隨著人類社會的發展及現代化工業的進步，大氣中粉塵濃度的含量越來越高;特別是一些特殊行業的工作環境，有時甚至能達到危害工作人員身體健康的程度。因此，對大氣中粉塵濃度進行監測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監測中發揮了獨特優勢的空腔式β射線粉塵測量技術的工作原理、系統結構及理論模擬結果，研究了空腔式β射線粉塵測量儀在粉塵監測中可能的使用效果，提出了研制測量儀的理論方案。

　　關鍵詞 職稱論文發表,空腔,β射線,粉塵測量儀

　　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，現階段大氣粉塵測量技術及儀器不能滿足自動，實時數據連續測量(現階段的粉塵測量儀多為濾膜式測量儀)，無人操作及數據記錄和傳輸的要求。為此，對空腔式β射線粉塵測量儀的技術開發進行了可行性研究。它可以實現連續自動監測大氣中的粉塵濃度，并將數據記錄儲存。

　　1 儀器工作原理

　　強度恒定的β源發出的β射線通過介質時，β粒子與介質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的質量，與粉塵粒子的粒度、成分、顏色及分散狀態等無關。吸收量與物質的質量關系為式(1)：

　　(1)

　　式中：N為采樣后被介質吸收后的β粒子計數;N0為采樣前未經介質吸收的β粒子計數;μm為β粒子對特定介質的吸收系數(cm2/ mg);d為吸收介質的厚度(cm);ρ為介質的相對密度(mg/cm3)。

　　儀器的工作原理基于上式即應用β射線吸收技術來測量大氣中粉塵的質量濃度。

　　2 儀器結構與設計

　　儀器采用單片機控制，由探測及控制兩部分組成。儀器結構原理框圖如圖1所示。

　　圖1 儀器結構原理框圖

　　2.1 探測部分設計

　　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，但是如果長時間直接接觸，仍然會對人體產生影響，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，在使用時操作人員應與儀器保持一定距離，該距離≥30 cm，為使探測器能達到最佳性能，探測器與放射源的距離應保持在5 cm左右，探測器采用G-M計數管，如圖2所示。

　　圖2 探測部分示意框圖

　　由上述可知，源與探測器之間的有效測量體積為15.7 cm3，通過模擬;當源與探測器之間的空間為空氣時，探測器的測量數據為1.96mCi，探測效率為98%;因此，在理論上，空腔式β射線粉塵測量儀是可以實現的。

　　當粉塵處于源于探測器之間時，阻隔了部分β射線穿過，使探測器所形成的脈沖信號減少，通過其減少幅度，可得粉塵的絕對質量，如式(2)所示：

　　(2)

　　式中：m是粉塵的絕對質量，單位mg;A是粉塵分布的表面積，單位cm2;(ρ/μ)是質量衰減系數;n0、n分別代表源于探測器之間在沒有粉塵和有粉塵時以電流脈沖記錄下來的β粒子數。其中衰減系數受粉塵粒子化學成分影響，對于β射線粉塵測量儀來說，當場所類型一致時，該系數是個常值。

　　粉塵絕對質量m與有效測量體積d的比值，就是粉塵濃度，如式(3)所示：

　　c=m/d(15.7 cm3) (3)

　　2.2 控制部分設計

　　由G-M探測器得到的脈沖信號，經放大器放大后通過微處理器進行計算處理，數據保存在存儲器中，并在顯示屏中顯示出來;同時，通過數據傳輸系統將數據傳送至總監控平臺和操作器上。當數據超標時儀器報警，報警可分兩個級別，既吸入粉塵濃度超標報警及粉塵濃度達到爆炸臨界值報警。儀器內部示意圖如圖3所示。

　　圖3 儀器內部示意圖

　　為保證操作人員安全，儀器設置為外部遙控操作，儀器外部示意圖如圖2所示，操作器為帶有藍牙功能及操作測量軟件的手機，通過手機開通儀器電源開關;并通過測量軟件選擇測量場所，因在不同場所中，空氣中粉塵化學成分不同，粉塵的衰減系數有較大區別，因此，儀器在使用過程中需要選擇所使用的場所，以確定衰減系數，從而降低測量誤差。

　　3 結束語

　　β射線粉塵測量儀具有其他測塵方式無法比擬的優點，到目前為止，已經取得迅速發展，在相關領域發揮著重要的作用。而空腔式β射線粉塵測量儀更是擁有可針對不同場所的粉塵濃度進行測量，數據準確，自動化，智能化，簡便易操作，安全性高等優點。我相信，該技術將會成為測塵技術中新的主力軍，為環境保護事業作出更大貢獻。

　　基金項目

　　湖南省科技廳(工業支撐項目)(編號：2012GK3133)

　　資助。

　　參考文獻

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　　[4]李宗倫.β射線式粉塵測量儀源―探測器優化與采樣裝置概念設計[D].南華大學，2010.

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