1、1FD3017RaA 测氡仪整机电路分析摘要 :我国核辐射仪器的发展也经历了三个历史时期。早期的核辐射仪器都是率表式仪器。它们以盖革计数管或闪烁晶体为探测器，配以用分立元件构成的简单放大器、整形器，最后用率表电路驱动表头的指针来指示照射量率。这类仪器包括从五十年代的YP一4M辐射仪直到七十年代的FD一71辐射仪。七十年代中期，以数字集成电路为基础的数字式核辐射仪器开始出现。它们通常以闪烁晶体为探测器，配以CMOS集成电路组成的放大器、整形器、定时控制器、计数显示器，组成数字式辐射仪。到八十年代初中期，有些辐射仪又增加了自动归一化测量及运算电路使仪器不仅可以自动进行定时测量，显示出r辐射强度，而
2、且还可直接显示出放射性物质的含量。这一阶段的数字式核辐射仪器主要型号有PD一3013、FD一3003、FD一3017等辐射仪。八十年代末期，随着CMOS单片微机的出现，单片机化核辐射仪器也开始出现。人们用CMOS单片微机取代了传统仪器中的定时器、控制器、运算器和计数器，并充分利用计算机的强大数据处理及存储能力使仪器具有了自检、自测参数、数据处理、数据存储以及和微机通信功能。这类智能化核辐射仪器主要有FD一3022四道能谱仪、FD一3029测井仪。关键字： 氡 FD 一 3017 仿真 结构框图 电路分析 2第一章 绪论一台完整的核辐射仪器，可分为两部分，一是将入射射线的能量转换成电信号或其它易
3、测信号的转换器，即传感器或称为换能器；另一是测量电路或称为仪器，它把核辐射传感器给出的信号予以放大、处理和记录，给人们提供入射线的某些特征，如强度、能量、位置、种类等。用于测定核辐射射线的种类、能量及强度的传感器，称为核辐射探测器。人们根据不同的要求和探测的对象，制成了多种不同类型的探测器，常见的核辐射探测器按其工作原理可分为以下几种：一、 气体探测器它是根据带电粒子通过气体时，引起气体的电离来探测辐射粒子的。早期该种探测器曾广泛应用，它的优点是制备简单，性能可靠，成本低廉，使用方便，因而至今仍在应用。随着探测器技术不断发展，在高能物理和重粒子物理实验中它已获得新的应用。二、 闪烁探测器它是根
4、据射线与物质相互作用产生荧光现象，来探测射线粒子的。它比气体探测器高多的探测效率而被广泛使用，在不少仪器中已取代了气体探测器。三、 半导体探测器3这是六十年代以来迅速发展起来的一种新型探测器。主要优点是：能量分辨率高。线型范围广，体积小。是今年来发展极为迅速的一种核辐射探测器件。用于核辐射测量的还有原子乳胶，固体径迹探测器；威尔逊（wilson）云室和气泡室火花放电室；多能正比室切伦科夫（uepeHKOB）计数器；热释光探测器等。探测器的工作原理可归纳为：1、 利用射线与物质作用时产生的荧光现象；2、 利用射线通过物质时产生的电离作用；3、 利用射线对某些物质的核反应；4、 利用射线与物质作用
5、时产生辐射损伤；5、 利用射线与物质作用时产生的化学反应或热效应。运用上述某种效应，直接或间接对射线进行探测和解释。氡（ 222Rn）是镭（ 226Ra、T=1602 年）经过 衰变后（4.6MeV）的气态元素（即气体） ，氡的半衰期为 3，825 天。氡的第一代子体元素是 RaA（ 218Po钋） ，而且，RaA 形成的瞬间是带正电的离子。RaA 的半衰期较短变成 RaB（ 214Pb） ，其 粒子的能量为6.00MeV。因此，FD3107RaA 测氡仪是一种瞬间测氡仪器。在取样金属片 加HV，立即收集半衰期极短的 RaA 离子在电场作用下被浓集在带负高压的金属收集 。经过一段时间，如果氡浓
6、度高，其第一代子体 RaA 的粒子数量就多，RaA 衰变时，放出的 粒子数也多，相反，4氡的浓度低，其子体 RaA 衰变时放出的 粒子数就少。这样，RaA的 放射性强度将与氡浓度成正比FD-3017 仪器是一种新型的测氡仪，它利用静电场收集氡衰变的第一代子体-RaA 作为测量对象。 FD-3017 是一个携带式的、高灵敏的、快速的、准确的现场测量仪器。仪器应用于土壤和水中以及其他许多场合中定量测量氡的浓度。 、在勘察而言，需要的就是具体仪器，氡测量可用于资源勘察，包括铀钍矿床.石油以及水资源的勘察，也可应用与地质隐伏构造的勘察。近十年来，国际卫生组织宣布人们受到的天然辐射中 50%是由于环境中
7、氡造成的，氡吸入过多可诱发多中疾病，如肺癌等。本文多氡的测量原理及实测进行了详细分析，具有实用性。5第二章 FD-3017 型 RaA 测氡仪简介2.1 仪器简介FD-3017 型 RaA 测氡仪（土壤测氡仪）是一种新型的瞬时测氡仪器是一款国产的及水,土壤,空气为一体的测氡仪，它利用静电收集氡衰变的第一代子体RaA 作为测量对象，定量测量土壤，或水中氡浓度。仪器除了应用于放射性找矿的射气测量及水化找矿的水氡浓度测定外，还可应用于建筑工程土壤氡检测及寻找地下水源、地震预报、环境保护及科研教学等部门的测氡工作。6第三章 FD-3017 型 RaA 测氡仪技术指标、性能参数3.1 仪器技术指标及参数
8、1、极限探测灵敏度：小于 0.1 爱曼（1Bq/L=0.2710-10 Ci/L=0.27em） 2、抽气泵密封性能：在 700mm 泵柱时，漏气速率20mmHg/分 3、探测器：金硅面垒探测器，直径 26 mm，面积 531mm2 4、探测效率：240（用 pu239 源活性区直径26mm） 5、本底：4 脉冲/小时 6、计数容量：199999 7、定时：高压定时 ：1 分、2 分、3 分、5 分、10 分和手控 测量定时：0.5 分、1 分、2 分、3 分、5 分、10 分和手控。8、仪器显示： 1）加高压时左下角有“HV”和左上角有“”符号同时显示，当高压低于 24502500v 时，左
9、上角符号消失。 2）测量时右上角有“M”显示。 3）电池电压低于 3.3v 时右下角有“LB“显示。 9、仪器有高压定时报警和测量时间报警 10、仪器在温度1040环境下及温度40相对湿度 95的气候条件下正常工作，与常温常湿条件相比，计数误差10 11、仪器供电：三节一号电池，功耗300mW(包括高压） 712、FD-3017 型 RaA 测氡仪（土壤测氡仪）仪器尺寸和重量： 操作台：体积 21097156mm3 重量 2.3 公斤； 抽气泵：长540mm 直径 103，重量 3.3 公斤 第四章 FD-3017 型 RaA 测氡仪的方框图与电路原理图4.1 FD3017RaA 测氡仪方框图
10、仪器采用 金硅面半导体探测器测量 粒子。当 射线穿过射入面，进入灵敏区后，将产生电子空穴对，电子空穴在电场作用下向两极运动，形成脉冲电流，在负载电阻 R 上产生电压脉冲，经电荷灵敏放大器放大后，送入单道脉冲幅度分析器，剔除低能噪声及RaC 的高能干扰脉冲，因此，进入计数电路的仅是 Ra 产生的脉冲，并由液晶屏显示出来。84.2 电路工作原理分析线形电路部分电荷灵敏放大器有 1#1T1T7 组成。为图 4.1 所示。图 4.1 电荷灵敏放大器1T2为结型场效应晶管，是一个共源放大器，为稳定工作点采用 1R10的自给偏置和 1T6管发射极经 1Rg 的反馈偏置，同时还从这一点引入电压并联负反馈。1
11、T 1构成恒流源为 1T2负载，其偏置电压通过 1R3获得而使 VGS 为负值。电路中，1T3、1T 6、1T 7为跟随器，1T 4为共基极放大器，其负载由 1T5担任，1T 5也是恒流源，这就提高了 1T4的电压增益，使 1T4为电荷灵敏放大器的主要放大环节。因 1T4为共基极同相放大器。其输入阻抗低，输出阻抗高，所以加 1T4跟随器可增大前级的放大9倍数。加 1TG 跟随器与后级进行阻抗匹配，可增加本级的放大倍数。电路由 1C11将 1T6输出的信号反馈到 1T2栅极，使电路构成电荷灵敏放大器，电路输出的电压大小，仅仅与辐射 粒子在半导体探测器内电离产生电子空穴对的电荷量 Q 成正比，可用
12、下式表示： cfQV0式中负号表示输出信号与输入信号相位相反。在硅中产生一对电子空穴对时约需 3.5eV 的能量，若射入的 粒子能量为 1MeV，在硅中可以产生 个电子空穴对，收集的电65.310荷为：（库仑）141965.31 7.0Q1. 610-19库仑为电子电荷量。2. 电路中 1C11 为 Cf，如不考虑相位则：V 0=Q/1C11=20.8Mv由 1T7 发射极实测量 1MeV 的能量在输出端约有 16mV 的电压脉冲信号。当用 239Pu 源校正时，1T7 输出的脉冲幅度约为82mV。4.3 电荷灵敏放大器仿真波形104.4 极零相消电路极零相消电路是一种成形电路。电荷灵敏前置放大输出的电压脉冲信号不是理想的阶跃脉冲，而是顶部按指数规律衰减的脉冲，如果这种电压脉冲的尾部总会有反向突变（如图）
