阅读说明：本技术 采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法 (Device and method for measuring Rn-222 by adopting CMOS image sensor ) 是由 谭延亮 林芬 王璐薇 谢若梅 范钟凯 胡滔 莫贻香 刘帅彬 袁帅 袁红志 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法,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。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,高压触头通过导线与高压模块连接,第一气管阀门与第一电磁阀连接,第一电磁阀的另一端与氡室连接,第二气管阀门与第二电磁阀连接,第二电磁阀的另一端与气泵连接,气泵的另一端与氡室连接。测量时,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。本发明的装置成本低,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。(The device comprises a measuring cavity, the CMOS image sensor, a computer, a high-voltage contact, a high-voltage module, a radon chamber, a first electromagnetic valve, a second electromagnetic valve and an air pump. The cylinder wall of the lower portion of the measuring cavity is provided with a first air pipe valve and a second air pipe valve, the CMOS image sensor is installed on an end cover of the measuring cavity and connected with a computer through a USB wire, the high-voltage contact is connected with the high-voltage module through a wire, the first air pipe valve is connected with the first electromagnetic valve, the other end of the first electromagnetic valve is connected with the radon chamber, the second air pipe valve is connected with the second electromagnetic valve, the other end of the second electromagnetic valve is connected with the air pump, and the other end of the air pump is connected with the radon chamber. During measurement, the concentration of Rn-222 is obtained by measuring the quantity of beta rays and gamma rays by using a CMOS image sensor. The device has low cost, obtains the Rn-222 concentration by measuring the quantity of beta rays and gamma rays by utilizing the CMOS image sensor, and has high measurement sensitivity.)

采用CMOS图像传感器测量Rn-222的装置及方法

技术领域

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

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

附图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。