隨著人類社會(huì)的發(fā)展及現(xiàn)代化工業(yè)的進(jìn)步，大氣中粉塵濃度的含量越來(lái)越高;特別是一些特殊行業(yè)的工作環(huán)境，有時(shí)甚至能達(dá)到危害工作人員身體健康的程度。因此，對(duì)大氣中粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)已成為迫在眉睫的之事。

　　摘 要 文章闡述了在粉塵濃度在線連續(xù)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的空腔式β射線粉塵測(cè)量技術(shù)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及理論模擬結(jié)果，研究了空腔式β射線粉塵測(cè)量?jī)x在粉塵監(jiān)測(cè)中可能的使用效果，提出了研制測(cè)量?jī)x的理論方案。

　　關(guān)鍵詞 職稱論文發(fā)表,空腔,β射線,粉塵測(cè)量?jī)x

　　Feasibility study on dust measuring cavity instrument

　　based on β-ray

　　Zonglun Li1，Lijing Peng2，Chuanqi Li3

　　(1.School of Nuclear Science and Technology，University of South China，hengy 421001，China;2.Hunan Institute of Technology，Institute of Safty and Enviromental Enginneering，hengy 421002，China;3.School of Computer，University of South China，hengy 421001，China)

　　Abstract： This paper states the working principle， system structure and the theory simulation results of the cavity type beta-ray dust measurement technology which has an advantage in on-line continuous monitoring the concentration of dust ， studies its possible effects on dust monitoring and puts forward the theoretical scheme of developing the measuring instrument.

　　Key words： Cavity;Beta ray;Dust measuring instrument

　　然而，現(xiàn)階段大氣粉塵測(cè)量技術(shù)及儀器不能滿足自動(dòng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連續(xù)測(cè)量(現(xiàn)階段的粉塵測(cè)量?jī)x多為濾膜式測(cè)量?jī)x)，無(wú)人操作及數(shù)據(jù)記錄和傳輸?shù)囊�求。為此，�?duì)空腔式β射線粉塵測(cè)量?jī)x的技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了可行性研究。它可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)大氣中的粉塵濃度，并將數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存。

　　1 儀器工作原理

　　強(qiáng)度恒定的β源發(fā)出的β射線通過(guò)介質(zhì)時(shí)，β粒子與介質(zhì)中的電子相互碰撞損失能量而被吸收。在低能條件下，吸收程度取決于介質(zhì)的質(zhì)量，與粉塵粒子的粒度、成分、顏色及分散狀態(tài)等無(wú)關(guān)。吸收量與物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系為式(1)：

　　(1)

　　式中：N為采樣后被介質(zhì)吸收后的β粒子計(jì)數(shù);N0為采樣前未經(jīng)介質(zhì)吸收的β粒子計(jì)數(shù);μm為β粒子對(duì)特定介質(zhì)的吸收系數(shù)(cm2/ mg);d為吸收介質(zhì)的厚度(cm);ρ為介質(zhì)的相對(duì)密度(mg/cm3)。

　　儀器的工作原理基于上式即應(yīng)用β射線吸收技術(shù)來(lái)測(cè)量大氣中粉塵的質(zhì)量濃度。

　　2 儀器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

　　儀器采用單片機(jī)控制，由探測(cè)及控制兩部分組成。儀器結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。

　　圖1 儀器結(jié)構(gòu)原理框圖

　　2.1 探測(cè)部分設(shè)計(jì)

　　采用C14作為工作源，形狀是直徑為1 cm的圓形面源，活度定為0.2mCi，其活度大小低于五類源，屬豁免源，由于活度低，可有效降低使用人員所接受的劑量，提高安全性，但是如果長(zhǎng)時(shí)間直接接觸，仍然會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生影響，由于其放出的粒子能量為0.156MeV，在空氣中的最大射程約為0.26 m，因此，在使用時(shí)操作人員應(yīng)與儀器保持一定距離，該距離≥30 cm，為使探測(cè)器能達(dá)到最佳性能，探測(cè)器與放射源的距離應(yīng)保持在5 cm左右，探測(cè)器采用G-M計(jì)數(shù)管，如圖2所示。

　　圖2 探測(cè)部分示意框圖

　　由上述可知，源與探測(cè)器之間的有效測(cè)量體積為15.7 cm3，通過(guò)模擬;當(dāng)源與探測(cè)器之間的空間為空氣時(shí)，探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)為1.96mCi，探測(cè)效率為98%;因此，在理論上，空腔式β射線粉塵測(cè)量?jī)x是可以實(shí)現(xiàn)的。

　　當(dāng)粉塵處于源于探測(cè)器之間時(shí)，阻隔了部分β射線穿過(guò)，使探測(cè)器所形成的脈沖信號(hào)減少，通過(guò)其減少幅度，可得粉塵的絕對(duì)質(zhì)量，如式(2)所示：

　　(2)

　　式中：m是粉塵的絕對(duì)質(zhì)量，單位mg;A是粉塵分布的表面積，單位cm2;(ρ/μ)是質(zhì)量衰減系數(shù);n0、n分別代表源于探測(cè)器之間在沒(méi)有粉塵和有粉塵時(shí)以電流脈沖記錄下來(lái)的β粒子數(shù)。其中衰減系數(shù)受粉塵粒子化學(xué)成分影響，對(duì)于β射線粉塵測(cè)量?jī)x來(lái)說(shuō)，當(dāng)場(chǎng)所類型一致時(shí)，該系數(shù)是個(gè)常值。

　　粉塵絕對(duì)質(zhì)量m與有效測(cè)量體積d的比值，就是粉塵濃度，如式(3)所示：

　　c=m/d(15.7 cm3) (3)

　　2.2 控制部分設(shè)計(jì)

　　由G-M探測(cè)器得到的脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后通過(guò)微處理器進(jìn)行計(jì)算處理，數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，并在顯示屏中顯示出來(lái);同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送至總監(jiān)控平臺(tái)和操作器上。當(dāng)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)儀器報(bào)警，報(bào)警可分兩個(gè)級(jí)別，既吸入粉塵濃度超標(biāo)報(bào)警及粉塵濃度達(dá)到爆炸臨界值報(bào)警。儀器內(nèi)部示意圖如圖3所示。

　　圖3 儀器內(nèi)部示意圖

　　為保證操作人員安全，儀器設(shè)置為外部遙控操作，儀器外部示意圖如圖2所示，操作器為帶有藍(lán)牙功能及操作測(cè)量軟件的手機(jī)，通過(guò)手機(jī)開(kāi)通儀器電源開(kāi)關(guān);并通過(guò)測(cè)量軟件選擇測(cè)量場(chǎng)所，因在不同場(chǎng)所中，空氣中粉塵化學(xué)成分不同，粉塵的衰減系數(shù)有較大區(qū)別，因此，儀器在使用過(guò)程中需要選擇所使用的場(chǎng)所，以確定衰減系數(shù)，從而降低測(cè)量誤差。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　β射線粉塵測(cè)量?jī)x具有其他測(cè)塵方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，到目前為止，已經(jīng)取得迅速發(fā)展，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。而空腔式β射線粉塵測(cè)量?jī)x更是擁有可針對(duì)不同場(chǎng)所的粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，自動(dòng)化，智能化，簡(jiǎn)便易操作，安全性高等優(yōu)點(diǎn)。我相信，該技術(shù)將會(huì)成為測(cè)塵技術(shù)中新的主力軍，為環(huán)境保護(hù)事業(yè)作出更大貢獻(xiàn)。

　　基金項(xiàng)目

　　湖南省科技廳(工業(yè)支撐項(xiàng)目)(編號(hào)：2012GK3133)

　　資助。

　　參考文獻(xiàn)

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