[发明专利]一种基于电离室和半导体探测器的氡测量装置

说明书

本发明涉及核辐射探测技术领域，提供一种基于电离室和半导体探测器的氡测量装置，包括流气式电离室和半导体探测器，所述电离室外壁接正高压，所述半导体探测器位于电离室端面的中心，半导体探测器接地为低电平，形成了一个电场。α粒子在电离室中电离产生电子‑离子对，在电场作用下漂移至电离室收集极并形成信号。其中，电离室的收集极可以有多种不同的形式。同时，²²²Rn和²²⁰Rn的带正电子体²¹⁸Po、²¹⁶Po等也可以在电场作用下，漂移至半导体探测器表面，通过半导体探测器测量氡子体能谱。本发明氡测量装置，既具有较高的探测器效率和探测器灵敏度，又具有氡子体的区分能力，并能减少氡的长寿命子体带来的本底贡献。

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，具体的说是一种基于电离室和半导体探测器的氡测量装置。

背景技术

氡气是天然存在的一种无色无味的放射性气体，位于元素周期表的第六周期零族。氡元素原子序数为86，氡气密度为9.96kg/m³。自然界中氡的天然同位素有²¹⁹Rn（又称锕射气），²²⁰Rn（钍射气），和²²²Rn（氡射气），它们分别来自于锕系（铀-235）、钍系（钍-232）和铀系（铀-238）。铀-235自然界中含量很低（仅占铀-238含量的0.32%），而由它衰变出来的²¹⁹Rn半衰期又很短，只有3.96秒，所以在空气中几乎测不出它的存在。

氡的衰变产物被称为氡子体。氡及其子体随呼吸进入人体后，氡子体会沉积在气管、支气管部位，部分深入到人体肺部。氡子体就在这些部分不断积累，并继续快速衰变，同时放射出能量高的粒子，杀伤人体细胞组织，并可能诱发细胞变异，成为癌细胞，使人患有癌症。同时氡对人体脂肪有很高的亲和力，特别是氡与神经系统结合后，危害更大。医学研究已经证实，恶性肿瘤、白血病、不孕不育、胎儿畸形、基因畸形遗传等，都与氡等放射性物质有关。因此，需要对空气中的氡含量进行监测，以确保人员安全。

常用的测氡仪形式包括电离室法测氡和静电收集法测氡等。

电离室法测氡，一般采用圆柱型流气式电离室如图1所示，进入电离室中的²²²Rn和²²⁰Rn（及新生的²¹⁸Po和²¹⁶Po等）衰变放出的α粒子将气体电离，产生电子-离子对，电子-离子对在高压电场中漂移产生脉冲信号被记录下来。电离室法测氡能够测量²²²Rn及其子体α衰变释放的α粒子，由于氡子体带正电，会在电场作用下吸附到阴极。当电离室腔体加正高压时，氡子体则在电场作用下向中央丝极移动，最终吸附在中央丝极外表面。氡子体衰变产生的α射线方向是同向性的，从几何角度考虑，中央丝极是圆弧外表面，理论上α射线射向探测器灵敏体积并完全沉积并被探测的效率会高于50%。因此，采用电离室法测氡，具有较高的探测效率。但是，气体电离室由于其固有特性，能量分辨率较差，无法区分²²²Rn、²²⁰Rn及其子体的组成成分。测量时，只能对²²²Rn、²²⁰Rn及其子体的总的α计数率进行测量。

静电收集法测氡，则是通过空气泵或者借助腔体内外浓度差使得氡扩散进入腔体，氡子体则被腔体外的材料过滤。“纯氡”在腔体内衰变产生新生子体，建立平衡后，产生的²¹⁸Po正离子在静电场作用下被收集到半导体探测器的表面，如图2所示，通过测量氡子体的α射线能谱，经校准后换算成空气氡浓度。静电收集法测氡的能量分辨率高，能够通过能谱测量区分不同氡子体的贡献，可以有效避免氡的长寿命子体带来的本底贡献。但是，由于²²²Rn和²²⁰Rn本身不带电，静电收集法实际测量的是它们的带正电子体²¹⁸Po、²¹⁶Po等。由于²¹⁸Po等正离子在漂移至半导体探测器表面前，很容易和极化的水蒸气分子发生作用变成中性粒子而影响到静电场的收集效率。因此，静电收集法测氡的效率相对电离室法较低。