随着人类社会的发展及现代化工业的进步，大气中粉尘浓度的含量越来越高;特别是一些特殊行业的工作环境，有时甚至能达到危害工作人员身体健康的程度。因此，对大气中粉尘浓度进行监测已成为迫在眉睫的之事。
摘 要 文章阐述了在粉尘浓度在线连续监测中发挥了独特优势的空腔式β射线粉尘测量技术的工作原理、系统结构及理论模拟结果，研究了空腔式β射线粉尘测量仪在粉尘监测中可能的使用效果，提出了研制测量仪的理论方案。
关键词 职称论文发表,空腔,β射线,粉尘测量仪
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，现阶段大气粉尘测量技术及仪器不能满足自动，实时数据连续测量(现阶段的粉尘测量仪多为滤膜式测量仪)，无人操作及数据记录和传输的要求。为此，对空腔式β射线粉尘测量仪的技术开发进行了可行性研究。它可以实现连续自动监测大气中的粉尘浓度，并将数据记录储存。
1 仪器工作原理
强度恒定的β源发出的β射线通过介质时，β粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收。在低能条件下，吸收程度取决于介质的质量，与粉尘粒子的粒度、成分、颜色及分散状态等无关。吸收量与物质的质量关系为式(1)：
(1)
式中：N为采样后被介质吸收后的β粒子计数;N0为采样前未经介质吸收的β粒子计数;μm为β粒子对特定介质的吸收系数(cm2/ mg);d为吸收介质的厚度(cm);ρ为介质的相对密度(mg/cm3)。
仪器的工作原理基于上式即应用β射线吸收技术来测量大气中粉尘的质量浓度。
2 仪器结构与设计
仪器采用单片机控制，由探测及控制两部分组成。仪器结构原理框图如图1所示。
图1 仪器结构原理框图
2.1 探测部分设计
采用C14作为工作源，形状是直径为1 cm的圆形面源，活度定为0.2mCi，其活度大小低于五类源，属豁免源，由于活度低，可有效降低使用人员所接受的剂量，提高安全性，但是如果长时间直接接触，仍然会对人体产生影响，由于其放出的粒子能量为0.156MeV，在空气中的最大射程约为0.26 m，因此，在使用时操作人员应与仪器保持一定距离，该距离≥30 cm，为使探测器能达到最佳性能，探测器与放射源的距离应保持在5 cm左右，探测器采用G-M计数管，如图2所示。
图2 探测部分示意框图
由上述可知，源与探测器之间的有效测量体积为15.7 cm3，通过模拟;当源与探测器之间的空间为空气时，探测器的测量数据为1.96mCi，探测效率为98%;因此，在理论上，空腔式β射线粉尘测量仪是可以实现的。
当粉尘处于源于探测器之间时，阻隔了部分β射线穿过，使探测器所形成的脉冲信号减少，通过其减少幅度，可得粉尘的绝对质量，如式(2)所示：
(2)
式中：m是粉尘的绝对质量，单位mg;A是粉尘分布的表面积，单位cm2;(ρ/μ)是质量衰减系数;n0、n分别代表源于探测器之间在没有粉尘和有粉尘时以电流脉冲记录下来的β粒子数。其中衰减系数受粉尘粒子化学成分影响，对于β射线粉尘测量仪来说，当场所类型一致时，该系数是个常值。
粉尘绝对质量m与有效测量体积d的比值，就是粉尘浓度，如式(3)所示：
c=m/d(15.7 cm3) (3)
2.2 控制部分设计
由G-M探测器得到的脉冲信号，经放大器放大后通过微处理器进行计算处理，数据保存在存储器中，并在显示屏中显示出来;同时，通过数据传输系统将数据传送至总监控平台和操作器上。当数据超标时仪器报警，报警可分两个级别，既吸入粉尘浓度超标报警及粉尘浓度达到爆炸临界值报警。仪器内部示意图如图3所示。
图3 仪器内部示意图
为保证操作人员安全，仪器设置为外部遥控操作，仪器外部示意图如图2所示，操作器为带有蓝牙功能及操作测量软件的手机，通过手机开通仪器电源开关;并通过测量软件选择测量场所，因在不同场所中，空气中粉尘化学成分不同，粉尘的衰减系数有较大区别，因此，仪器在使用过程中需要选择所使用的场所，以确定衰减系数，从而降低测量误差。
3 结束语
β射线粉尘测量仪具有其他测尘方式无法比拟的优点，到目前为止，已经取得迅速发展，在相关领域发挥着重要的作用。而空腔式β射线粉尘测量仪更是拥有可针对不同场所的粉尘浓度进行测量，数据准确，自动化，智能化，简便易操作，安全性高等优点。我相信，该技术将会成为测尘技术中新的主力军，为环境保护事业作出更大贡献。
基金项目
湖南省科技厅(工业支撑项目)(编号：2012GK3133)
资助。
参考文献
[1]曹光辉.β射线粉尘浓度测量仪采样器及机械装置[D].南华大学，2012.
[2]练德幸.基于PLC的β射线吸收法粉尘浓度监测技术研究[D].南华大学，2012.
[3]李宗伦，赵修良，彭丽婧，等.β射线粉尘测量仪在煤矿粉尘浓度监测中的应用[J].中国矿业，2010(03)：107-109.
[4]李宗伦.β射线式粉尘测量仪源―探测器优化与采样装置概念设计[D].南华大学，2010.
[5]练德幸，赵修良，刘丽艳，等.基于PLC的β射线吸收法粉尘浓度测量系统[J].南华大学学报(自然科学版)，2011(04)：35-40.
