随着核技术的不断发展和应用，我国的各类核设施的数量增长很快。在这些有表面污染风险的场合，α、β表面污染测量是日常和应急情况下的重要工作之一。α粒子在空气中的射程极短，贯穿能力很弱，但又有很强的电离本领，这些特性决定了在直接进行表面污染测量时有很多限制条件:一要采用薄窗探测器; 二是探测器与被测表面有距离限制(一般小于3-5 ㎝); 三是被测表面要尽量平整等等。因此对包含不平整或不规则表面的物体，如常用工具、机器零部件、管道内壁等，直接测量其α表面污染难以得到准确的结果。

α粒子在空气中与空气分子相互作用产生电离离子对，可以利用气流将被α粒子电离的离子对输送一段距离(几十厘米至数米)，通过测量电离电流来估算α核素的活度。这种利用离子收集测量α粒子的方法开辟了α测量的另一途径，其最大特点是对监测对象的表面形状没有严格要求，在大面积监测、对监测对象种类(如固体、气体、液体、土壤)等^[1-5]方面也有很多自身的特点。

由于离子收集法测量α粒子技术很好地解决了α粒子在空气中的射程太短的问题，其在表面污染测量中的应用前景非常广泛。

1 离子收集法测量α粒子简介

离子收集法测量α粒子避开了常规α探测器必须靠近α源的缺点。传统α探测器测量示意图如图 1所示。一个5Mev的α粒子在空气中的射程大约只有3.5 ㎝，测量时α粒子不仅要穿过空气层还要穿过探测器薄窗才能被探测到，源与探测器间的最大距离一般不能大于3 ㎝。

离子收集法是利用离子捕集器测量被α粒子电离了的空气中的正负离子，其中负离子由中性空气分子俘获一个自由电子而形成。α粒子的电离能力很强，空气中其能量基本上全部都损耗在电离作用中，在空气中每产生一对正负离子大约需35ev的能量，一个5Mev的α粒子大约可产生1.5 × 10⁵个离子对。测量这些离子对就可推算出α的活度。

离子收集法测量α粒子一般有两种方法:流气式和静电式。流气式离子收集法测量α粒子的原理示意图如图 2所示。空气流由图的左方吹向右方的离子捕集器并穿过，气流将被α粒子电离的离子对载带入离子捕集器，其电极感应出的微弱的电流信号送入高灵敏静电计进行测量，由测得的电流值可推算出α源的活度^[6-8]。静电式离子收集法测量α粒子的原理示意图如图 3所示。它是依靠静电场的作用来测量电离电流的，极板上加上高压形成电场，被α粒子电离的离子对在库仑力的作用下分别向极板移动，形成电流信号，同样送入静电计测得电离电流进而推算α源活度。

用离子收集法测量α粒子的最大特点就是测量时不再需要将探测器靠近α辐射体，因而给测量工作带来极大的方便，解决了许多传统α探测器难以解决或无法解决的实际问题，可以广泛地应用于日常的表面污染测量工作，其优点主要表现在:

(1) 可监测凹凸不平或不规则的表面，如各种工具表面。

(2) 可监测小空腔的内表面，如管状或筒状物体的内表面。

(3) 可监测较大面积的α污染物。

(4) 适合监测常规α探测器难以接近的表面。

(5) 对低能β也有较好的响应(如³H，¹⁴C等)。

2 在表面污染测量中的应用

离子收集法测量α粒子有许多自身特点，在辐射防护领域尤其是表面污染测量方面有很好的应用前景:

2.1 固体样品(小物件) α表面污染测量

主要监测对象是被α污染的外形复杂的固体物品，如各种工具、机械零部件、个人防护用品等，这些物品的体积和重量一般都不大，可以方便地放入适当的样品室内(也可根据被测物体的情况设计合适的样品室)，借助气流将正负离子对载入离子捕集器测量。如图 4所示。

2.2 片状样品、粉末及液体样品探测器

片状样品、粉末及液体样品探测器探测原理采用静电式的办法收集离子。样品室可设计成抽屉式，下部是一活动抽板，抽板上放有金属样品盘，被测样品置于盘上，如图 5。在极板上加适当的高压，与探测器外壳形成静电场，被样品发射的α粒子电离的离子对在电场的作用下向两极漂移，在信号极上形成电流，从而推算出样品的α活度。

2.3 土壤及墙壁表面污染测量装置

此种探测器也采用静电收集式原理，但其样品室没有底，测量时，将探测器直接扣在土壤、墙壁或其它面积较大的物体表面上，如图 6所示。这种探测器的灵敏面积可以做得较大，适合大面积表面污染测量。为降低外界空气的干扰，样品室边缘与被测物体表面接触部份应尽量保持密封。

2.4 管道内壁α表面污染测量装置

核设施退役拆除下来的管道中放射性污染测量非常重要，它决定着这些管道的后续处理工序以及废物分类。由于管道内径多样，长度不一，若直接测量α表面污染测量结果难以准确表征表面污染状况，管道内壁的表面污染测量一直是表面污染测量工作中的难题之一。利用通风的办法，将被α粒子电离的离子对携带至离子捕集器进行测量，避开了α粒子在空气中射程太短的缺点，提供了一种测量管道内表面α污染的途径，可以给实际测量工作带来很大的便利，如图 7所示。

2.5 全身探测器

将样品室设计成整体浴室的形状，下部开有空气入口，顶部安装风扇组件和测量极板，用于抽气和测量，侧面设密封门，以便被检测人员出入。

2.6 其它应用

离子收集法测量α粒子技术还可以在很多场合得以利用，如:手臂探测器、废物探测器、工作服探测器、氡探测器等等。

3 结束语

离子收集法是一种新颖的α粒子测量技术，可以在辐射防护领域，特别是表面污染测量有着广阔的应用前景。离子收集法测量α粒子技术有着许多传统探测器所不具备的特点，但由于此种技术还处于研究发展阶段，还有很多问题需进一步研究解决，包括β粒子干扰、外界空气干扰、密封问题等。