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手持式α能谱仪的研制

杨雪梅  
【摘要】: 随着科技的发展和人们生活水平的不断提高,人们对自身所处的环境越来越关心,而放射性污染也已成为人们所面临的最为严重的社会问题之一。为了及时了解放射性核素发生衰变引起的污染情况,需要用专门的仪器进行测量。 α射线是由α粒子组成的,α粒子就是快速运动的氦核,它是一个稳定的原子核,α粒子是在不稳定原子核发生α衰变时放射出来的。α谱仪是测量α射线污染的重要仪器,主要用于辐射防护、环境样品、医药卫生、农业科学、进出口商品检验、地质勘探、核电站等领域的α污染测量。本论文受科技部科学仪器改造专项“新一代系列表面核污染智能测量仪的研制”资助,旨在集成先进的核探测、电子、信息处理和机械工艺设计等技术,研制开发出便于携带、高精度的手持式α能谱仪。 随着现场分析的需求和电子技术微型化的发展,便携式仪器或手持仪器的需求越来越明显,现场分析仪器也越来越多。目前,所有的现场核测量仪都在朝着体积小、重量轻、低本底、低功耗、高性能、分析速度快等特点的方向发展。其中,手持式仪器具有方便用户进行随机测量,加大测量的数据量,减少取样测量的麻烦的优点。同时,手持仪器加上相应的通讯方式可以安装在智能机器人上,测量人工无法实现采样的地方。 本能谱仪选用金硅面垒半导体探测器,以嵌入式单片机为控制平台,对系统的核心组成电路和系统软件进行研究开发。在满足分析精度的要求下,尽量降低功耗,减小体积,提高分析准确性和可操作性。硬件电路主要包括前置放大电路,主放大电路,多道脉冲幅度分析器,单片机系统设计,LCD显示和触摸屏控制以及串口通信等。软件系统主要是对硬件电路的控制和上位机软件的编写。 经过近一年的研制工作,取得的成果主要有: 1.使用了单片机C8051F060构建系统的核心控制部分,由于C8051F060集成度高,功耗小,满足了手持式仪器的设计要求; 2.选用了金硅面垒半导体探测器,设计了小型化的电荷灵敏前置放大电路,并与探测器一起封装,保证了探测精度; 3.电路中的运放均使用单电源供电器件,简化了电源设计电路,缩小了仪器体积; 4.采用带触摸屏的液晶显示器作为系统的人机交互界面,不仅减小了仪器体积,显示更加美观; 5.编写的上位机谱分析软件界面友好,可操作性强。 系统性能测试表明,研制的手持式α能谱仪功耗低,能量分辨率高,系统稳定性好,人机交互良好,适合现场使用。


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