LM-04 大面积2π 多丝流气式正比计数器

该流气式多丝正比计数器是 2 πα、2 πβ 粒子发射率标准装置的主要测量仪器，用于 α、β 放 射性平面源的刻度和环境放射性样品 α 和 β  放射性活度的测量，工作气源采用的氩甲烷混合气体。

该设备是参考GB/T16698-2008《粒子发射率的测量 ：大面积正比计数管法》和 JJG（核工） 011-91《用 2π多丝正比计数器测定 α、β 平面源的发射率》，应用该流气式正比计数管作2π表面发射 率测量系统时的，对本底、稳定性和死时间进行了测量。

按照GB/T20131-2006流气式 正比计数器标定和使用的标准方法，试验测量了其坪特性、位置效应及探测效率等参数。

该类大面积 α、β 计数器，原来在使用中探测效率下降，测量稳定性欠佳 ; 同时存在工作气体耗量大，完成一次测量时间长等不足。这里是技术改进后的设备，即采用单片机和集成电路重建多丝正比计数器测控系统，解决这些问题；

该设备测控系统的早年的设计，无法进行探测器高压、增益、甄别阈等参数的调节，导致无法修正、改善仪器的技术性能状况， 为此就该大面积 α、β 计数器作技术改造，重新设计构建测控系统、改进其结构，以恢复、优化其性能。

1.组成与结构

该设备为平板型抽屉式结构，由计数器外壳和阳极丝、阳极丝架、绝缘框架及源屉组成 ；外壳为由上盖板和壳体侧壁组成的方形框体，源屉通过导轨进出计数器外壳 ；壳体侧壁上分别设有进 气口和出气口 ；阳极丝架为一方形框体，位于上、下两个绝缘框架之间，其中下方的绝缘框架固定在壳体侧壁上，上方的绝缘框架位于上盖板的下方，壳体侧壁的上部边沿设有密封圈，上盖板与壳体侧壁固定连接 ；阳极丝固定于阳极丝架上，其中阳极丝为等间距、平行排布的镀金钨丝。 

该设备具有有效探测面积大、阳极丝高度平行分布、气体扰动小且电场分布均匀的特点。

     图1  2π 多丝流气式正比计数器（185x135mm）

     图2   流气式正比计数器的供气系统

2.工作气体供应气路

   该计数管采用Ar-CH 混合气（P10气），P10气中Ar：CH4=9：1（体积比）。P10气正常流量为50mL/min,不超过100mL/min.

                           图3  气路示意图

3.功能特点

1）平板型流气式大面积2π 多丝正比计数器；

    2）标准型快插式气路接口；

3）进出气流量指示，可快速判断气路故障；

4）配套专用减压阀和连接过桥，适用于任何气瓶接口；

5）该设备改进了测控系统的重建和正比室结构，使该多丝正比计数器的技术性能得以恢复和优化，样品一次测量的耗时减少，使得工作气体的消耗降低，工作效率提高。

6）探测效率高、重复性好、稳定性优，适用于 α、β 放射性平面源和环境样品 α、β 放射性的测量。

4.主要技术指标

1）测量类型：α/β；

2）有效探测面积：185mm×135mm （面积大于采购要求）；如果用户定制，可设计达1000cm2的产品;                                                                                                                                                         

3）测量范围：α：10-20000 cps ；β：100-20000 cps ；

4）坪长：＞200V，坪斜：＜2%/100V     

5）本底：α：≤1 cps ；β：≤10cps 

6）有效探测面积内任一点的探测效率：α：≥99%；β：≥99% ；   

7）测量不确定度：≤2% (k=2)；   

8）8小时系统稳定性：≤0.5%；

9）应用测量时，建议采用工作气源：氩甲烷混合气体（90% Ar +10% CH4）

0.1 MPa（Max），一般50 mL/min，不超过100 mL/min；

10）尺寸与重量：225x175X9mm,3.5kg.

5.技术设计特点

该多丝正比计数器阳极丝、上下平行金属阴极板、源托盘、不锈 钢上盖及底座等组成， 除气体进出口外其余 部分采用良好的密封设计。平行阳极丝固定于上下平行阴极金属板之间。

图4  阳极与阴极位置示意图（正面与侧面）

阳极是将根严格平行且等间距的镀金钨丝(Ф50μm）焊接在加厚 PCB 印制板上，并用绝缘材质的螺丝固定 在聚四氟乙烯槽中。框式结构的加厚 PCB 印制板强度大，可有效防止阳极丝张力引起的形变，保持探测器性能稳定。阳极丝采用纺 锤液滴点焊的方式，减少放电的几率。

根据GB/T16698-2008，气体流量稳定在 30mL/min 左右，采用数字式气体流量计，精确显示瞬时流量。

6.关键技术设计

1）单片机与集成电路的优化设计

  采用单片机和集成电路重建多丝正比计数器测控系统，这是改进多丝正比室及气流系统的结构， 改善和提升了多丝正比计数器的技术性能；对原来的设备探测器的高压电源为固定的高压值，不能通过调节高压测量仪器的坪曲线， 无法获得仪器的工作状态，难以改善仪器的稳 定性的问题，设计了程控高压。针对仪器的放大器为固定的放大倍数，不能通过调节放大倍。

2）数据采集控制模块与反符合电路优化设计

实际应用中，其2π 反符合流气式多丝正比计数标准装置 由主机、高压电源、前置放大器、主放大器、数据采集控制模块组成，数据采集控制模块实现单道及控制、门信号产生、 数据采集、高压控制等，配合数据获取分析 软件实现测量程控化。特别是通过程序控制，渐进加压稳压后，才启动测量，有效防止了高压冲击放电，提高了测量数据的准确性，延长了正比计数器的寿命。

反符合电路对各路核脉冲信号实现宽窄不同的单稳信号整形，把主探头信号转换成 窄脉冲的主信号，把反符合探头信号转换成 宽信号，以消除由主信号放大通道和反符合 信号放大通道时间常数的差异引起的信号输出时间上的偏差，实现反符合的准确有效。

 3） 探测效率与本底

    采用标准的放射性核素即标准源测量其效率；按照GB/T16698-2008中测量系统的性能要求进行效率测试。在正比计数器可测面积内的任何一点（取2位有效数字），其 α 探测效率 约99%，β探测效率 99%。

按 照 GB/T16698-2008 的要求， 可将α探测效率、 α本底，通过调整丝平面距离源表面的间距、测量板使用本底 更低的材料、调整测量参数，使效率更高、本底更低。