采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法与流程

采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置及方法
技术领域
1.本发明涉及核辐射的测量技术，特别是一种采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置及方法。


背景技术：

2.rn
‑
222及其子体均为放射性元素，吸入后对人体呼吸系统产生内照射。因此，研究氡的测量方法和改进测量技术对于辐射防护非常重要。在rn
‑
222的衰变链中，rn
‑
222衰变产生po
‑
218， po
‑
218衰变产生pb
‑
214，继而pb
‑
214衰变产生bi
‑
214，bi
‑
214衰变产生po
‑
214。其中pb
‑
214、bi
‑
214和po
‑
214发生衰变时，都会释放携带一定能量的β射线和γ射线。而cmos图像传感器对β射线和γ射线会产生一定的响应，有人已经证明cmos图像传感器可以探测到β和γ。在平衡条件下，此衰变链产生的β射线和γ射线的数量与rn
‑
222的浓度成正比。为此，如何利用cmos的辐照响应探测β射线和γ射线，并对其进行计数，进而通过计数来反推rn
‑
222的浓度是一项具有挑战性的工作，需要专门设计和制作一个利用静电收集法收集rn
‑
222子体的装置，并且能够在确定的载气中测量rn
‑
222的浓度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置及方法。
4.本发明的技术方案是：采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置，包括测量腔、cmos图像传感器、计算机、高压触头、高压模块、氡室、第一电磁阀、第二电磁阀及气泵。
5.测量腔下部的筒壁上设有第一气管阀门及第二气管阀门，cmos图像传感器安装在测量腔的端盖上，cmos图像传感器通过usb线与计算机连接，用于观察实验现象和数据处理，高压触头安装在测量腔上部的筒壁上并通过导线与高压模块连接，第一气管阀门通过管道与第一电磁阀连接，第一电磁阀的另一端通过管道与氡室连接，第二气管阀门通过管道与第二电磁阀连接，第二电磁阀的另一端通过管道与气泵连接，气泵的另一端通过管道与氡室连接。
6.测量腔内壁为导电金属，高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，cmos图像传感器内部含有金属布线，工作时产生低电压，测量腔内壁的高压与cmos图像传感器的低压形成静电场。
7.本发明进一步的技术方案是：利用采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置来测量rn
‑
222的方法，开始测量时，先把第一气管阀门及第二气管阀门打开，让rn
‑
222从氡室内通过气泵抽气通过第二电磁阀进入测量腔后，再由第一气管阀门通过第一电磁阀送回氡室，形成一个闭合的回路。
8.在rn
‑
222的衰变过程中，pb
‑
214、bi
‑
214和po
‑
214会产生一定比例的β射线和γ射线，而β射线和γ射线与cmos图像传感器相互作用，电离产生的电荷能被cmos图像传感器上的像素收集，并形成像素簇，在衰变达到平衡的条件下，像素簇的总计数与rn
‑
222的浓度成
正比。
9.由于高压模块通过高压触头对测量腔内壁产生高压电，与cmos图像传感器的低压形成静电场，测量腔体内rn
‑
222衰变产生的氡子体在静电场的作用下被收集到cmos图像传感器的表面，一段时间后，当测量腔内衰变达到平衡时，在测量时间内，由cmos图像传感器完成视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用pb
‑
214、bi
‑
214和po
‑
214三个子体衰变产生的β和γ总计数来反推rn
‑
222的浓度，即：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式（1）中，n（β γ）表示测量时间内β射线和γ射线的总计数，表示rn
‑
222的浓度，k是比例系数，通过实验得到。
10.本发明与现有技术相比具有如下特点：本发明提供的采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置成本低，利用cmos图像传感器通过测量β射线和γ射线的数量来得到rn
‑
222的浓度，测量灵敏度高。
11.以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
12.附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
13.实施例一、采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置，包括测量腔1、cmos图像传感器2、计算机3、高压触头4、高压模块5、氡室6、第一电磁阀7、第二电磁阀8及气泵9。
14.测量腔1下部的筒壁上设有第一气管阀门1
‑
1及第二气管阀门1
‑
2， cmos图像传感器2安装在测量腔1的端盖上，cmos图像传感器2通过usb线与计算机3连接，用于观察实验现象和数据处理，高压触头4安装在测量腔1上部的筒壁上并通过导线与高压模块5连接，第一气管阀门1
‑
1通过管道与第一电磁阀7连接，第一电磁阀7的另一端通过管道与氡室6连接，第二气管阀门1
‑
2通过管道与第二电磁阀8连接，第二电磁阀8的另一端通过管道与气泵9连接，气泵9的另一端通过管道与氡室6连接。
15.测量腔1内壁为导电金属，高压模块5通过高压触头4对测量腔1内壁产生高压电，cmos图像传感器2内部含有金属布线（图中未示出），工作时产生低电压，测量腔1内壁的高压与cmos图像传感器2的低压形成静电场，以此来收集氡子体。
16.实施例二、采用cmos图像传感器测量rn
‑
222的装置来测量rn
‑
222，开始测量时，先把第一气管阀门1
‑
1及第二气管阀门1
‑
2打开，让rn
‑
222从氡室6内通过气泵9抽气通过第二电磁阀8进入测量腔1后，再由第一气管阀门1
‑
1通过第一电磁阀7送回氡室6，形成一个闭合的回路。
17.在rn
‑
222的衰变过程中，pb
‑
214、bi
‑
214和po
‑
214会产生一定比例的β射线和γ射线，而β射线和γ射线与cmos图像传感器2相互作用，电离产生的电荷能被cmos图像传感器2上的像素收集，并形成像素簇，在衰变达到平衡的条件下，像素簇的总计数与rn
‑
222的浓度成正比。
18.由于高压模块5通过高压触头4对测量腔1内壁产生高压电，与cmos图像传感器2的
低压形成静电场，测量腔体1内rn
‑
222衰变产生的氡子体在静电场的作用下被收集到cmos图像传感器2的表面，一段时间后，当测量腔1内衰变达到平衡时，在测量时间内，由cmos图像传感器2完成视频拍摄，然后用软件对视频拆分成一帧帧图像，用软件对像素簇的个数进行计数，利用pb
‑
214、bi
‑
214和po
‑
214三个子体衰变产生的β和γ总计数来反推rn
‑
222的浓度，即：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式（1）中，n（β γ）表示测量时间内β射线和γ射线的总计数，表示rn
‑
222的浓度，k是比例系数，通过实验得到。