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高氡环境下钚气溶胶连续监测技术研究及设备研制

作　者: 李惠彬
导　师: 李君利
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 放射性气溶胶氡子体连续监测仪判断限 HS-CAM
分类号: TL81
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

放射性气溶胶主要通过吸入的途径对人体产生内照射损伤，一种常用的监测手段是使用放射性气溶胶连续监测仪（简称连续监测仪）在现场进行连续监测。目前有多款商品化连续监测仪可供选择。但是这些仪器仅适用于天然氡浓度环境；在氡浓度很高的环境中，氡子体对测量的干扰很严重，这些商品化仪器对钚气溶胶的监测判断限（简称判断限）很高，远超过其浓度限值。本文系统分析了影响连续监测仪判断限的各种因素，在此基础上，提出了高灵敏度连续监测仪的设计方案，解决了相关关键技术，最终研制成功HS-CAM连续监测仪，并监测了一个山体坑道内的钚气溶胶浓度。主要内容包括：（1）系统分析了影响连续监测仪判断限的各种因素。包括五个方面：氡子体能谱拖尾程度、氡子体分离技术、运行模式、监测时间设置、能谱处理技术。（2）通过理论分析和实验解决了仪器研制所涉及的三个关键技术问题，包括：滤纸性能测试及选型、真空室设计及测试、氡子体粒度分离采样器研制。（3）在解决关键技术问题的基础上，完成了仪器总体设计、机械设计加工、电路测控系统研制、控制软件开发四项工作。研制了实用化的连续监测仪。（4）在不同的氡浓度环境下，设置不同的监测模式，对仪器的本底能谱进行测试。以此为基础，建立了可变拖尾比例系数法和能谱拟合剥离法相结合的氡子体扣除算法，编写了完整的能谱处理程序。（5）使用该能谱处理程序对获取的本底能谱进行处理，得到了该仪器在不同氡浓度和监测模式下的判断限指标。并根据多次重复测量的统计结果检验了算法的正确性。最后，使用该仪器监测了一个山体坑道内的钚气溶胶浓度，达到了预期效果。HS-CAM连续监测仪在借鉴国内外已有研究成果的基础上，采用了一些新技术，其判断限指标达到了目前为止该类仪器的世界最优水平。在天然氡浓度环境下，监测周期1hour，判断限约为0.003Bq/m3，相当于一般商用仪器的1/30-1/150。在氡浓度10000~20000Bq/m3的环境下，设置相同的监测周期，判断限也可以达到0.03Bq/m3。目前，该仪器的相关技术已经成熟，可以推广应用到地下仓库、坑道等氡浓度很高的环境，用于监测各类人工α气溶胶。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
主要符号对照表  9-10
第1章绪论  10-28
  1.1 放射性气溶胶连续监测技术综述  10-16
    1.1.1 放射性气溶胶简介  10-12
    1.1.2 放射性气溶胶连续监测技术简介  12-16
  1.2 国内外技术现状  16-27
    1.2.1 研制的仪器类型  16-21
    1.2.2 相关技术研究  21-25
    1.2.3 小结  25-27
  1.3 课题研究内容  27-28
第2章连续监测仪判断限影响因素分析  28-63
  2.1 氡子体α能谱拖尾  29-46
    2.1.1 拖尾来源理论分析  29-31
    2.1.2 研究方法  31-33
    2.1.3 滤纸  33-39
    2.1.4 灰尘  39-41
    2.1.5 空气层  41-44
    2.1.6 探测器表面保护层  44-46
  2.2 氡子体分离技术  46-47
  2.3 运行模式  47-49
  2.4 监测时间设置研究  49-56
    2.4.1 滤纸上氡子体活度计算  50-52
    2.4.2 最优时间设置研究  52-56
  2.5 能谱处理技术  56-60
    2.5.1 连续监测仪能谱处理技术要求  56-57
    2.5.2 常用算法效能分析  57-60
  2.6 本章小结  60-63
第3章关键技术研究  63-79
  3.1 滤纸性能测试及选型  63-65
  3.2 真空室设计及测试  65-66
  3.3 氡子体粒度分离采样器研制  66-78
    3.3.1 粒度分离采样器设计原理  66-72
    3.3.2 粒度分离采样器设计及刻度  72-77
    3.3.3 粒度分离采样器效能测试  77-78
  3.4 本章小结  78-79
第4章高灵敏度连续监测仪设备研发  79-95
  4.1 总体设计方案  79-81
  4.2 机械设计加工  81-83
  4.3 电路测控系统研制  83-90
    4.3.1 α谱仪系统  84-88
    4.3.2 自动控制系统  88-90
  4.4 控制软件开发  90-94
    4.4.1 嵌入式控制软件  90-91
    4.4.2 系统控制和数据分析软件  91-94
  4.5 本章小结  94-95
第5章连续监测仪能谱处理技术研究  95-106
  5.1 现场测试实验  95-96
  5.2 氡子体扣除算法研究  96-102
  5.3 能谱处理流程  102-105
  5.4 本章小结  105-106
第6章连续监测仪判断限测试及应用  106-119
  6.1 不同氡浓度和监测模式下的判断限测试  106-116
  6.2 现场监测  116-118
  6.3 本章小结  118-119
第7章总结  119-123
  7.1 工作总结  119-121
    7.1.1 连续监测仪判断限影响因素分析  119-120
    7.1.2 关键技术研究  120
    7.1.3 高灵敏度连续监测仪设备研发  120
    7.1.4 连续监测仪能谱处理技术研究  120
    7.1.5 连续监测仪判断限测试及应用  120-121
  7.2 论文的创新点  121-122
  7.3 推广应用前景  122-123
参考文献  123-127
致谢  127-129
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  129

高氡环境下钚气溶胶连续监测技术研究及设备研制

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