的精度和靈敏度。本次實驗則是通過對氡氣的測量，利用收集到的氡氣與探測器的的工作介質發(fā)生相互作用，產

7、生電離和激發(fā)，從而產生電流脈沖，最終測量其氡氣濃度。二、 實習目的本次實驗是基于核電子學基礎數字電路基礎模擬電路基礎放射性測量方法的一次實驗，主要通過放射性測量方法為基礎，核電子學為方法和手段，設計相關電路，進行氡氣的放射性測量，并通過相關電路模擬軟件，模擬仿真設計的實驗電路，最終實物焊接電路。通過這樣的實驗，鞏固核電子學的基礎知識，增強對輻射測量的認識，提高電路的設計創(chuàng)新能力和動手實踐能力。三、 實驗原理使用外部設施將空氣以一定的恒定速度吸入一個密閉環(huán)境，即氡室，通過氡室中的探測器，一般使用金硅面壘探測器，由于氡氣衰變產生一些射線，主要是射線，這些射線打擊到探測器上，使得探測器因為粒子產生電

8、信號，電信號放大處理之后，放大的方法包括電流放大，放大的信號經過多道脈沖幅度分析器處理，可以得到相關的氡的能譜圖。不同的放射系得到不同的氡氣，其衰變放出的粒子的能量也是不一樣的，我們可以通過對不同能量的粒子的濃度的探測，推出初始放射性的氡氣濃度。圖3.1測氡電路的結構圖四、 電路設計本次氡室測量的分析電路采用多道脈沖分析電路，主要由信號放大器、多道電路和控制電路三大部分組成。其系統(tǒng)構成圖如下：圖4.1系統(tǒng)電路結構圖1) 信號放大電路包括前置放大器和主放大器兩部分組成，其中前置放大器采用電靈敏前置放大器，用以提高系統(tǒng)的信噪比。主放大器采用的是電壓并聯(lián)負反饋比例運算放大電路，用以對前放輸出信號進一

9、步放大。在放大電路中，噪聲也是不可避免的問題，放大電路中常見的噪聲有熱噪聲、散粒噪聲和低頻噪聲等，對于這些噪聲必須采取措施加以抑制，以免有用信號被淹沒在噪聲中。在以往的電路設計中，常用的抑制放大器噪聲的措施有：1.壓縮放大器帶寬，濾除通帶以外的各種噪聲信號。2.減小信號源電阻，并盡量使其與放大器的等效噪聲電阻相等，以實現(xiàn)噪聲阻抗匹配。3.選用低噪聲放大器件，以減少噪聲的產生。4.減小接線電纜電容的影響及各種干擾因素的影響。同時，保證放大器的穩(wěn)定性也是不可或缺的手段之一，提高放大器穩(wěn)定性的措施有：1.采用具有高穩(wěn)定度的無源元件或引入直流負反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。2.采用電容和電阻進行相位補償，以消

10、除由寄生電容或其它寄生耦合所引起的自激振蕩。3.妥善接地與屏蔽，以減小寄生電容、寄生耦合等因素的影響。4.采取散熱與均熱措施，以保證溫度穩(wěn)定，減小熱漂移。綜上所述，最終放大電路如下圖：圖4.2放大電路原理圖2) 峰判起電路峰判起電路的作用是確定輸入脈沖信號的峰頂位置，用以確定A/D 轉換的采樣時間。當脈沖達到峰頂時，輸出一個數字脈沖信號，用來反映峰到達時刻，以通知A/D 芯片開始進行脈沖幅度的采集。在以往的電路設計中，就需要電阻、電容等基本電器元件構建峰值判別電路，本次電路如下：圖4.3峰值判別電路3) 采樣保持電路：為了采集輸入信號的幅度值，當信號上升到最高點時，需要采樣保持電路保持住脈沖信

11、號最高點的電壓值，方便A/D 芯片采樣后進行模數轉換。采樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號的電平值。在理想狀況下，當處于采樣狀態(tài)時，采樣保持電路的輸出信號跟隨輸入信號變化而變化；當處于保持狀態(tài)時，采樣保持電路的輸出信號保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號電平值。當電路處于采樣狀態(tài)時開關導通，這時電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時間內完成充放電，這時，輸出端輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化；當電路處于保持狀態(tài)時開關斷開，這是由于開關斷開，以及集成運放的輸入端呈高阻狀態(tài)，電容放電緩慢，由于電容一端接由集成運放構成的信號跟隨電路，所以輸出信號基本保持為斷開瞬間的信號電平值。圖4采樣保持電

12、路模型圖4) 多道脈沖分析電路多道脈沖幅度分析器一般由模-數變換器、數據存儲器、顯示器、控制器等幾部分構成。獲取的譜數據可以在顯示器上以數碼或譜曲線的形式顯示出來，也可以由快速打印機或描跡儀輸出。帶有微處理機的多道脈沖幅度分析器可以對獲取的原始數據進行處理，輸出實驗的最終結果。多道脈沖幅度分析器其主要工作原理是把輸入的模擬信號經ADC和DSP處理后，由USB通訊接口將信號的振幅分布傳送給計算機終端，由計算機終端顯示、儲存或打印出來。多道脈沖幅度分析器的技術指標有:道數、道寬、道寬的誤差、道寬的穩(wěn)定度、分析零點的誤差、分析零點的穩(wěn)定性、微分直線性、積分直線性、死時間和可測的最大脈沖計數率等等。六、模擬電路1) 電路圖：學生學習心得在這次課程設計中，我更加了解了氡的來源與危害，更加熟練了氡的測量方法，熟練掌握了測氡儀器的使用。在老師和同學的幫助下，鞏固核電子學的基礎知識，增強對輻射測量的認識，提高電路的設計創(chuàng)新能力和