一种空气中放射性污染实时测量装置及方法

1.本发明涉及放射性污染监测技术领域，尤其涉及一种空气中放射性污染实 时测量装置及方法。


背景技术：

2.随着人们对环境污染问题关注度的提高，尤其是在日本福岛核事故之后， 人们对放射性导致的健康问题更为关注。放射性核素进入空气之后，会随空气 到处漂移扩散，部分放射性核素被尘埃、雾等吸附，就形成了放射性气溶胶。 放射性气溶胶的粒度范围较宽，主要从0.01μm到几μm。其中，2μm以下的气 溶胶可在空气中停留较长时间，人们一旦吸入这些放射性气溶胶，就会受到内 照射，吸入量大时，还可能导致癌症、白血病和生育缺陷等问题。用于空气中 放射性气溶胶的常规监测方法(定期取样进行实验室分析)无法监测到短时间 污染，也无法及时了解空气中放射性污染的变化情况。为了监测核事故或恐怖 袭击造成的人居环境空气中的放射性污染，需要进行现场实时测量，以快速准 确地评估空气中存在的放射性核素污染物。然而，目前还没有一种完善的实时 监测方法来永久监测人居环境空气中的放射性污染。


技术实现要素：

3.针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种空气中放射性污染实时 测量装置及方法。
4.为达到以上目的，本发明的技术方案为：
5.一种空气中放射性污染实时测量系统，包括：空气取样模块、辐射测量模 块、以及数据处理模块，其中；
6.所述空气取样模块，用于对监测环境周围空气进行实时采集；
7.辐射测量模块，用于对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素 进行检测，当空气被污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测 处理，转换成电信号；
8.数据处理模块包括预处理单元和监测单元，其中；
9.所述预处理单元，用于根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅度、 宽度一致的预处理信号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得到α 射线电路与β射线电路；
10.所述监测单元，用于将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到正 脉冲信号，并且将正脉冲信号转化成计数率输出、记录，完成监控过程。
11.还包括报警模块，所述报警模块，用于当计数率超过预设阀值时，进行报 警。
12.所述空气取样模块包括取样头以及微型泵；
13.所述取样头安装于辐射测量模块入口处，用于通过微型泵将抽入的空气均 匀的送入辐射测量模块。
14.所述辐射测量模块包括：测样室、探测器、微通道板以及电制冷装置；
15.所述测样室上设置有入口和出口，所述取样头安装于入口处，所述测样室 用于给取样空气提供一个流通和存储空间并为辐射测量部分提供反射层；
16.所述探测器设置于测样室内，所述探测器为设置于测样室内的多个环形通 道，所述相邻环形通道之间设置相连通，且相邻通道之间上下交错连通，α和 β射线与探测器发生相互作用而转变成荧光；
17.所述微通道板内设置有多个玻璃毛细通道，且玻璃毛细通道内涂覆有二次 电子发射层，与所述荧光光电效应转变成电子。
18.所述测样室侧壁为具有反射层的侧壁，所述顶部为透光顶部。
19.所述反射层为氧化镁层。
20.辐射测量模块还包括电制冷装置；
21.所述电制冷装置设置于微通道板外，为微通道板提供适合的工作温度；所 述适合的工作温度为10℃。
22.所述预处理单元包括电压灵敏前置放大器，用于对电信号进行信号放大， 获取幅度、宽度一致的预处理信号。
23.所述监测单元包括两个信号通道，上通道用于测量α射线，下通道用于测 量β射线，所述上通道和下通道通过甄别处理后，形成单一稳定的电路，输出 幅度、宽度一致的正脉冲。
24.所述数据处理模块还包括记录单元，所述记录单元用于计数电路累计输入 的脉冲的数目，并且根据测量工作需要选择计数时间。
25.一种空气中放射性污染实时测量方法，包括以下步骤：
26.采集待检测空气；
27.对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素进行检测，当空气被 污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测处理，转换成电信号；
28.根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅度、宽度一致的预处理信 号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得到α射线电路与β射线电 路；
29.将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到正脉冲信号，并且对正 脉冲信号分别进行记录，完整监控过程。
30.与现有技术比较，本发明的有益效果为：
31.本发明提供了一种空气中放射性污染实时测量装置及方法，通过对空气中 的α和β放射性气溶胶或放射性核素进行电学处理后输出为脉冲信号，并且能 够通过脉冲信号的记录和监测，能够实时的获取空气中放射性污染物的情况， 帮助人们及时了解空气状况，解决了空气放射性污染的定期取样进行实验室分 析大的限制，无法空气检测短期污染，无法连续监测环境空气放射性污染，无 法直接判断空气是否受到放射性污染的问题。
附图说明
32.图1是本发本发明的系统框图；
33.图2是本发明空气取样模块结构示意图；
34.图3是本发明测量时内部结构图；
35.图4是本发明探测器结构示意图，其中(a)是侧视图；(b)是俯视图；
36.图5是本发明气溶胶测量过程图；
37.图6是本发测量方法流程图；
38.图7是本发明信号及数据处理示意图。
具体实施方式
39.下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发 明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明的保护范围。
40.如图1所示，本发明提供了一种空气中放射性污染实时测量系统，包括： 空气取样模块1、辐射测量模块2、以及数据处理模块3，其中；
41.所述空气取样模块1，用于对监测环境周围空气进行实时采集；
42.辐射测量模块2，用于对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素 进行检测，当空气被污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测 处理，转换成电信号；
43.数据处理模块3包括预处理单元31和监测单元32，其中；
44.所述预处理单元31，用于根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅 度、宽度一致的预处理信号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得 到α射线电路与β射线电路；信号放大使用一电压灵敏前置放大器对辐射测量 部分输出的核信号进行放大，从而提高系统信噪比。电压灵敏前置放大器还具 有实现阻抗转换和匹配的功能，它具有高的输入阻抗与辐射测量部分匹配，低 的输出阻抗与后续电子设备匹配。
45.所述监测单元32，用于将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到 正脉冲信号，并且将正脉冲信号转化成计数率输出、记录，完成监控过程。
46.信号及数据处理部分包括信号放大、甄别成形和数据处理。空气中的放射 性气溶胶被辐射测量部分监测到之后，输出的核信号幅度较小，为了提高系统 的信噪比，辐射测量部分输出的核信号首先经过前置放大器进行初步放大；然 后再进入甄别成形，对这些信号进行甄别并输出幅度、宽度一致的信号用于数 据处理。
47.进一步地，还包括报警模块4，所述报警模块4，用于当计数率超过预设阀 值时，进行报警。
48.具体地如图2、3所示，所述空气取样模块1包括取样头11以及微型泵12； 所述取样头111安装于辐射测量模块入口处，用于通过微型泵12将抽入的空气 均匀的送入辐射测量模块。
49.所述辐射测量模块2包括：测样室21、探测器22、微通道板23以及电制 冷装置24；
50.所述测样室21上设置有入口和出口，所述取样头安装于入口处，所述测样 室用于给取样空气提供一个流通和存储空间并为辐射测量部分提供反射层；进 一步地，为了便于收集产生的荧光光子，测样室的顶部为透光玻璃，其它部分 为铝，其内表面(顶部除外)涂覆一层氧化镁作为反射层。为了让空气在测样 室内循环流动与辐射测量部分充分接触，使用一台微型泵将空气抽入测样室。
51.如图4(a)(b)所示，所述探测器22设置于测样室21内，所述探测器22 为设置于测样室内的多个环形通道，所述相邻环形通道之间设置相连通，且相 邻通道之间上下交错连通，探测器主要完成空气中放射性气溶胶的监测任务， 为了能够实时监测空气中的放射性
气溶胶，将其设计成圆环柱嵌套形式，最内 层的探测器中间留有较大空间用于放置取样头，启动微型泵，空气将从取样头 底部进入探测器22中心的空隙，每一圆环柱探测器顶部和底部间隔开有通气孔， 使抽入的空气能够流经每一个探测器表面，抽入的空气最后经过出口流出测样 室。空气中如果含有超标的放射性气溶胶，这些气溶胶放出的α和β射线就会 被探测器探测到，然后转变成荧光。这些荧光穿过测样室与微通道板的光阴极 发生光电效应转变成光电子，探测器内的塑料闪烁体用于使得α和β射线与塑 料闪烁体发生相互作用而转变成荧光；塑料闪烁体上涂了一层zns(ag)，放射性 气溶胶放出的α和β射线能够使塑料闪烁体电离和激发，塑料闪烁体中受激的 原子退激会会放出荧光。这些荧光穿过取样室顶部的玻璃与微通道板的光阴极 产生光电效应转变成电子。这些荧光被收集到微通道板中，最终转换成电信号 输出。
52.如图5所示，所述微通道板内设置有多个玻璃毛细通道，且玻璃毛细通道 内涂覆有二次电子发射层，与所述荧光光电效应转变成电子。
53.微通道板是一种电子倍增器，其内部有数百万的玻璃毛细管(通道)，内表 面涂有二次电子发射材料。当一个光电子射入通道并与管壁碰撞时，便产生二 次电子发射。这些二次电子沿着抛物线运动，同时被外加电场加速碰撞对面管 道壁再次产生二次电子。这一倍增过程沿着通道重复多次，结果使电子束的电 子数指数式增长。
54.另外，电制冷装置的功能是为微通道板提供一个适合的工作温度。微通道 板的噪声会随着外界温度的升高而增大，因此降低其工作温度可大大地减小等 效噪声。所述适合的工作温度为10℃。
55.进一步地，所述预处理单元包括电压灵敏前置放大器，用于对电信号进行 信号放大，获取幅度、宽度一致的预处理信号。
56.所述监测单元32包括两个信号通道，上通道用于测量α射线，下通道用于 测量β射线，所述上通道和下通道通过甄别处理后，形成单一稳定的电路，输 出幅度、宽度一致的正脉冲。
57.所述数据处理模块3还包括记录单元33，所述记录单元33用于计数电路累 计输入的脉冲的数目，并且根据测量工作需要选择计数时间。
58.如图6所示，进一步地，本发明中提供了一种空气中放射性污染实时测量 方法，包括以下步骤：
59.采集待检测空气；空气取样部分能够将监测环境周围空气连续不断地采集；
60.对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素进行检测，当空气被 污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测处理，转换成电信号；
61.根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅度、宽度一致的预处理信 号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得到α射线电路与β射线电 路；
62.将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到正脉冲信号，并且对正 脉冲信号分别进行记录，完整监控过程。
63.信号及数据处理部分主要是信号甄别和信号成形，主要用于处理辐射测量 部分输出的核信号并提供测量结果。如图7所示，从微通道板处理的核信号首 先通过电压灵敏前置放大器进行初步放大，然后进入信号甄别将α和β射线形 成的核脉冲区分开来，再进入信号成形模块成形为幅度和宽度一致的脉冲，最 后经过数据处理并显示处理结果。
64.对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优 选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变 动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保 护的范围。

技术特征：
1.一种空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，包括：空气取样模块、辐射测量模块、以及数据处理模块，其中；所述空气取样模块，用于对监测环境周围空气进行实时采集；辐射测量模块，用于对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素进行检测，当空气被污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测处理，转换成电信号；数据处理模块包括预处理单元和监测单元，其中；所述预处理单元，用于根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅度、宽度一致的预处理信号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得到α射线电路与β射线电路；所述监测单元，用于将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到正脉冲信号，并且将正脉冲信号转化成计数率输出、记录，完成监控过程。2.根据权利要求1所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块，用于当计数率超过预设阀值时，进行报警。3.根据权利要求1所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述空气取样模块包括取样头以及微型泵；所述取样头安装于辐射测量模块入口处，用于通过微型泵将抽入的空气均匀的送入辐射测量模块。4.根据权利要求1所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述辐射测量模块包括：测样室、探测器、微通道板以及电制冷装置；所述测样室上设置有入口和出口，所述取样头安装于入口处，所述测样室用于给取样空气提供一个流通和存储空间并为辐射测量部分提供反射层；所述探测器设置于测样室内，所述探测器为设置于测样室内的多个环形通道，所述相邻环形通道之间设置相连通，且相邻通道之间上下交错连通，α和β射线与探测器发生相互作用而转变成荧光；所述微通道板内设置有多个玻璃毛细通道，且玻璃毛细通道内涂覆有二次电子发射层，与所述荧光光电效应转变成电子。5.根据权利要求4所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述测样室侧壁为具有反射层的侧壁，所述顶部为透光顶部；所述反射层为氧化镁层。6.根据权利要求4所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述辐射测量模块还包括电制冷装置；所述电制冷装置设置于微通道板外，为微通道板提供适合的工作温度；所述适合的工作温度为10℃。7.根据权利要求1所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述预处理单元包括电压灵敏前置放大器，用于对电信号进行信号放大，获取幅度、宽度一致的预处理信号。8.根据权利要求1或7所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述监测单元包括两个信号通道，上通道用于测量α射线，下通道用于测量β射线，所述上通道和下通道通过甄别处理后，形成单一稳定的电路，输出幅度、宽度一致的正脉冲。9.根据权利要求8所述的空气中放射性污染实时测量系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括记录单元，所述记录单元用于计数电路累计输入的脉冲的数目，并且根据测量
工作需要选择计数时间。10.一种空气中放射性污染实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：采集待检测空气；对采样的空气进行α和β放射性气溶胶或放射性核素进行检测，当空气被污染，则将α和β射线转变成荧光，然后对荧光进行检测处理，转换成电信号；根据所获取的电信号，进行数据预处理，获取幅度、宽度一致的预处理信号，并且对预处理信号进行信号放大和甄别处理，得到α射线电路与β射线电路；将α射线电路与β射线电路分进行信号处理，得到正脉冲信号，并且对正脉冲信号分别进行记录，完整监控过程。

技术总结
本发明公开了一种空气中放射性污染实时测量装置及方法，包括：空气取样、辐射测量和信号及处理三个部分。空气取样部分能够将监测环境周围空气连续不断地采集到测样室中；辐射测量部分实时准确地测量空气中的α和β放射性气溶胶或放射性核素；信号及数据处理部分能够实时处理辐射测量部分获取的核信号，并将其转化成计数率输出，一旦测量的辐射计数率超过限值则自动报警，能够实时的对空气污染物进行监测，本发明的优点在于，解决了空气放射性污染的常规监测方法，改进了定期取样进行实验室分析方法无法空气检测短期污染和无法连续监测环境空气放射性污染的问题，本发明可以直接判断空气是否受到放射性污染的问题。断空气是否受到放射性污染的问题。断空气是否受到放射性污染的问题。


技术研发人员：覃国秀 潘靓亮 关百尧 李凡 姜鑫
受保护的技术使用者：沈阳工程学院
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/7/5