快充式多丝正比计数器的研制

作     者：林业 

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方方;任家富

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：电荷灵敏放大器 坪曲线 α、β平面源表面发射率 单片机 

摘      要：在电离辐射计量中,α、β放射性平面源计量是放射性活度量传体系中十分重要的一环。α、β放射性平面源的表面发射率经过测定作为活度参考源或检验源后,可作为放射性活度测量标准用于仪器的刻度、校准以及环境样品放射性活度的测量。α、β放射性平面源的主要测量装置是大面积2π多丝正比计数器,多丝正比计数器对于α、β放射性平面源的测量有接近100%探测效率,是一种对2π放射性平面源的绝对测量方法。 国家技术监督局分别于1989年和1992年颁布实施了JJG2041—1989《测量α、β表面污染的计量器具检定系统》和计量检定规程JJG788-1992《α、β标准平面源检定规程》,规定了用于α、β放射性平面源检定的方法和α、β表面污染仪的检定方法,以及国家基准通过标准向工作计量器具传递的程序。在测量α、β表面污染的计量器具检定系统中的测量装置由国家基准装置,副基准装置和一级标准装置组成。在课题立项之时,我国仅有北京的中国计量科学研究院的和成都的中国测试技术研究院建立了2πα、2πβ粒子发射率基准和副基准用于放射性平面源计量,各省级计量院均没有建立相应的标准测量装置。 上海市及华东地区是我国经济社会发展最快的地区,也是核电产业密集、核技术、辐射防护、环境监测技术研究开展的最繁荣的地区之一,检测需求十分突出。在上海市计量测试技术研究院就建立2πα、2πβ粒子发射标准装置可用于上海市和华东地区核电、核工业及辐射防护、环境监测提供有效的量值溯源,同时满足市场需求,具有现实的意义。 本论文的主要研究内容如下： 1.对多丝正比计数器的研究现状做了充分调研,论证在上海计量测试技术研究院建立以多丝正比计数器构成的2πα、2πβ粒子发射标准装置的意义和可行性,并提出了建立标准装置的预期主要技术指标。介绍了用于电离辐射计量的多丝正比计数器的特点及检定流程。 2.研究了多丝正比室内的电场分布和工作原理,对搭建多丝正比室的关键部分影响因素做了较深入的研究,在对多丝正比室结构特征充分研究的基础上提出了多丝正比室的制作方案。 3.在对多丝正比计数器进气工作方式进行创新,克服一般多丝正比计数器测量样品换气时间需要数小时的缺点,采用快充式系统设计方案用于多丝正比计数器的工作气体充入。获得了较理想的效果,多丝正比室换气平衡时间缩短至十分钟左右,大大提高了计量人员检定a、β放射性平面源的工作效率。 4.在现有多丝正比计数器技术的基础上,采用智能仪器技术对整套测控系统进行设计。系统由下位机的单片机测控部分和上位机组成。具体的硬件工作包括搭建多丝正比室,以及设计前置电荷灵敏放大器和主放大器,以c8051f020为基础的单片机控制系统等部分电子电路。 5.完成了软件系统的开发,包括上位机软件和单片机两部分软件。上位机软件用VC++6.0平台开发,完成测量的控制和数据的采集和分析。单片机软件用KEIL环境开发,完成数据的采集,单片机外围设备控制和通讯功能。 6.完成对多丝正比计数器性能指标的测试考核工作,各项技术指标均优于设计要求,在上海市计量测试技术研究院建立一套2πα、2πβ粒子发射率标准装置。 综上所述,本论文介绍的多丝正比计数器系统设计采用了现代的测量技术设计系统,并对传统多丝正比室进气工作方式进行创新改造。装置具有测量成本低,技术先进、功能合理,测量方式创新等特点。该装置通过测试考核,满足国家计量检定规程要求和各项技术指标。测量系统有较理想的α和β坪曲线长度。对于表面发射率范围在(102～106)粒子/2π sr·min的α放射性标准源测量,探测效率为99.3%,测量重复性为0.3%,54个小时的稳定性为1.4%。对于表面发射率范围在(103～106)粒子/2π sr·min的p放射性标准源测量,探测效率为99.9%,测量重复性为0.3%,54个小时的稳定性为0.9%。