高灵敏度γ剂量率监测仪的设计与研制

 1 石会路,庹先国,奚大顺,唐　蓉,穆克亮,杨剑波

(成都理工大学,四川成都　610059)

随着我国核技术与辐射技术在国防和经济建设中的快速发展,在给社会带来巨大的利益的同时,也时常发生涉及人员损伤与环境污染等辐射事故,如误入照射区或放射源失控等造成的严重辐射伤害事故,许多辐射事故的发生都是由于现场缺少高灵敏度的辐射剂量监测仪器而引起的。本设计采用高灵敏度盖革计数管探测γ射线,实时显示γ射线剂量率,通过按键自行设定报警阈值,可根据具体的测量环境采用不同的通讯方式传输数据。仪器采用双供电方式、体积小、灵敏度高、稳定可靠,既可用在γ剂量率水平较高、辐射水平突变较大的区域作为长期固定式监测仪,又可用在某些可能引发放射性水平突变的操作区域和检修区域作为短期连续运行监测仪,确保工作人员及时了解辐射水平的变化,避免发生意外辐照事故。

1　探测器工作原理

盖革—弥勒计数管也称气体放电计数器,具有输出信号大,工作电压低,体积小适用小型化仪器的特点,主要用于探测γ射线和β粒子。其工作原理如图1所示,由一个金属圆管作阴极,内部抽空充惰性气体(氖、氦)、卤族气体,对其两端加高压,当射线进入计数管后气体被电离,负离子由阳极吸引并移向阳极时,又与其他气体分子碰撞后产生多个次级电子,当快到阳极时次级电子急剧倍增产生雪崩现象。雪崩引起阳极整条线上雪崩,发生放电。

盖革计数管的工作电压均在盖革区,本身具有气体放大作用,所以输出信号幅度较大,约为几伏到几十伏。工作电压一定时,射线入射越强,输出脉冲计数率越大,但输出脉冲幅度与入射粒子的能量无关。

本设计主要用于探测γ射线,采用J4401型金属外壳卤素计数管,最大外径:23mm,最大长度: 170mm。对γ射线的灵敏度为900cps/μSv·h-1,起始计数电压小于420V,坪区范围在450V~550V之间,坪区范围斜率为10%/100V,工作温度范围在-40℃~+70℃。

2　硬件设计

系统的硬件主要由微处理器、电源、核辐射探测电路、液晶显示、无线发射通讯、485串口通讯、键盘、存储器、报警等部分组成。其工作原理如图2所示:

电源采用双供电模式,作为长期固定式监测仪时采用AC-DC 5V适配器供电,在某些可能引发放射性水平突变的区域单独使用作短期监测时,采用四节1.2V充电电池供电,可持续供电60个小时。高压设计使用DC-DC模块,输入电压为5V,输出可产生0-1000V可调电压,由于盖革计数管的坪区范围在450V~550V之间,坪区范围斜率为10%/100V,故本系统使用500V高压。