γ剂量率测量仪的研制.PDF

γ剂量率测量仪的研制 此仪器为测量环境中γ放射性剂量率浓度的测量仪表，分成探头和主机两大部分：其中 探头由高低量程GM 计数管、计数单元和通 讯单元组成；主机由通讯、处理单元、键盘、 和显示部分组成。 1 探头原理 1．1 盖革-弥勒计数管原理 GM 管原理见图1。盖革-弥勒计数管(GM 管)也称气体放电计数器。一个密封玻璃管， 中间是阳极用钨丝材料制作，玻璃管内壁涂一层导电物质，或是一个金属 圆管作阴极，内 部抽空充惰性气体(氖、氦)、卤族气体。特点是工作电压低。 当射线进入计数管后气体被电离，负离子由阳极吸引移向阳极时，离子又与其他气体分 子碰撞后产生多个次级电子，快到阳极时次 极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，放电后空间电子又被中和，剩下许多正离子包围阳极，形成正离 子鞘。正离子鞘和阳极间的 电场因正离子的存在而减弱。此时若有电子运动到该区域，也 会产生雪崩放电，这段时间不能计数，称死时间。正离子打到阴极时会产生(打出)电子， 电子被 电场加速，又引起计数管放电产生正离子鞘，这一过程循环出现。 计数管上电压U 一定时，射线入射越强电流I越大，输出脉冲数N 越大，a、b 段称 坪，盖格计数管主要用于探测β粒子和γ射线。 1．2探头电路 探头有高压产生电路、高低量程两支盖革-弥勒计数管(GM管)、单片机SM89C52、串 口转485通信芯片MAX485构成，如图2所示。 高压产生电路为高低量程GM 管提供高压，使得GM 管可以工作。GM 管用来测定辐 射，射线通过GM管并引起电离时便使该GM 管产生电流脉冲，脉冲经整形电路、2分频电 路后变成边缘陡峭的方波，送到SM89C52的T0，T1定时器做计数，对低量程使用T0作计 数，T1作1秒定 时，而高量程则使用T1作计数，T0作定时，主机可通过发送命切换令高低 量程测量，当探头接到主机发来的查询命令后便把每秒计数值(CPS)返回给主机。 探头电 源透过电缆从主机得到。 低量程GM管ZP1210和高量程GM管Zp1304的接口方式不太一样，依据数据手册设 计如图3所示。 2．主机工作原理 主机由单片机SM89C58，12 864点阵液晶、4个按键、MAX 485芯片、AT24C64、实 时时钟芯片M41T0构成，主机和探头通过电缆连接，如图4所示。主机的工作是定时查询探 头，得到CPS，运算转换成剂量 率显示在LCD 上，同时根据该数据决定是否发送命令切 换测量通道、给高低量程GM 管哪一个加高压。M41T0给系统提供实时时钟。AT24C64用 来保存 系统参数和密码等，也用来保存带有时间信息的测量结果，在测量界面下用户对当 前测量结果可以保存，以便事后追查。主机在液晶上通过菜单配合4个按键来实现 参数的 设定、时间日期调整、密码管理等。并提供中英文两种语言切换，可扩展其他任意语言显示。 探头GM 管得到的每秒计数值(CPS)需要经过运算才能转换为剂量率的的单位为微戈 瑞每小时(μGy／h)，转换公式为： N D= K(1− Nt) 其中D 是剂量率，单位是μGy/h；K 是探头灵敏度，常数；t是死时间(dead time)，单 位是s；N是每秒计数值，即每一秒GM管受辐射而产生脉冲个数。对于低量程探头(ZP1210)， t的取值范围是50～80μs，K的取值 范围是2.5～3.2；对于高量程探头(ZP1304)，t的取值 范围是21～35 μs，K 的取值范围是0.030～0.040。高低GM 管的t、K 均可在主机通过菜 单设定，而每一套测量仪均需要做校准来设定t、K值。由于t、K是整个计算的重要参数， 不能被使用者随意修改，因此在仪器设计时，添加了密码保护功能，进入 t、K的设定菜单 需要使用者输入密码，密码验证通过才能修改t、K参数。 由于放射性的随机特性，故由仪器所检测到的CPS会有抖动变化，主机程序对连续数 次测量结果做平滑滤波处理，使得测量结果更准确。若是取平均的测量结果太少，平滑效果 不佳；若是取平均的测量结果太多，那么会导致仪器相应速度变得很慢。因此综合考虑采取 5个点的平均。 3．量程切换 -1