摘要：针对城市大气颗粒物监测、污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要,研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理,通过仪器总体设计、结构设计、FPGA硬件电路设计和软件设计,实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、含量计算等功能;通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品,完成了分析仪的标定。该分析仪可在线、连续监测大气颗粒物(如TSP,PM10,PM2.5)的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。成都东郊的现场应用显示,分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性,对颗粒物中所含重金属元素(如As,Hg,Cd,Cr,Pb等)的监测较为灵敏。通过技术性能测试,表明分析仪具备检出限低、快速分析、使用方便等特点,能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求,具有较强的现场应用能力。

摘要：为研究探测器立体角在X射线荧光(X-ray fluorescence,XRF)分析仪的设计对测量结果的影响,运用蒙特卡罗方法对XRF仪进行建模。结果表明,探测器脉冲计数随着探测器与样品之间距离的增大指数衰减;随着探测器立体角的增大,特征峰计数非线性增大,源峰探测效率指数递减;探测器本征探测效率与探测器立体角无关。本文研究方法和结论可为一些XRF仪的设计提供参考。

摘要：论述了土壤中氡的析出机理,通过设计实验验证了土壤取样测氡的可行性。运用活性炭吸附法、主动抽吸法和径迹蚀刻法分别测定了野外实地与土壤样品中的氡及其子体含量,并测定了土壤样品的镭含量。实验结果表明:运用土壤取样测氡的方法是可行的,其数据稳定性好于野外实测数据的稳定性;其次,野外测量会受到温度、湿度、降雨量、压强等气象条件的较大影响;此外,取样时要尽量避开雨后取样和在有断裂带、褶皱带等复杂地质构造的区域内取样。

摘要：在能量色散X荧光仪设计过程中,探测器的尺寸、系统几何结构和目标元素等都涉及到探测器灵敏度的问题。论文从玻尔兹曼方程及电子输运Spencer-Lewis方程入手推导探测器灵敏度的理论计算公式,基于MCNP5模拟平台研究Si-PIN型探测器灵敏度变化规律。研究发现:Si-PIN型探测器灵敏度随探测器灵敏材料厚度的增加呈指数增长;随入射射线能量增加,其规律与探测效率曲线相同;当探测器与样品间的距离小于100 mm时,距离对探测器灵敏度的影响可以忽略。

摘要：为研究样品微颗粒在X射线荧光(XRF)分析中对测量结果的影响,运用蒙特卡罗模型MCNPX对X射线荧光仪进行建模,研究了样品颗粒粒径对X射线荧光特征峰强度、峰总比和源峰探测效率的影响,并设计波长色散X射线荧光光谱法(WDXRF)分析实验对模拟结果进行了检验。结果表明:对于样品微颗粒X射线荧光强度与粒径尺寸的关系,MCNPX模拟值与理论计算值保持一致;MCNPX模拟结果与WDXRF实验结果存在一定差异,这取决于MCNPX模型对待测样品状态的假设与实际情况存在一定的差异性;运用样品粉碎、研磨至小颗粒并进行压片处理的办法,可使WDXRF实测结果尽可能的减小与MCNPX理论模拟结果的差异性;在待测样品的颗粒粒径达到一定尺寸时,其峰总比、源峰探测效率、特征峰X射线荧光计数均趋于稳定值;颗粒粒径在某一特定尺寸范围之内,颗粒度效应的影响不容忽视;除此之外,颗粒度效应的影响基本可以忽略。论文充分考虑了待测样品颗粒粒径对XRF分析结果的影响,为减小因颗粒度效应引起分析结果的不确定性提供了一种可行的研究思路,该方法也可为X射线分析的生产实践提供一定的技术参考。

摘要：针对基于β射线法的大气颗粒物浓度测量仪设计过程中β射线源和滤膜的选择难题,运用MCNP建立大气颗粒物浓度测量仪模型。β射线能谱响应的MCNP模拟结果符合典型β射线能谱特征,与理论计算结果一致;对PTFE、PVC、玻璃纤维、PP 4种常用大气颗粒物滤膜透射率、以及14C、85Kr、147Pm、204Tl、90Sr-90Y5种β源对这4种滤膜透射率的模拟误差均小于2%。结果表明:(1)β源射线能量越高,对滤膜的透射效果越好;(2)β源的透射能力由强到弱依次为:90Sr-90Y>204Tl>85Kr>147Pm>14C,与这五种放射源的最大β射线能量水平保持一致;(3)不同能量β射线对滤膜的透射能力由强到弱依次为:PP>PVC>PTFE>玻璃纤维。综合考虑仪器安全性、设计与维护成本、材料性能等因素,大气颗粒物浓度测量仪采用14C源即可,并推荐优先采用透射率较高的PP滤膜。本工作的研究方法和结论可直接应用于大气颗粒物浓度测量仪的设计和开发。