大体积低能β量热装置研制

    1 前 言

    对于大体积样品放射性活度的非破坏性测量，量热法与其它方法相比，具有以下主要优点：①测量时无需取样和拆除包装；②无需考虑自吸收；③探测效率与射线的能量无关；④样品所含非放射性物质的多少以及样品重量或温度的变化对测量均不产生影响;⑤所需要的测量时间较短。因此，量热法在放射性计量中得到了广泛的应用。

    量热法的主要类型有热流型、绝热型和等温型 3 种。前 2 种的主要缺点是加工工艺复杂，自动化程度低和测量时间长。目前，国外已经研制出工作于伺服控制方式的等温型量热计[1、2]，测温传感器为热电阻。该量热计所需测量时间较短，较易实现装置的自动化，尤其适用于大体积样品的热功率测量。但其测控系统的数字化程度不高，系统过于复杂，调试与维护较麻烦，抗干扰性能和可靠性较差。因此，本量热装置采用工作于伺服控制方式的等温型量热计原理，设计中引入了最新的电子、计算机、材料及自动控制等技术，不但简化了整机设计，实现了全数字控制和自动测量，而且解决了强放样品进出量热单元的操作难题。

    2 装置的测量原理及功能特点

    2.1 热功率测量原理

    量热法的工作原理是建立在测量样品的热效应基础上的；对于放射性样品，就是物质对核辐射的吸收热效应。如图 1 所示，当量热杯吸收发热样品(放射源)的热能后，温度升高，通过测量量热杯的温度变化或传向周围介质的热流，就可以得到被测样品的发热功率(P)。

    采用伺服控制系统使量热杯和外套的温度恒定，并使量热杯温度略高于外套温度，以维持一定的往外热流。系统达到热平衡时，量热杯吸收的热功率等于其往外散热的热流，保持恒定。当待测样品(发热体)放入量热杯后，为了使量热杯维持原来的恒定温度，伺服控制系统自动减小施加于量热杯

的电功率。经过一段时间后，系统达到新的热平衡。这样，样品放入前后伺服控制系统施加在量热杯上的电功之差就是被测样品的发热功率。

    2.2 装置的功能特点

    装置具有以下功能特点：①直接给出被测样品核素质量或活度的测量结果及其不确定度；②实时显示温度、功率等测量值随时间的变化曲线；③有自动报警与保护功能；④有自校验和自动校准功能；⑤能以文件方式记录测量过程和结果。

    3 装置组成

    量热装置的硬件包括量热单元、温度控制与测量系统、电热模拟体和样品装卸系统 4 部分(图 2)。 前两部分在装置测控软件的控制下协调工作，实现对大体积样品放射性活度的非破坏性测量。