地质灾害体氡射气自动监测系统

　　1 引 言

　　氡气测量技术是近年来我国应用较多的一种放射性勘探方法，目前它已在寻找基岩裂隙水、找矿、探查油及探测岩溶等方面取得显著效果及经济效益。在滑坡勘查中，也取得一定的进展，据资料报道，1973年在克里木南部沿岸首次用射气测量成功揭露了滑坡，随后这项技术在地质灾害勘查领域应用广泛[1]。随着仪器仪表技术和计算机技术的发展，地质灾害勘查技术与监测技术逐渐融合，氡气测量技术在地质灾害勘查领域的成功应用，为把氡气测量技术应用于长期的地质灾害监测提供了依据和可能。

　　由于氡是放射性气体，其能够沿着裂隙、构造等从地下深处运移到近地表，在滑坡蠕动和变化时，赋存于滑床的氡的运移将加剧，在近地表测得的氡浓度值也必将有所变化。根据这一特性，在这里，我们将采用静电收集半导体探测器测量的方法对氡射气长期监测滑坡进行大胆的探索[2-4]。

　　2 系统硬件设计

　　地质灾害体氡射气自动监测系统采用ATMEL 公司的AT89C52单片机作为系统微控制器，利用高压静电收集半导体探测器测量的方法，可实现地质灾害体氡射气浓度的自动测量，还可同时测量环境温、湿度。系统整机框图如图1 所示：

　　2.1 氡气收集探测室的设计

　　氡射气浓度测量采用静电收集半导体探测的方法。地质灾害体蠕动和变化时，赋存于滑床的氡的运移将加剧，在近地表测得的氡浓度值也必将有所变化，监测近地表氡浓度值，就可以间接监测地质灾害体的变化情况。

　　地质灾害体土壤内赋存的氡气进入特殊设计的高压静电收集室后，衰变生成氡子体，其在强高压(1500V)电场的作用下被收集到铝膜收集极上，再衰变释放的α粒子入射到金硅面垒半导体探测器上，将其转换为微弱的电脉冲信号。这一信号经电荷灵敏放大器放大后，再经过整形，输出脉冲宽度为2μs左右的矩形脉冲，以触发单片机的I/O口进行计数。氡气收集探测室结构示意图如图2所示。

　　由于氡是放射性气体，其衰变子体为固体，过滤网膜的作用是滤掉空气中的氡衰变子体及沾染了放射性的粉尘，使用三层滤膜，可以完全滤掉氡子体，确保进入探测器灵敏区的α粒子仅由一定体积的氡气体衰变产生。由于氡气体在收集室的衰变产生的α粒子带正电，在高压电场的作用下，顺电场方向运动，最终打在电场的负极—铝膜上。铝膜有两个作用，一是作为α粒子的收集极，一是起到屏障作用，可以把衰变产生的氡子体吸附在上面，防止其对金硅面垒探测器的污染。铝膜距金硅面垒探测器的距离要恰当，大约2mm左右，太远了透射过铝膜的α粒子不能到达金硅面垒探测器的灵敏区，太近了探测器将被击穿。