氡測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目 氡測(cè)量的設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 專業(yè)名稱 輻射防護(hù)與環(huán)境工程 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 任課教師 設(shè)計(jì)（論文）成績 教務(wù)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(hào)標(biāo)明；2、 格式要求：格式要求： 用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打印）或在A4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書寫。 打印排版：正文用宋體小四號(hào)，1.5倍行距，頁邊距采取默認(rèn)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(rèn)值（縮放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；頁碼用小五號(hào)字底端居中。 具體要求：題目（二號(hào)黑體居中）；摘要(“摘要”二字用小二號(hào)

2、黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號(hào)宋體)；關(guān)鍵詞（隔行頂格書寫“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個(gè)關(guān)鍵詞，用分號(hào)隔開，小4號(hào)黑體)；正文部分采用三級(jí)標(biāo)題；第1章 ××(小二號(hào)黑體居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三號(hào)黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號(hào)黑體（段前、段后0.5行）參考文獻(xiàn)（黑體小二號(hào)居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號(hào)宋體，參照參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T 77142005）。 室內(nèi)氡的主要來源及其對(duì)人體健康的危害人的一生中有7090的時(shí)間是在

3、室內(nèi)度過的，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量如何，直接關(guān)系到人體健康。室內(nèi)氡是影響室內(nèi)環(huán)境的主要因素，人們應(yīng)該對(duì)其有所了解，以便采取適當(dāng)措施減少氡對(duì)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(chǎn)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(chǎn)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(duì)人體有多大危害？據(jù)美國國家安全委員會(huì)估計(jì)，美國每年因?yàn)殡倍劳龅娜藬?shù)高達(dá) 30000 人。早在上個(gè)世紀(jì)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(yán)重的氡污染問題。據(jù)

4、部分調(diào)查結(jié)果顯示，室內(nèi)氡濃度遠(yuǎn)高于室外，為室外氡濃度的數(shù)倍，有的室內(nèi)氡含量最高的達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的 6 倍！據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(jī)構(gòu)列入室內(nèi)重要致癌物質(zhì)，排在世界衛(wèi)生組織所確認(rèn)的三類人類致癌物中的第一類物質(zhì)當(dāng)中，必須引起我們的注意。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所研究員王作元率領(lǐng)的研究小組在經(jīng)過長達(dá)9年的調(diào)查研究之后，首次拿出了室內(nèi)氡污染所造成的肺癌危險(xiǎn)度指數(shù)：0.19。它意味著當(dāng)室內(nèi)空氣中氡濃度每增加100貝克立方米時(shí)，在這種環(huán)境里居住的人患肺癌的幾率就會(huì)增加19。 三、室內(nèi)氡是怎么來的？ 室內(nèi)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(jìn)入土壤和大氣層。建筑物建在上面，氡就會(huì)沿著地的裂縫擴(kuò)散到室內(nèi)。 2.從建筑材料中析出的氡。1982 年聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)的報(bào)告中指出，建筑材料是室內(nèi)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(jìn)入室內(nèi)的氡，以及從供水及用于取暖和廚房設(shè)備的天然氣中釋放出的氡。測(cè)氡的電路設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)背景氡氣對(duì)人類健康構(gòu)成了很大的威脅。盡管氡氣不能從室內(nèi)徹底清除，但是如果通過通風(fēng)等措施將室內(nèi)氡氣水平降到一個(gè)相對(duì)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(nèi)氨氣、甲醛等的超標(biāo)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(biāo)不容易被住戶覺察。為了能及時(shí)地給住戶發(fā)出氡氣超標(biāo)的警告，對(duì)室內(nèi)氡氣水平的相對(duì)準(zhǔn)確測(cè)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(huì)有放射性輻射，這一些輻射肉眼是無法觀測(cè)到的，需要通過探測(cè)器才能檢測(cè)到放射性輻射，因此，探測(cè)電路的好壞往往決定探測(cè)的精度和靈敏度。本次實(shí)驗(yàn)則是通過對(duì)氡氣的測(cè)量，利用收集到的氡氣與探測(cè)器的的工作介質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)

7、生電離和激發(fā)，從而產(chǎn)生電流脈沖，最終測(cè)量其氡氣濃度。二、 實(shí)習(xí)目的本次實(shí)驗(yàn)是基于核電子學(xué)基礎(chǔ)數(shù)字電路基礎(chǔ)模擬電路基礎(chǔ)放射性測(cè)量方法的一次實(shí)驗(yàn)，主要通過放射性測(cè)量方法為基礎(chǔ)，核電子學(xué)為方法和手段，設(shè)計(jì)相關(guān)電路，進(jìn)行氡氣的放射性測(cè)量，并通過相關(guān)電路模擬軟件，模擬仿真設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，最終實(shí)物焊接電路。通過這樣的實(shí)驗(yàn)，鞏固核電子學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，增強(qiáng)對(duì)輻射測(cè)量的認(rèn)識(shí)，提高電路的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。三、 實(shí)驗(yàn)原理使用外部設(shè)施將空氣以一定的恒定速度吸入一個(gè)密閉環(huán)境，即氡室，通過氡室中的探測(cè)器，一般使用金硅面壘探測(cè)器，由于氡氣衰變產(chǎn)生一些射線，主要是射線，這些射線打擊到探測(cè)器上，使得探測(cè)器因?yàn)榱Ｗ赢a(chǎn)生電

8、信號(hào)，電信號(hào)放大處理之后，放大的方法包括電流放大，放大的信號(hào)經(jīng)過多道脈沖幅度分析器處理，可以得到相關(guān)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(duì)不同能量的粒子的濃度的探測(cè)，推出初始放射性的氡氣濃度。圖3.1測(cè)氡電路的結(jié)構(gòu)圖四、 電路設(shè)計(jì)本次氡室測(cè)量的分析電路采用多道脈沖分析電路，主要由信號(hào)放大器、多道電路和控制電路三大部分組成。其系統(tǒng)構(gòu)成圖如下：圖4.1系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖1) 信號(hào)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(fù)反饋比例運(yùn)算放大電路，用以對(duì)前放輸出信號(hào)進(jìn)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(duì)于這些噪聲必須采取措施加以抑制，以免有用信號(hào)被淹沒在噪聲中。在以往的電路設(shè)計(jì)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(hào)。2.減小信號(hào)源電阻，并盡量使其與放大器的等效噪聲電阻相等，以實(shí)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(chǎn)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(shí)，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(fù)反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。2.采用電容和電阻進(jìn)行相位補(bǔ)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(hào)的峰頂位置，用以確定A/D 轉(zhuǎn)換的采樣時(shí)間。當(dāng)脈沖達(dá)到峰頂時(shí)，輸出一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)，用來反映峰到達(dá)時(shí)刻，以通知A/D 芯片開始進(jìn)行脈沖幅度的采集。在以往的電路設(shè)計(jì)中，就需要電阻、電容等基本電器元件構(gòu)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(hào)的幅度值，當(dāng)信號(hào)上升到最高點(diǎn)時(shí)，需要采樣保持電路保持住脈沖信

11、號(hào)最高點(diǎn)的電壓值，方便A/D 芯片采樣后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。采樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號(hào)的電平值。在理想狀況下，當(dāng)處于采樣狀態(tài)時(shí)，采樣保持電路的輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)變化而變化；當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，采樣保持電路的輸出信號(hào)保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號(hào)電平值。當(dāng)電路處于采樣狀態(tài)時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，這時(shí)電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成充放電，這時(shí)，輸出端輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)的變化而變化；當(dāng)電路處于保持狀態(tài)時(shí)開關(guān)斷開，這是由于開關(guān)斷開，以及集成運(yùn)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(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)跟隨電路，所以輸出信號(hào)基本保持為斷開瞬間的信號(hào)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(shù)變換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、顯示器、控制器等幾部分構(gòu)成。獲取的譜數(shù)據(jù)可以在顯示器上以數(shù)碼或譜曲線的形式顯示出來，也可以由快速打印機(jī)或描跡儀輸出。帶有微處理機(jī)的多道脈沖幅度分析器可以對(duì)獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)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(hào)經(jīng)ADC和DSP處理后，由USB通訊接口將信號(hào)的振幅分布傳送給計(jì)算機(jī)終端，由計(jì)算機(jī)終端顯示、儲(chǔ)存或打印出來。多道脈沖幅度分析器的技術(shù)指標(biāo)有:道數(shù)、道寬、道寬的誤差、道寬的穩(wěn)定度、分析零點(diǎn)的誤差、分析零點(diǎn)的穩(wěn)定性、微分直線性、積分直線性、死時(shí)間和可測(cè)的最大脈沖計(jì)數(shù)率等等。六、模擬電路1) 電路圖：學(xué)生學(xué)習(xí)心得在這次課程設(shè)計(jì)中，我更加了解了氡的來源與危害，更加熟練了氡的測(cè)量方法，熟練掌握了測(cè)氡儀器的使用。在老師和同學(xué)的幫助下，鞏固核電子學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，增強(qiáng)對(duì)輻射測(cè)量的認(rèn)識(shí)，提高電路的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力和