自动移片式土壤测氡仪的研制

土壤氡射气的测量是核勘查技术最常用的一种方法,广泛应用于铀矿勘查、油气勘探、寻找地下水源、地震、火山预报、滑坡、岩溶塌陷、煤层自燃探火、建筑工程场地评价等领域。目前,国际上商品化的测氡仪种类繁多,具有代表性的仪器主要有美国产RAD7型电子测氡仪和国产F D-3017RaA测氡仪。RAD7型电子测氡仪是将土壤气直接抽入探测室,优点是探测灵敏度高,常用于空气氡的测量。但在测量浓度高、湿度大的土壤氡时,容易造成探测器污染。F D-3017RaA测氡仪数字化程度不高,采用人工抽气,在土壤孔隙度很小、土壤气有限的粘土质或过湿土质等工作区,人工抽气存在抽气量难以控制的问题。为了解决这些问题,我们研制了新型自动移片式土壤测氡仪。该仪器采用非接触式探测、采样气体体积控制、温湿度校正、自动抽气和移片等先进技术,提高了测量稳定性和工作效率,解决了探测器污染、抽气量难以控制等问题,同时也减轻了工作人员的劳动强度。

1　原理

自动移片式土壤测氡仪主要利用抽气泵主动抽吸土壤气,用金属收集片静电收集222Rn的第一代衰变子体218Po(即RaA),用自动移片装置将收集完218Po的金属收集片移到探测室,吸附在金属收集片上的218Po会自动放出一定能量的α射线,利用218Po的α辐射强度与氡浓度成正比的特性,通过测得218Po衰变的α粒子计数值即可最终确定氡浓度。系统由硬件部分和软件部分组成。

2　系统硬件

系统硬件由氡子体收集装置、自动移片控制装置、α探测电路、接口转换电路、气压测量电路、温湿测量电路、LCD电路、供电电路、充电电路、单片微机系统等部分组成。其系统结构框图见图1。

2·1　氡子体收集装置

氡子体收集装置由土壤气取样器、抽气泵、高压收集仓、氡子体吸附金属片等构成。

2·2　自动移片控制装置

目前,用于土壤氡测量的瞬时测氡仪,其原理多是通过静电收集氡的第一代衰变子体218Po,测量其放射出的α射线,达到测氡的目的。218Po的静电收集往往采用向密闭空间加负高压,利用218Po属于带正电固体粒子的特性,将其吸附在金属片上,然后,将金属片放入探测室探测其上吸附的α衰变粒子,整个过程全靠手工完成。缺点是手动采样、移片,不仅工序繁琐,而且在手动取放采样片时,工作人员的手会触摸到金属片,容易造成测量结果的不准确。因此,本项目对自动移片控制装置进行了研究,自行设计了机械构造,并通过对三台直流电动机的控制,实现“抽气-收集-探测”机电一体化全自动过程。

主要结构为:两台电机和采集片装在一起,组成自动移片装置,该装置可在轨道上左右运行。轨道左端是收集室,右端是探测室。两台直流电动机其中一台是用来控制采样装置在轨道上左右运动,称为移片电机;另外一台控制采样片上下运动,称为升片电机。第三台电机控制气泵工作,抽取土壤气。自动移片控制装置原理结构图见图2。