專(zhuān)利名稱(chēng)：基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡α能譜測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講，針對(duì)目前地質(zhì)勘查領(lǐng)域和環(huán)境評(píng)價(jià) 領(lǐng)域的土壤測(cè)氡的應(yīng)用要求，提出一種基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中
氡a能譜測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
土壤測(cè)氡廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查領(lǐng)域和環(huán)境放射性評(píng)價(jià)領(lǐng)域。在地質(zhì)勘查領(lǐng) 域中，鈾礦勘查、基巖地下水勘查、地下煤層自燃現(xiàn)象火災(zāi)分布勘探、地震震 前氡異常監(jiān)測(cè)、滑坡滑動(dòng)構(gòu)造帶勘查、地面塌陷與采空區(qū)的勘查、建筑地基隱 伏斷層與地裂縫的勘查等都可以采用土壤測(cè)氡方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在環(huán)境放性射評(píng)價(jià) 領(lǐng)域，比如地下商場(chǎng)地基氡濃度指標(biāo)檢測(cè)、建筑物地基土壤氡濃度指標(biāo)檢測(cè)等， 也都需要進(jìn)行土壤氡測(cè)量。
現(xiàn)有土壤測(cè)氡的方法主要包括泵吸式瞬時(shí)測(cè)氡方法、靜電a卡總量測(cè)氡、 a徑跡測(cè)氡、Po-210法測(cè)氡、a杯吸附法測(cè)氡、天然熱釋光法測(cè)氡。這些土壤 氡測(cè)量方法在測(cè)量工作效率、工作自動(dòng)化程度、測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性以及測(cè)量靈 敏度等都存在一些缺陷，同時(shí)很少作a能譜測(cè)量，而a能譜測(cè)量在壤中氡測(cè)量 應(yīng)用中是很重要的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。由于技術(shù)原因，目前的主要氡測(cè)量方法a杯、 a卡吸附法很難做到cc能譜測(cè)量。目前靜電a卡測(cè)量方法尚未提供一個(gè)較穩(wěn)定 的、統(tǒng)一的、價(jià)格低廉的高壓靜電保持裝置，也尚未采用a能譜測(cè)量方式。泵 吸式瞬時(shí)測(cè)量法雖然解決a能譜測(cè)量問(wèn)題，但由于測(cè)量環(huán)境、土壤致密性、土 壤氡氣源富集情況等因素影響使得數(shù)分鐘內(nèi)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)變化很大，難于分 析利用，同時(shí)由于探測(cè)器污染問(wèn)題，使得實(shí)際工作效率很低?；谌乐须膘o態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡O(jiān)C能譜測(cè)量方法硬件系統(tǒng)成本低且氡子體靜電吸附裝 置不易損壞，便于大量布點(diǎn)，適于大規(guī)模地質(zhì)勘查，在提高工作效率的同時(shí)， 也能夠獲得瞬時(shí)法和連續(xù)測(cè)量法無(wú)法探測(cè)的氡子體信息，同時(shí)具有區(qū)分氡釷、 使探測(cè)器免受氡子體污染、使用方便等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何提供基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原 理壤中氡oc能譜測(cè)量方法，該方法能克服現(xiàn)有土壤測(cè)氡方法的缺陷，能解決土
壤測(cè)氡的測(cè)量效率、測(cè)量精度、測(cè)量準(zhǔn)確性、測(cè)量可靠性低的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)對(duì) 壤中氡子體核素的定性測(cè)量，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)壤中氡的測(cè)量，能消除釷射氣的 影響，從而能夠滿(mǎn)足目前地質(zhì)勘查領(lǐng)域和環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)ν寥离睖y(cè)量的迫切需求。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案提供一種基于壤中氡靜 態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡cc能譜測(cè)量方法，其特征在于，整個(gè)系統(tǒng)由負(fù)高壓 靜電充電裝置、氡子體靜電吸附裝置、ct能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置以及計(jì)算機(jī) 軟件分析系統(tǒng)4部分構(gòu)成。
按照本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡oc能譜測(cè)量
方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟
A、 通過(guò)負(fù)高壓靜電充電裝置，將氡子體靜電吸附裝置充電，使其帶負(fù)高壓 靜電。
B、 根據(jù)測(cè)量需要選擇測(cè)量點(diǎn)，將氡子體靜電吸附裝置埋置于各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的 .土壤中，埋置時(shí)間為壤中氡及其子體能重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間；
C、 氡子體靜電吸附裝置通過(guò)其內(nèi)部的帶負(fù)高壓靜電的氡子體收集片(圖 3- (2))吸附壤中氡子體；D、 等壤中氡子體重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡后，取出氡子體靜電吸附裝置內(nèi)
部的氡子體收集片，并立即裝入a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置進(jìn)行a能譜測(cè)量；
E、 a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置可通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)連接，通過(guò)計(jì) 算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析處理，并生成圖像進(jìn)行輸出。
按照本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量 方法，其特征在于，所述的負(fù)高壓充電裝置通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電源接口 (圖2-(4))從 a能譜測(cè)量和數(shù)據(jù)管理裝置獲取輸入電源，通過(guò)DC/DC高壓轉(zhuǎn)換電路(圖2-
(2) ),將輸入電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)高壓輸出(圖2-(1))。
按照本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量 方法，其特征在于，所述的氡子體靜電吸附裝置分別由壤中氡擴(kuò)散腔體(圖3-
(3) )、氡子體收集片(圖3- (2))和負(fù)高壓靜電保持器(圖3- (1))三 部分組成。壤中氡擴(kuò)散腔體上留有壤中氡擴(kuò)散孔(圖4- (8)),網(wǎng)孔大小為土 壤顆粒不宜進(jìn)入而壤中氡及其子體可以擴(kuò)散進(jìn)入為宜。氡子體收集片為導(dǎo)電的 不易銹蝕的且對(duì)氡子體有較好吸附性的材料，置于氡擴(kuò)散腔體上方的氡子體吸 附片放置凹槽內(nèi)(圖4-(7))。負(fù)高壓靜電保持器的高壓靜電由CBB高壓電 容(圖4-(2))保持，CBB高壓電容負(fù)高壓靜電輸出端接電路板(圖4-(3)), 在電路板上焊接彈簧(圖4-(4))并與負(fù)高壓靜電輸出端相連接，內(nèi)部電路用 環(huán)氧樹(shù)脂灌注密封，靜電高壓地端通過(guò)接地銅柱(圖4- (1 ))與大地連接。壤 中氡擴(kuò)散腔體和負(fù)高壓靜電保持器外殼為具有較好硬度和較強(qiáng)抗老化能力的絕 緣材料。負(fù)高壓靜電保持器通過(guò)連接螺旋扣(圖4- (5))與壤中氡擴(kuò)散腔體連 接，當(dāng)高壓靜電體與壤中氡擴(kuò)散腔體連接時(shí)，其高壓輸出端可通過(guò)彈簧與氡子 體收集片(圖4-(6))連接，使其帶負(fù)高壓靜電。
按照本發(fā)明提供的氡子體靜電吸附裝覃，其特征在于，氡子體靜電吸附裝置在工作時(shí)埋入土壤中，并使氡子體收集片置于氡擴(kuò)散腔體內(nèi)部與土壤隔離。
按照本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量 方法，其特征在于，通過(guò)負(fù)高壓靜電來(lái)增加對(duì)壤中氡子體的吸附能力，通過(guò)a 能譜測(cè)量獲得壤中氡子體的特征信息，從而間接獲得壤中氡濃度信息。
按照本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量 方法，其特征在于，所述的oc能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置由氡子體讀出裝置(圖5) 和ot能譜測(cè)量電路系統(tǒng)(圖6)組成。氡子體讀出裝置內(nèi)部裝有半導(dǎo)體探測(cè)器(圖 5- (2))和電荷靈敏前置放大電路(圖5- (1 ) ) ， a能譜測(cè)量電路通過(guò)接口 線與氡子體讀出裝置內(nèi)部的電荷靈敏前置放大電路相連接。將氡子體收集片(圖
5- (4))裝入氡子體讀出裝置的活動(dòng)托盤(pán)(圖5- (5))氡子體收集片放置凹 槽內(nèi)(圖5-(3)),使其氡子體吸附表面靠近半導(dǎo)體探測(cè)器，被吸附到氡子體 收集片上的氡子體發(fā)生a衰變產(chǎn)生a粒子，通過(guò)半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)到的這些a 粒子信號(hào)，通過(guò)調(diào)理放大電路進(jìn)行調(diào)理放大后，再經(jīng)過(guò)多道脈沖幅度分析器轉(zhuǎn) 換成a能譜信號(hào)進(jìn)入^L處理器進(jìn)行a能譜分析。整個(gè)a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝 置設(shè)置有低功耗電源管理模塊。
綜上所述，本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡oc能 語(yǔ)測(cè)量方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，將氡子體收集和氡子體測(cè)量分開(kāi)設(shè)計(jì)，有利于消除氡子體 對(duì)探測(cè)器的污染。
2、 在測(cè)量原理上，基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理，采用了高壓靜電裝置 增加吸附氡子體的信息量，并采用了a能譜測(cè)氡方式，可提供壤中氡子體 核素的定性分析，從而間接實(shí)現(xiàn)壤中氡的測(cè)量，可區(qū)分鈾系和釷系a衰變 子體。3、 在測(cè)量工作方式上，可進(jìn)行大面積布點(diǎn)的多測(cè)點(diǎn)同步工作方式，使測(cè)量數(shù) 據(jù)更具有可對(duì)比性?？筛鶕?jù)實(shí)際測(cè)量工作的需要配置氡子體靜電吸附裝置 數(shù)量，這符合實(shí)際應(yīng)用需求，測(cè)量工作效率高。
4、 在性?xún)r(jià)比上，氡子體靜電吸附裝置生產(chǎn)成本低廉，使用時(shí)不易損壞，a能 譜測(cè)量和數(shù)據(jù)管理裝置結(jié)構(gòu)小巧、功耗低、價(jià)格便宜、使用方便等，因此 便于推廣使用。
5、 在應(yīng)用上，可應(yīng)用于鈾礦勘查、基巖地下水勘查、地下煤層自燃現(xiàn)象火災(zāi) 分布勘探、滑坡滑動(dòng)構(gòu)造帶勘查、地面塌陷與采空區(qū)的勘查、建筑地基隱 伏斷層與地裂縫的勘查等領(lǐng)域。


圖1為基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡cc能譜測(cè)量方法的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
圖2為負(fù)高壓靜電充電裝置結(jié)構(gòu)局部剖視其中，(1)負(fù)高壓電極；(2) DC/DC高壓轉(zhuǎn)換電路；(3)高壓地；(4) 電源輸入標(biāo)準(zhǔn)接口； (5)連接螺旋扣。
圖3氡子體靜電吸附裝置組成局部剖視其中，(1)負(fù)高壓靜電保持器；(2)氡子體收集片；(3)壤中氡擴(kuò)散腔體。
圖4氡子體靜電吸附裝置結(jié)構(gòu)局部剖視其中，(1 )接地銅柱；(2 ) CBB高壓電容；(3 )電路板；(4)彈簧； (5)連接螺旋扣；(6)氡子體收集片；'(7 )氡子體收集片放置凹槽；(8) 壤中氡及其子體擴(kuò)散孔。
圖5氡子體讀出裝置結(jié)構(gòu)局部剖視圖其中，(1 )電荷靈敏前置放大器電路板；(2)半導(dǎo)體探測(cè)器；(3)氡子 體收集片放置凹槽；(4)氡子體收集片；(5)活動(dòng)托盤(pán)；
圖6 a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置測(cè)量電路功能圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明所提供的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量方 法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、通過(guò)負(fù)高壓靜電充電裝置，將氡 子體靜電吸附裝置充電，使其帶負(fù)高壓靜電；B、根據(jù)測(cè)量需要選擇測(cè)量點(diǎn)，將 氡子體靜電吸附裝置埋置于各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的土壤中，埋置時(shí)間為壤中氡及其子體 能重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間；C、氡子體靜電吸附裝置通過(guò)其內(nèi)部帶負(fù)高 壓靜電的氡子體收集片(圖3-(2))吸附壤中氡子體；D、等壤中氡及其子體 重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡后，取出氡子體靜電吸附裝置內(nèi)部的氡子體收集片， 并立即裝入a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置進(jìn)行oc能譜測(cè)量；E、 a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù) 管理裝置可通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)分 析處理，并生成圖像進(jìn)行輸出。
圖1所示為基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量方法的結(jié) 構(gòu)筒圖，如圖所示，整個(gè)測(cè)量!系統(tǒng)包括若干個(gè)氡子體靜電吸附裝置、負(fù)高壓靜 電充電裝置、a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置以及計(jì)算機(jī)軟件分析系統(tǒng)4部分構(gòu)成。 所述的負(fù)高壓靜電充電裝置對(duì)氡子體靜電吸附裝置充電時(shí)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電源接口 線與a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置相連接獲得電源輸入，所述的氡子體靜電吸附 裝置充電時(shí)通過(guò)螺旋扣與負(fù)高壓靜電充電裝置連接。所述的氡子體靜電吸附裝 置工作時(shí)埋入壤中，等待壤中氡子體全部達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡后，取出氡子體 收集片通過(guò)oc能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置進(jìn)行a能譜測(cè)量。所述的oc能譜測(cè)量及
10數(shù)據(jù)管理裝置與計(jì)算機(jī)分析軟件之間采用USB 口進(jìn)行連接；
圖2所示為負(fù)高壓靜電充電裝置結(jié)構(gòu)局部剖視圖。如圖所示，其內(nèi)部帶有 DC/DC高壓轉(zhuǎn)換電路(圖2- (2)),在對(duì)氡子體靜電吸附裝置充電時(shí)，其電 源輸入端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電源接口線(圖2- (4))與cx能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置電源 輸出端口相連接，負(fù)高壓靜電輸出端通過(guò)螺旋扣(圖2- (5))與氡子體靜電吸 附裝置相連。相連時(shí)，氡子體靜電吸附裝置負(fù)高壓電極通過(guò)彈簧與負(fù)高壓靜電 充電裝置負(fù)高壓電極相連，高壓地(圖2-(3))通過(guò)夾子與氡子體靜電吸附裝 置的高壓地(圖4- (1))相連。
圖3所示為氡子體靜電吸附裝置組成局部剖視圖，如圖所示，由壤中氡擴(kuò) 散腔體(圖3- (3))、氡子體收集片(圖3- (2))和負(fù)高壓靜電保持器(圖 3- (1))三部分組成。
圖4所示為氡子體靜電吸附裝置結(jié)構(gòu)局部剖視圖，如圖所示，壤中氡擴(kuò)散 腔體上留有壤中氡擴(kuò)散孔(圖4- (8)),網(wǎng)孔大小為土壤顆粒不宜進(jìn)入而壤中 氡及其子體可以擴(kuò)散進(jìn)入為宜。氡子體收集片為導(dǎo)電的不易銹蝕的且對(duì)氡子體 有較好吸附性的材料，置于氡擴(kuò)散腔體上方的氡子體吸附片放置凹槽內(nèi)(圖4-(7))。負(fù)高壓靜電保持器的高壓靜電由CBB高壓電容(圖4- (2))保持， CBB高壓電容負(fù)高壓靜電輸出端接電路板(圖4- (3))，在電路板上焊接彈 簧(圖4-(4))并與負(fù)高壓靜電輸出端相連接，內(nèi)部電路用環(huán)氧樹(shù)脂灌注密封， 靜電高壓地端通過(guò)接地銅柱(圖4- (1 ))與大地連接。壤中氡擴(kuò)散腔體和負(fù)高 壓靜電保持器外殼為具有較好硬度和較強(qiáng)抗老化能力的絕緣材料。負(fù)高壓靜電 保持器通過(guò)連接螺旋扣(圖4- (5))與壤中氡擴(kuò)散腔體連接，當(dāng)高壓靜電體與 壤中氡擴(kuò)散腔體連接時(shí)，其高壓輸出端可通過(guò)彈簧與氡子體收集片(圖4-(6)) 連接，使其帶負(fù)高壓靜電。圖5所示為氡子體讀出裝置結(jié)構(gòu)局部剖視圖。如圖所示，氡子體讀出裝置
內(nèi)部裝有電荷靈敏前置放大器電路板(圖5-( 1 ))和半導(dǎo)體探測(cè)器(圖5-(2)), a能譜測(cè)量電路通過(guò)接口線與氡子體讀出裝置內(nèi)部的電荷靈敏前置放大電路相 連接。將氡子體收集片(圖5- (4))裝入氡子體讀出裝置的活動(dòng)托盤(pán)(圖5-(5))上的氡子體收集片放置凹槽內(nèi)(圖5- (3)),使氡子體收集片的氡子 體吸附表面靠近半導(dǎo)體探測(cè)器，被吸附到氡子體收集片上的氡子體發(fā)生a衰變 產(chǎn)生cc粒子，通過(guò)半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)到的這些a粒子信號(hào)，通過(guò)調(diào)理放大電路 進(jìn)行調(diào)理放大后，再經(jīng)過(guò)多道脈沖幅度分析器轉(zhuǎn)換成cc能譜信號(hào)進(jìn)入微處理器 進(jìn)行a能語(yǔ)分析。
圖6所示為oc能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置測(cè)量電路功能圖。如圖所示，包括 用于探測(cè)氡子體的半導(dǎo)體探測(cè)器、低噪聲前放、調(diào)理放大電路、多道脈沖幅度 分析器、片上系統(tǒng)微處理器、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、USB接口。 探測(cè)器探測(cè)到氡子體信號(hào)，通過(guò)前置放大和調(diào)理放大電路放大到所需要大小的 脈沖信號(hào)，再通過(guò)多道脈沖幅度分析器把該信號(hào)轉(zhuǎn)換成a能譜信號(hào)，再進(jìn)入片 上系統(tǒng)微處理器進(jìn)行分析。通過(guò)人機(jī)接口對(duì)a能鐠測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置進(jìn)行操 作。GPS模塊主要獲取測(cè)點(diǎn)的地理位置坐標(biāo)信息。測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)存儲(chǔ)模 塊進(jìn)行存儲(chǔ)，并可通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了節(jié)省電 源，整個(gè)探測(cè)器采用了低功耗電源管理模塊設(shè)計(jì)方案。
雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在所附 權(quán)利要求的范圍內(nèi)不需要?jiǎng)?chuàng)作性勞動(dòng)就能作出的各種變形或修改仍屬本專(zhuān)利的 保護(hù)范圍。
本發(fā)明提出了基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量方法， 下面介紹一下其工作原理。壤中氡的擴(kuò)散和吸附主要依靠本發(fā)明所提供的氡子體靜電吸附裝置，其工作原理是整個(gè)氡子體靜電吸附裝置直接埋入土壤中，
在氡子體靜電吸附裝置前端有一個(gè)氡及其子體擴(kuò)散腔，擴(kuò)散腔周?chē)粲袛U(kuò)散網(wǎng)
孔，便于氡及其子體擴(kuò)散通過(guò)。由于氡具有較長(zhǎng)的半衰期(3. 82天)，又是一 種惰性不帶電的氣體，它具有較強(qiáng)的擴(kuò)散能力。所以，土壤中的氡主要在氡濃 度差梯度差的作用下，會(huì)從壤中逸出并擴(kuò)散到擴(kuò)散腔體中。而壤中原有的氡子 體，其大部分為吸附到微粒(粉塵、水汽等)上以氣溶膠形式存在，也會(huì)通過(guò) 擴(kuò)散網(wǎng)孔進(jìn)入擴(kuò)散腔。同時(shí)釷射氣以及其相應(yīng)的長(zhǎng)壽子體也會(huì)通過(guò)擴(kuò)散孔進(jìn)入 擴(kuò)散腔。氡子體靜電吸附裝置內(nèi)有一個(gè)帶負(fù)高壓靜電的氡子體收集片，在其埋 入壤中時(shí)，在物理結(jié)構(gòu)上與周邊土壤隔離，在靜電保持裝置的保持下，在相對(duì) 較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較穩(wěn)定的負(fù)高壓靜電。擴(kuò)散到擴(kuò)散腔體內(nèi)部的氡以及釷射氣按 固有的衰變規(guī)律進(jìn)行ot衰變產(chǎn)生相應(yīng)的子體，在經(jīng)過(guò)4個(gè)小時(shí)以上時(shí)間后，壤 中的氡與其子體將重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡。由于氡子體和釷射氣子體絕大多 數(shù)是以帶正電的氣溶膠形式存在，所以在電場(chǎng)力作用下，大部分會(huì)被吸附到氡 子體收集片上。根據(jù)放射性衰變規(guī)律，在放射性動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，氡子體衰變 產(chǎn)生的cc粒子數(shù)與氡本身衰變產(chǎn)生的cc粒于數(shù)是保持線性關(guān)系的，因此可以通 過(guò)cc能譜方式測(cè)量氡子體衰變產(chǎn)生的a粒子數(shù)來(lái)間接測(cè)量壤中氡濃度。
本發(fā)明在于氡子體在氡子體收集片表面發(fā)生a衰變，產(chǎn)生的a粒子轟擊半 導(dǎo)體探測(cè)器靈敏面積。a粒子具有很強(qiáng)的電離物質(zhì)的能力，會(huì)電離半導(dǎo)體探測(cè) 器的P-N結(jié)區(qū)，能產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。因此，可以通過(guò)后續(xù)電路，獲得相 應(yīng)的測(cè)量信息。
根據(jù)天然放射性a半衰期及動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律可知，氡的主要短壽a衰變子體 為218Po (半衰期3.05分)、214Bi (半衰期.19.7分)、214Po (半衰期164微秒), 釷射氣的主要短壽子體為216Po (半衰期0.15秒)、212Bi (半衰期60.6分)、212Po(半衰期0.1微妙)。由于s"Po半衰期很短，同時(shí)很少有其母體核素被吸附到 氡子體收集片上，因此在氡子體收集片上的，Po量很少，基本上可以不作考慮。 而Wpo和^Po雖然半衰期很短，但氡子體收集片上存在這兩個(gè)子體的母體核 素2"Bi和212Bi,因此在測(cè)量時(shí)還存在^Po、 ^Po這兩個(gè)子體的衰變體。因此， 在氡子體收集片上主要存在的天然cc輻射體有，Po、 214Bi、 214Po、 212Bi、 212Po。 而s"Bi發(fā)生a衰變的幾率僅有0.33。/。，以及其半衰期較，Po、 214Po、 212Po長(zhǎng)， ^Bi發(fā)生oc衰變的幾率為33.7。/。，其半衰期較長(zhǎng)以及由于其是^Pb(半衰期10.64 小時(shí))Y衰變子體，其達(dá)到平衡時(shí)間需要5天以上。因此在埋置幾個(gè)小時(shí)的氡 子體收集片上所有的cc輻射體產(chǎn)生cx粒子數(shù)中，214Bi和212Bi發(fā)生a衰變產(chǎn)生ct 粒子的貢獻(xiàn)較少，產(chǎn)生的a粒子的貢獻(xiàn)主要來(lái)自218Po、 2'4Po、 2l2Po。根據(jù)天然 放射性核素a射線譜可知，2isPo、 z"Po和^Po的cx射線的能量均具有能量唯 一性，且其能量相差較大，特征性明顯。2，8Po、 ""Bi和z"Po是氡的子體，在 挖坑埋填4個(gè)多小時(shí)后即可重新達(dá)到平衡，在氡和釷射氣以及它們的子體發(fā)生 a衰變產(chǎn)生的a粒子中，mpo衰變產(chǎn)生的a粒子能量最高(8.785MeV),與能 量?jī)H次于其的214Po ( 7.687MeV)相差較大，因此即使在a能譜測(cè)量能量分辨率 較差的情況下也能分辨出^Po衰變產(chǎn)生的a粒子的信號(hào)。因此測(cè)量時(shí)只要排除 ^Po子體衰變產(chǎn)生的a粒子，而保留"sPo、 ""Bi和s"Po子體發(fā)生a衰變產(chǎn)生 的oc粒子總量作為測(cè)量值，即可達(dá)到測(cè)量壤中氡的目的。 本發(fā)明具有如下特點(diǎn)
1. 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，將氡子體收集和氡子體測(cè)量分開(kāi)設(shè)計(jì)，有利于消除氡子體對(duì) 探測(cè)器的污染。
2. 在測(cè)量原理上，基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理，采用了高壓靜電裝置增 加吸附氡子體的信息量，并采用了a能譜測(cè)氡方式，a能語(yǔ)測(cè)氡可提供氡子
14體的定性分析，從而間接實(shí)現(xiàn)氡的測(cè)量，可區(qū)分鈾系和釷系a衰變子體；
3. 在測(cè)量工作方式上，可進(jìn)行大面積布點(diǎn)的多測(cè)點(diǎn)同步工作方式，可根據(jù)需要 配置氡子體靜電吸附裝置數(shù)量，符合賣(mài)際應(yīng)用需求及提高測(cè)量的工作效率；
4. 在性?xún)r(jià)比上，氡子體靜電吸附裝置生產(chǎn)成本低廉，使用時(shí)不易損壞，a能譜 測(cè)量和數(shù)據(jù)管理裝置結(jié)構(gòu)小巧、功耗低、價(jià)格便宜、使用方便等，因此便于 推廣使用。
5. 在應(yīng)用上，可應(yīng)用于鈾礦勘查、基巖地下水勘查、地下煤層自燃現(xiàn)象火災(zāi)分 布勘探、滑坡滑動(dòng)構(gòu)造帶勘查、地面塌陷與采空區(qū)的勘查、建筑地基隱伏斷 層與地裂縫的勘查等領(lǐng)域。
6. 在電路功能上主要完成土壤中氡子體a能譜測(cè)量。在a射線粒子探測(cè)方面， 由于a射線跟物質(zhì)作用時(shí)具有很強(qiáng)的電離能力，根據(jù)這一特性，核輻射探測(cè) 器能將不同能量的a射線粒子轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的微弱電訊號(hào)，然后通過(guò)后續(xù) 電路，對(duì)這個(gè)微弱的電訊號(hào)進(jìn)行整形放大，使之成為一個(gè)電脈沖信號(hào)后進(jìn)入 多道脈沖幅度分析器。通過(guò)控制電路控制多道脈沖幅度進(jìn)行工作，把不同幅 度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)數(shù)字代表一個(gè)道地址，以道地址 作為存儲(chǔ)器的地址碼記錄脈沖數(shù)，各道地址的記數(shù)就可以把脈沖幅度的分布 情況表現(xiàn)出來(lái)。而幅度信號(hào)大小為各元素輻射能量不同的表現(xiàn)，相應(yīng)道址的 計(jì)數(shù)代表相應(yīng)能量的輻射強(qiáng)度。氡子體的a射線的能量是固定的，通過(guò)多道 能譜的方式可測(cè)量氡子體相關(guān)信息數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡α能譜測(cè)量方法，其特征在于，整個(gè)系統(tǒng)由負(fù)高壓靜電充電裝置、氡子體靜電吸附裝置、α能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置以及計(jì)算機(jī)軟件分析系統(tǒng)4部分構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜 測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、 通過(guò)負(fù)高壓靜電充電裝置(圖2 ),將氡子體靜電吸附裝置充電(圖3 )， 使其帶負(fù)高壓靜電。B、 根據(jù)測(cè)量需要選擇測(cè)量點(diǎn)，將氡子體靜電吸附裝置埋置于各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的 土壤中，埋置時(shí)間為壤中氡及其子體能重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間；C、 氡子體靜電吸附裝置通過(guò)其內(nèi)部的帶負(fù)高壓靜電的氡子體收集片(圖 3- (2))吸附壤中氡子體；D、 等壤中氡子體重新達(dá)到放射性動(dòng)態(tài)平衡后，取出氡子體靜電吸附裝置內(nèi) 部的氡子體收集片，并立即裝入a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置進(jìn)行oc能譜測(cè)量；E、 a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置可通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)連接，通過(guò)計(jì) 算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析處理，并生成圖像進(jìn)行輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜 測(cè)量方法，其特征在于，所述的負(fù)高壓充電裝置通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電源接口 (圖2-(4)) 從a能譜測(cè)量和數(shù)據(jù)管理裝置獲取電源輸入，通過(guò)DC/DC高壓轉(zhuǎn)換電路(圖2- ( 2 ))，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)高壓輸出(圖2- (1 ))。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡cx能譜 測(cè)量方法，其特征在于，所述的氡子體靜電吸附裝置分別由壤中氡擴(kuò)散腔體(圖3- (3))、氡子體收集片(圖3- (2))和負(fù)高壓靜電保持器(圖3- (1 ))三 部分組成。壤中氡擴(kuò)散腔體上留有壤中氡擴(kuò)散孔(圖4-(8)),網(wǎng)孔大小為土壤顆粒不宜進(jìn)入而壤中氡及其子體可以擴(kuò)散進(jìn)入為宜。氡子體收集片為導(dǎo)電的 不易銹蝕的且對(duì)氡子體有較好吸附性的材料，置于氡擴(kuò)散腔體上方的氡子體吸附片放置凹槽內(nèi)(圖4- (7))。負(fù)高壓靜電保持器的高壓靜電由CBB (聚丙 烯)高壓電容(圖4- (2))保持，CBB高壓電容負(fù)高壓靜電輸出端接電路板 (圖4-(3))，在電路板上焊接彈簧(圖4- (4))并與負(fù)高壓靜電輸出端相 連接，內(nèi)部電路用環(huán)氧樹(shù)脂灌注密封，靜電高壓地端通過(guò)接地銅柱(圖4- (1 )) 與大地連接。壤中氡擴(kuò)散腔體和負(fù)高壓靜電保持器外殼為具有較好硬度和較強(qiáng) 抗老化能力的絕緣材料。負(fù)高壓靜電保持器通過(guò)連接螺旋扣(圖4- (5))與壤 中氡擴(kuò)散腔體連接，當(dāng)高壓靜電體與壤中氡擴(kuò)散腔體連接時(shí)，其高壓輸出端可 通過(guò)彈簧與氡子體收集片(圖4-(6))連接，使其帶負(fù)高壓靜電。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡cx能譜 測(cè)量方法，其特征在于，所述的氡子體靜電吸附裝置工作時(shí)埋入土壤中，并使氡子體收集片置于氡擴(kuò)散腔體內(nèi)部與土壤隔離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜測(cè)量方法，其特征在于，通過(guò)負(fù)高壓靜電來(lái)增加對(duì)纟裏中氡子體的吸附能力，通 過(guò)a能譜測(cè)量獲得壤中氡子體的特征信息，從而間接獲得壤中氡濃度信息。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡a能譜 測(cè)量方法，其特征在于，所述的a能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置由氡子體讀出裝置(圖5)和a能譜測(cè)量電路系統(tǒng)(圖6)組成。氡子體讀出裝置內(nèi)部裝有半導(dǎo)體 探測(cè)器(圖5- (2))和電荷靈敏前置放大電路(圖5- (1 ) ) , a能譜測(cè)量電 路通過(guò)接口線與氡子體讀出裝置內(nèi)部的電荷靈敏前置放大電路相連接。將氡子 體收集片(圖5- (4))裝入氡子體讀出裝置的活動(dòng)托盤(pán)(圖5- (5))上的氡 子體收集片放置凹槽內(nèi)(圖5-(3)),使氡子體收集片的氡子體吸附表面靠近半導(dǎo)體探測(cè)器，被吸附到氡子體收集片上的氡子體發(fā)生a衰變產(chǎn)生a粒子，通 過(guò)半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)到的這些a粒子信號(hào)，通過(guò)調(diào)理放大電路進(jìn)行調(diào)理放大后， 再經(jīng)過(guò)多道脈沖幅度分析器轉(zhuǎn)換成a能譜信號(hào)進(jìn)入微處理器進(jìn)行a能譜分析。 整個(gè)oc能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置設(shè)置有低功耗電源管理模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壤中氡靜態(tài)擴(kuò)散靜電吸附原理壤中氡α能譜測(cè)量方法，包括A.氡子體靜電吸附裝置，測(cè)量時(shí)將其埋入土壤一段時(shí)間后取出用α能譜測(cè)量裝置測(cè)量吸附的氡子體；B.高壓靜電充電裝置，對(duì)氡子體靜電吸附裝置充電，使其帶高壓靜電；C.α能譜測(cè)量及數(shù)據(jù)管理裝置，測(cè)量氡子體靜電吸附裝置吸附的氡子體α能譜信息，并集中管理數(shù)據(jù)；D.計(jì)算機(jī)軟件分析系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作詳細(xì)分析。該方法能克服現(xiàn)有土壤測(cè)氡方法的缺陷，能解決土壤氡測(cè)量效率、精度、準(zhǔn)確度及可靠性低等問(wèn)題，通過(guò)測(cè)量壤中氡子體核素來(lái)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)壤中氡的測(cè)量，能夠克服釷射氣的影響，滿(mǎn)足目前地質(zhì)勘查領(lǐng)域和環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)θ乐须睖y(cè)量的迫切需求。
文檔編號(hào)G01T1/167GK101620274SQ20091006033
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐, 方 方, 勇 楊, 阮菊紅 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)