基于母子體衰變特性的氡同位素延遲符合分辨研究.pdf

1、對(duì)于氡同位素及其子體的測(cè)量不僅從輻射防護(hù)、人類健康角度來(lái)看是重要的，從資源勘查、地震科學(xué)、水文及海洋科學(xué)等角度來(lái)看，這種測(cè)量也是一種非常必要的手段，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　符合測(cè)量是核測(cè)量的基本方法之一，根據(jù)氡各同位素及其子體衰變特性的時(shí)序關(guān)系，由于氡同位素的短壽命子體釙同位素半衰期不同，可以采用延遲符合來(lái)分辨測(cè)量219Rn和220Rn，該方法具有能在含有222Rn和其他本底環(huán)境中準(zhǔn)確分辨測(cè)量219Rn和220Rn的特點(diǎn)，此技術(shù)已成

2、功應(yīng)用于空氣中低濃度220Rn的測(cè)量及海洋學(xué)示蹤研究中鐳同位素的間接測(cè)量。
　　本文對(duì)延遲符合氡同位素分辨測(cè)量方法原理進(jìn)行了調(diào)研和分析，探討延遲符合測(cè)量計(jì)數(shù)修正及偶然符合誤差處理方法；探討了偽隨機(jī)脈沖的相關(guān)原理，利用MATLAB軟件偽隨機(jī)脈沖發(fā)生技術(shù)樣模擬氡同位素（Rn-222/Rn-220/Rn-219）仿真信號(hào)數(shù)據(jù)，首先提出用軟件方法實(shí)現(xiàn)延遲符合法分辨氡同位素；模擬改變符合延遲時(shí)間和開(kāi)門時(shí)間尋找具有較好的分辨效果，仿真了不同粒

3、子總數(shù)及不同活度比情況下的延遲符合測(cè)氡的參數(shù)設(shè)置，發(fā)現(xiàn)開(kāi)門時(shí)間為氡同位素子體半衰期的3-5倍較為合適。并與國(guó)外文獻(xiàn)試驗(yàn)中測(cè)量結(jié)果的進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果顯示，該方法可降低測(cè)量成本，延遲時(shí)間調(diào)整方便，對(duì)低水平活度氡同位素分辨測(cè)量具有借鑒作用。
　　首次提出采用數(shù)字化延遲符合技術(shù)分辨氡同位素，用快速ZnS(Ag)閃爍室探測(cè)氡同位素及其子體的?粒子，用計(jì)算機(jī)采樣獲取相應(yīng)核信號(hào)數(shù)據(jù)，以合適的方式保存后，用軟件實(shí)現(xiàn)延遲符合的數(shù)據(jù)處理及偶然符合誤差

4、消除，取代傳統(tǒng)的硬件延遲符合，為了準(zhǔn)確快速地從數(shù)字化核脈沖中提取出與符合測(cè)量相關(guān)的信息（幅度，脈沖時(shí)間，脈沖寬度），對(duì)如下內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)研究：探測(cè)器輸出信號(hào)的分析和仿真研究；數(shù)字化核脈沖的基線漂移、濾波成形，并分析歸納出快速算法；定時(shí)電路是傳統(tǒng)核電子學(xué)中檢出時(shí)間信息的模擬電路的基本單元，包括前沿定時(shí)、過(guò)零定時(shí)、恒比定時(shí)等，為了研究數(shù)字化核脈沖信號(hào)，本文以恒比定時(shí)、核脈沖前沿定時(shí)、過(guò)零定時(shí)法在MATLAB中的算法設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，分析了核脈沖

5、定時(shí)信號(hào)拾取技術(shù)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，闡述了恒比定時(shí)法與幅度上升時(shí)間補(bǔ)償法的有關(guān)原理和特點(diǎn)，并以MATLAB為工具，詳細(xì)分析了算法設(shè)計(jì)，并首次提出一種改進(jìn)型前沿定時(shí)法；并借助南華大學(xué)氡湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)氡計(jì)量組織亞洲區(qū)協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室），構(gòu)建氡同位素分辨的數(shù)字符合分辨測(cè)量方法驗(yàn)證裝置，驗(yàn)證偶然符合和計(jì)數(shù)的修正公式，并得到初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　氡同位素分辨的數(shù)字符合分辨測(cè)量對(duì)高速數(shù)據(jù)采集卡和存儲(chǔ)容量要求較高，所以一般適合于實(shí)驗(yàn)室使用

6、。為滿足便攜產(chǎn)品要求，本文又提出了一種新的方案軟件延遲符合測(cè)量方法，降低對(duì)存儲(chǔ)量的要求，設(shè)計(jì)了基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的延遲符合測(cè)量軟件及放大整形電路，并建立了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用S3C2410核心板(達(dá)盛公司的EL-ARM-830型教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))作為控制核心。探測(cè)器輸出信號(hào)經(jīng)放大整形為矩形脈沖序列后，送入S3C2410外中斷引腳，并由核心板記錄脈沖序列的上升沿及下降沿時(shí)間信息。根據(jù)氡子體215Po和216Po具有不同的半衰期，

7、通過(guò)在分析軟件中設(shè)置不同的符合時(shí)間來(lái)達(dá)到分辨測(cè)量219Rn和220Rn的目的。該系統(tǒng)采用UCGUI圖形用戶界面設(shè)計(jì)，結(jié)果通過(guò)LCD顯示，具有良好的人機(jī)交互界面。通過(guò)對(duì)222Rn的比對(duì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了偶然符合計(jì)數(shù)率公式。利用建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量了不同流率下220Rn和219Rn源，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)本底計(jì)數(shù)率為2～4cpm時(shí)，延遲符合測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠測(cè)量衰變率為3dpm～40dpm的220Rn和219Rn源，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)22

8、0Rn源的測(cè)量誤差在8％以內(nèi)。本研究達(dá)到了測(cè)量低水平220Rn和219Rn的目的。
　　傳統(tǒng)的符合測(cè)量一般都采用硬件符合電路實(shí)現(xiàn)，外圍電路多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。隨著儀器數(shù)字化進(jìn)展,傳統(tǒng)符合測(cè)量在其抗干擾、可視化、測(cè)量再現(xiàn)、信息共享、易操作性，系統(tǒng)升級(jí)等方面明顯不足，而本文給出的軟件符合法和數(shù)字符合測(cè)量，相比于傳統(tǒng)方法，具有功能靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)被測(cè)對(duì)象和測(cè)量環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，抗干擾力強(qiáng)等特點(diǎn)，因而是一種有發(fā)展前途，靈活的核脈沖處理