便携式活性炭测氡仪的研究

　　1　引言

　　野外氡气测量作为一种有效的物探手段,近年来得到了很大的发展。因为这种方法具有费用低廉,准确度高等特点,所以广泛用于铀矿、地下断层、喀斯特溶洞、煤矿地下火区、地质滑坡体等的探测。但是测氡仪的研究多年来却没有很大的变化,仍然多以电离室为探测器,野外操作停留在手动记录数据阶段,不能满足日益发展的野外地质工作任务的要求。因此,开发探测灵敏度高、观测精度高、工作稳定可靠、耗电少、操作简单,具有通信功能的测氡仪是目前的一个重要发展方向。

　　针对目前野外测氡仪存在的缺点,本文设计了一种新型的便携式活性炭测氡仪,该仪器采用对氡气有较强吸附能力的活性炭为采样器,NaI(TI)晶体作为探测器,以AT-89系列单片机为核心控制单元,配合其它外围器件,在野外可完成数据的自动测量、显示和存储,并可将存储的数据传输到计算机做更进一步的数据分析和处理。实践证明,便携式活性炭测氡仪的设计与使用大大减轻了野外工作人员的劳动,提高了工作效率。

　　2　工作原理

　　氡是一种地气,广泛存在于自然界中,最新研究证明,氡及其子体凭借着自身机制,有着很强的向上运移的能力。由于氡的母体及其子体的地球化学特性不同,在自然界不同的地质体中的分布也各有差异,并有一定的规律,所以在地表通过对氡异常的观察和分析,可以探测出地下的一些地质情况[1]。氡是镭衰变的中间产物,其子体214Pb、214Bi是γ射线的辐射体。活性炭测氡仪是通过探测土壤中氡子体的γ射线的强弱,来了解氡的存在情况。当γ射线射入探测器中的NaI(TI)闪烁体,使其产生光信号,通过光电倍增管变成微弱电信号,经前置放大器、主放大器和脉冲整形电路,形成单片计算机可接受的脉冲。在单位时间内,辐射射线强时,单位时间内产生的脉冲数目多;辐射射线弱时,单位时间内产生的脉冲数目少。单位时间内脉冲数目的多少反映了γ射线的强弱。通过测量、记录整个探测区不同地点的样品,可得到不同地点γ射线强弱情况,从而可了解不同地点的氡异常,为分析整个探测区地下的地质情况奠定了基础[2]。

　　3　硬件电路

　　便携式活性炭测氡仪以单片微型计算机为主控单元,配合其它外围电路可完成对活性炭采样器中γ射线的测量、显示、存储和通信。具体电路包括电源转换电路、闪烁体计数电路、点阵液晶显示、按键输入、存储单元、通信接口和监控电路。硬件原理框图如图1所示[3]。

　　3.1　电源电路

　　测氡仪所用高压电源是由低压直流电源经过转换得到的。低压直流电压经振荡电路转变为交流电压,经变压器后,在次级输出交流高压,通过倍压及稳压电路,可得到稳定的950V直流　　高压,为光电倍增电路供电。