专利名称：一种壤中氡子体静电吸附及α能谱测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测技术领域，具体来讲，针对目前地质勘查领域和环境评价领 域的土壤测氡的应用要求，提出一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置。
背景技术：
土壤测氡广泛应用于地质勘查领域和环境放射性评价领域。在地质勘查领域中， 铀矿勘查、基岩地下水勘查、地下煤层自燃现象火灾分布勘探、地震震前氡异常监测、滑坡 滑动构造带勘查、地面塌陷与采空区的勘查、建筑地基隐伏断层与地裂缝的勘查等都可以 采用土壤测氡方法来实现。在环境放性射评价领域，比如地下商场地基氡浓度指标检测、建 筑物地基土壤氡浓度指标检测等，也都需要进行土壤氡测量。 现有土壤测氡的方法主要包括泵吸式瞬时测氡方法、静电a卡总量测氡、a径 迹测氡、Po-210法测氡、a杯吸附法测氡、天然热释光法测氡。这些土壤氡测量方法在测 量工作效率、工作自动化程度、测量数据的可靠性以及测量灵敏度等都存在一些缺陷，同时 很少作a能谱测量，而a能谱测量在壤中氡测量应用中是很重要的一个关键技术。由于 技术原因，目前的主要氡测量方法a杯、a卡吸附法很难做到a能谱测量。目前静电a 卡测量方法尚未提供一个较稳定的、统一的、价格低廉的高压静电保持装置，也尚未采用a 能谱测量方式。泵吸式瞬时测量法虽然解决a能谱测量问题，但由于测量环境、土壤致密 性、土壤氡气源富集情况等因素影响使的数分钟内的获得的测量数据变化很大，难于分析 利用，同时由于探测器污染问题，使得实际工作效率很低。壤中氡子体静电吸附及a能谱 测量装置硬件系统成本低且氡子体静电吸附装置不易损坏，便于大量布点，适于大规模地 质勘查，在提高工作效率的同时，也能够获得瞬时法和连续测量法无法探测的氡子体信息， 同时具有区分氡钍、使探测器免受氡子体污染、使用方便等特点。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，如何提供壤中氡子体静电吸附及a能谱测 量装置，该方法能克服现有土壤测氡方法的缺陷，能解决土壤测氡的测量效率、测量精度、 测量准确性、测量可靠性低的问题，可实现对壤中氡子体核素的定性测量，从而间接实现对 壤中氡的测量，能消除钍射气的影响，从而能够满足目前地质勘查领域和环境评价领域对 土壤氡测量的迫切需求。 为达到上述发明的目的，本实用新型所采用的技术方案提供一种壤中氡子体静 电吸附及a能谱测量装置，其特征在于，整个系统由负高压静电充电装置、氡子体静电吸 附装置、a能谱测量及数据管理装置以及计算机软件分析系统4部分构成。负高压充电装 置通过标准电源接口 (4)与a能谱测量和数据管理装置相连，a能谱测量及数据管理装 置通过USB接口与计算机软件分析系统相连，负高压静电充电装置工作时与氡子体静电吸 附装置相连。 按照本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于，所述装置包括如下工作步骤 A、通过负高压静电充电装置，将氡子体静电吸附装置充电，使其带负高压静电。 B、根据测量需要选择测量点，将氡子体静电吸附装置埋置于各个测量点的土壤 中，埋置时间为壤中氡及其子体能重新达到放射性动态平衡的时间； C、氡子体静电吸附装置通过其内部的带负高压静电的氡子体收集片(7)吸附壤 中氡子体； D、等壤中氡子体重新达到放射性动态平衡后，取出氡子体静电吸附装置内部的氡 子体收集片，并立即装入a能谱测量及数据管理装置进行a能谱测量； E、 a能谱测量及数据管理装置可通过接口与计算机软件系统连接，通过计算机软 件系统对测量数据进行统一分析处理，并生成图像进行输出。 按照本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于， 所述的负高压充电装置内部装有DC/DC高压转换电路(2)，工作时负高压输出(1)与氡子体 静电吸附装置相连。 按照本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于， 所述的氡子体静电吸附装置分别由壤中氡扩散腔体(8)、氡子体收集片(7)和负高压静电 保持器(6)三部分组成。壤中氡扩散腔体上留有壤中氡扩散孔(16)，网孔大小为土壤颗粒 不宜进入而壤中氡及其子体可以扩散进入为宜。氡子体收集片为导电的不易锈蚀的且对氡 子体有较好吸附性的材料，置于氡扩散腔体上方的氡子体吸附片放置凹槽内(15)。负高压 静电保持器的高压静电由CBB高压电容(10)保持，CBB高压电容负高压静电输出端接电路 板(ll)，在电路板上焊接弹簧(12)并与负高压静电输出端相连接，内部电路用环氧树脂灌 注密封，静电高压地端通过接地铜柱(9)与大地连接。壤中氡扩散腔体和负高压静电保持 器外壳为具有较好硬度和较强抗老化能力的绝缘材料。负高压静电保持器通过连接螺旋扣 (13)与壤中氡扩散腔体连接，当高压静电体与壤中氡扩散腔体连接时，其高压输出端可通 过弹簧与氡子体收集片(14)连接，使其带负高压静电。 按照本发明提供的氡子体静电吸附装置，其特征在于，氡子体静电吸附装置在工
作时埋入土壤中，并使氡子体收集片置于氡扩散腔体内部与土壤隔离。 按照本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于，
通过负高压静电来增加对壤中氡子体的吸附能力，通过a能谱测量获得壤中氡子体的特
征信息，从而间接获得壤中氡浓度信息。 按照本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于， 所述的a能谱测量及数据管理装置由氡子体读出装置和a能谱测量电路系统组成。氡子 体读出装置内部装有半导体探测器(18)和电荷灵敏前置放大电路(17)， a能谱测量电路 通过接口线与氡子体读出装置内部的电荷灵敏前置放大电路相连接。将氡子体收集片(20) 装入氡子体读出装置的活动托盘(21)氡子体收集片放置凹槽内(19)，使其氡子体吸附表 面靠近半导体探测器，被吸附到氡子体收集片上的氡子体发生a衰变产生a粒子，通过半 导体探测器探测到的这些a粒子信号，通过调理放大电路进行调理放大后，再经过多道脉 冲幅度分析器转换成a能谱信号进入微处理器进行a能谱分析。整个a能谱测量及数 据管理装置设置有低功耗电源管理模块。 综上所述，本实用新型所提供的壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置具有如下优点 1、在系统设计上，将氡子体收集和氡子体测量分开设计，有利于消除氡子体对探测器的污染。 2、在测量原理上，基于壤中氡静态扩散静电吸附原理，采用了高压静电装置增加吸附氡子体的信息量，并采用了 a能谱测氡方式，可提供壤中氡子体核素的定性分析，从而间接实现壤中氡的测量，可区分铀系和钍系a衰变子体。 3、在测量工作方式上，可进行大面积布点的多测点同步工作方式，使测量数据更具有可对比性。可根据实际测量工作的需要配置氡子体静电吸附装置数量，这符合实际应用需求，测量工作效率高。 4、在性价比上，氡子体静电吸附装置生产成本低廉，使用时不易损坏，a能谱测量
和数据管理装置结构小巧、功耗低、价格便宜、使用方便等，因此便于推广使用。 5、在应用上，可应用于铀矿勘查、基岩地下水勘查、地下煤层自燃现象火灾分布勘
探、滑坡滑动构造带勘查、地面塌陷与采空区的勘查、建筑地基隐伏断层与地裂缝的勘查等领域。
图1为一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置的结构简图；[0024] 图2为负高压静电充电装置结构局部剖视图； 其中，(1)负高压电极；(2)DC/DC高压转换电路；(3)高压地；(4)电源输入标准接口 ;(5)连接螺旋扣。 图3为氡子体静电吸附装置组成局部剖视图； 其中，(6)负高压静电保持器；(7)氡子体收集片；(8)壤中氡扩散腔体。[0028] 图4为氡子体静电吸附装置结构局部剖视图； 其中，(9)接地铜柱;(IO)CBB高压电容;(11)电路板;(12)弹簧;(13)连接螺旋扣；(14)氡子体收集片；(15)氡子体收集片放置凹槽；(16)壤中氡及其子体扩散孔。[0030] 图5为氡子体读出装置结构局部剖视图 其中，(17)电荷灵敏前置放大器电路板；(18)半导体探测器；(19)氡子体收集片
放置凹槽；(20)氡子体收集片；(21)活动托盘； 图6为a能谱测量及数据管理装置测量电路功能图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式进行详细的描述。 本发明所提供的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于，所述装置包括如下工作步骤A、通过负高压静电充电装置，将氡子体静电吸附装置充电，使其带负高压静电；B、根据测量需要选择测量点，将氡子体静电吸附装置埋置于各个测量点的土壤中，埋置时间为壤中氡及其子体能重新达到放射性动态平衡的时间；C、氡子体静电吸附装置通过其内部带负高压静电的氡子体收集片吸附壤中氡子体；D、等壤中氡及其子体重新达到放射性动态平衡后，取出氡子体静电吸附装置内部的氡子体收集片，并立即装入a能谱测量及数据管理装置进行a能谱测量；E、 a能谱测量及数据管理装置可通过接口与计算机软件系统连接，通过计算机软件系统测量数据分析处理，并生成图像进行输出。[0035] 图1所示为一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置的结构简图，如图所示，整个测量系统包括若干个氡子体静电吸附装置、负高压静电充电装置、a能谱测量及数据管理装置以及计算机软件分析系统4部分构成。所述的负高压静电充电装置对氡子体静电吸附装置充电时可通过标准电源接口线与a能谱测量及数据管理装置相连接获得电源输入，所述的氡子体静电吸附装置充电时通过螺旋扣与负高压静电充电装置连接。所述的氡子体静电吸附装置工作时埋入壤中，等待壤中氡子体全部达到放射性动态平衡后，取出氡子体收集片通过a能谱测量及数据管理装置进行a能谱测量。所述的a能谱测量及数据管理装置与计算机分析软件之间采用USB 口进行连接； 图2所示为负高压静电充电装置结构局部剖视图。如图所示，其内部带有DC/DC高压转换电路(2)，在对氡子体静电吸附装置充电时，其电源输入端通过标准电源接口线(4)与a能谱测量及数据管理装置电源输出端口相连接，负高压静电输出端通过连接螺旋扣(5)与氡子体静电吸附装置相连。相连时，氡子体静电吸附装置负高压电极通过弹簧与负高压静电充电装置负高压电极相连，高压地(3)通过夹子与氡子体静电吸附装置的高压地(9)相连。 图3所示为氡子体静电吸附装置组成局部剖视图，如图所示，由壤中氡扩散腔体(8)、氡子体收集片(7)和负高压静电保持器(6)三部分组成。 图4所示为氡子体静电吸附装置结构局部剖视图，如图所示，壤中氡扩散腔体上留有壤中氡扩散孔(16)，网孔大小为土壤颗粒不宜进入而壤中氡及其子体可以扩散进入为宜。氡子体收集片为导电的不易锈蚀的且对氡子体有较好吸附性的材料，置于氡扩散腔体上方的氡子体吸附片放置凹槽内(15)。负高压静电保持器的高压静电由CBB高压电容(10)保持，CBB高压电容负高压静电输出端接电路板(ll)，在电路板上焊接弹簧(12)并与负高压静电输出端相连接，内部电路用环氧树脂灌注密封，静电高压地端通过接地铜柱(9)与大地连接。壤中氡扩散腔体和负高压静电保持器外壳为具有较好硬度和较强抗老化能力的绝缘材料。负高压静电保持器通过连接螺旋扣(13)与壤中氡扩散腔体连接，当高压静电体与壤中氡扩散腔体连接时，其高压输出端可通过弹簧与氡子体收集片(14)连接，使其带负高压静电。 图5所示为氡子体读出装置结构局部剖视图。如图所示，氡子体读出装置内部装有电荷灵敏前置放大器电路板(17)和半导体探测器(18)， a能谱测量电路通过接口线与氡子体读出装置内部的电荷灵敏前置放大电路相连接。将氡子体收集片(20)装入氡子体读出装置的活动托盘(21)上的氡子体收集片放置凹槽内(19)，使氡子体收集片的氡子体吸附表面靠近半导体探测器，被吸附到氡子体收集片上的氡子体发生a衰变产生a粒子，通过半导体探测器探测到的这些a粒子信号，通过调理放大电路进行调理放大后，再经过多道脉冲幅度分析器转换成a能谱信号进入微处理器进行a能谱分析。[0040] 图6所示为a能谱测量及数据管理装置测量电路功能图。如图所示，包括用于探测氡子体的半导体探测器、低噪声前放、调理放大电路、多道脉冲幅度分析器、片上系统微处理器、人机接口 、数据存储模块、GPS模块、USB接口 。探测器探测到氡子体信号，通过前置放大和调理放大电路放大到所需要大小的脉冲信号，再通过多道脉冲幅度分析器把该信号转换成a能谱信号，再进入片上系统微处理器进行分析。通过人机接口对a能谱测量及数据管理装置进行操作。GPS模块主要获取测点的地理位置坐标信息。测量的数据可以通过存储模块进行存储，并可通过USB接口与计算机软件系统进行数据交换。为了节省电源，整个探测器采用了低功耗电源管理模块设计方案。 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权利要求的范围内不需要创作性劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。[0042] 本实用新型具有如下特点 1.在系统设计上，将氡子体收集和氡子体测量分开设计，有利于消除氡子体对探测器的污染。 2.在测量原理上，基于壤中氡静态扩散静电吸附原理，采用了高压静电装置增加吸附氡子体的信息量，并采用了 a能谱测氡方式，a能谱测氡可提供氡子体的定性分析，从而间接实现氡的测量，可区分铀系和钍系a衰变子体； 3.在测量工作方式上，可进行大面积布点的多测点同步工作方式，可根据需要配
置氡子体静电吸附装置数量，符合实际应用需求及提高测量的工作效率； 4.在性价比上，氡子体静电吸附装置生产成本低廉，使用时不易损坏，a能谱测
量和数据管理装置结构小巧、功耗低、价格便宜、使用方便等，因此便于推广使用。 5.在应用上，可应用于铀矿勘查、基岩地下水勘查、地下煤层自燃现象火灾分布勘
探、滑坡滑动构造带勘查、地面塌陷与采空区的勘查、建筑地基隐伏断层与地裂缝的勘查等领域。 6.在电路功能上主要完成土壤中氡子体a能谱测量。在a射线粒子探测方面，由于a射线跟物质作用时具有很强的电离能力，根据这一特性，核辐射探测器能将不同能量的a射线粒子转换成相应大小的微弱电讯号，然后通过后续电路，对这个微弱的电讯号进行整形放大，使之成为一个电脉冲信号后进入多道脉冲幅度分析器。通过控制电路控制多道脉冲幅度进行工作，把不同幅度的模拟信号转换成对应的数字信号，这个数字代表一个道地址，以道地址作为存储器的地址码记录脉冲数，各道地址的记数就可以把脉冲幅度的分布情况表现出来。而幅度信号大小为各元素辐射能量不同的表现，相应道址的计数代表相应能量的辐射强度。氡子体的a射线的能量是固定的，通过多道能谱的方式可测量氡子体相关信息数据。
权利要求基于一种壤中氡子体静电吸附及α能谱测量装置，其特征在于，整个系统由负高压静电充电装置、氡子体静电吸附装置、α能谱测量及数据管理装置以及计算机软件分析系统4部分构成，负高压充电装置通过标准电源接口(4)与α能谱测量和数据管理装置相连，α能谱测量及数据管理装置通过USB接口与计算机软件分析系统相连，负高压静电充电装置工作时与氡子体静电吸附装置相连。
2. 根据权利要求l所述的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于所述的负高压充电装置内部装有DC/DC高压转换电路(2)，工作时负高压输出(1)与氡子体静电吸附装置相连。
3. 根据权利要求l所述的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于所述的氡子体静电吸附装置分别由壤中氡扩散腔体(8)、氡子体收集片(7)和负高压静电保持器(6)三部分组成；壤中氡扩散腔体上留有壤中氡扩散孔(16)，氡子体收集片为导电的不易锈蚀的且对氡子体有较好吸附性的材料，置于氡扩散腔体上方的氡子体吸附片放置凹槽内(15)，负高压静电保持器的高压静电由CBB高压电容(10)保持，CBB高压电容负高压静电输出端接电路板(ll)，在电路板上焊接弹簧(12)并与负高压静电输出端相连接，内部电路用环氧树脂灌注密封，静电高压地端通过接地铜柱(9)与大地连接，壤中氡扩散腔体和负高压静电保持器外壳为具有较好硬度和较强抗老化能力的绝缘材料；负高压静电保持器通过连接螺旋扣(13)与壤中氡扩散腔体连接，当高压静电体与壤中氡扩散腔体连接时，其高压输出端可通过弹簧与氡子体收集片(14)连接。
4. 根据权利要求l所述的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于所述的氡子体静电吸附装置工作时埋入土壤中，并使氡子体收集片置于氡扩散腔体内部与土壤隔离。
5. 根据权利要求l所述的一种壤中氡子体静电吸附及a能谱测量装置，其特征在于，所述的a能谱测量及数据管理装置由氡子体读出装置和a能谱测量电路系统组成；氡子体读出装置内部装有半导体探测器(18)和电荷灵敏前置放大电路(17)， a能谱测量电路通过接口线与氡子体读出装置内部的电荷灵敏前置放大电路相连接；将氡子体收集片(20)装入氡子体读出装置的活动托盘(21)上的氡子体收集片放置凹槽内(19)，氡子体收集片的氡子体吸附表面靠近半导体探测器；整个a能谱测量及数据管理装置设置有低功耗电源管理模块。
专利摘要本实用新型公开了一种壤中氡子体静电吸附及α能谱测量装置，由负高压静电充电装置、氡子体静电吸附装置、α能谱测量及数据管理装置及计算机软件分析系统四部分构成。负高压充电装置通过接口与α能谱测量和数据管理装置相连，α能谱测量及数据管理装置通过USB接口与计算机软件分析系统相连，负高压静电充电装置工作时与氡子体静电吸附装置相连。通过测量氡子体静电吸附装置吸附的氡子体α能谱信息来实现壤氡测量。该方法能克服现有壤氡测量方法的缺陷，能改善壤氡测量效率、精度、准确度及可靠性低等问题，通过测量壤中氡子体核素来间接实现对壤中氡的测量，能够克服钍射气的影响，满足目前地质勘查领域和环境评价领域对壤中氡测量的迫切需求。
文档编号G01T1/36GK201540262SQ20092016904
公开日2010年8月4日 申请日期2009年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者丁卫撑, 方方, 杨勇, 阮菊红 申请人:成都理工大学