随着核技术应用的不断发展,核事故、核威胁的发生概率也随之增加。核泄露事故、核试验与核爆炸都可能造成大量放射性气溶胶的迅速扩散,对环境与人员的健康造成了严重的威胁。为了全面、快速、准确的制定核应急处置方案,保障公众人员的安全,污染区域大气放射性气溶胶的实时快速监测技术显得尤为重要。本文针对现有气溶胶取样监测技术存在的一些不足,结合小型无人旋翼机的机动性与机载放射性气溶胶取样监测装置的便携性,研制出一套小型无人机机载放射性气溶胶在线监测系统。主要围绕放射性气溶胶取样模块的设计与优化、谱仪电子学单元的设计与研发以及系统装配与试验等几部分展开研究。(1)依据机载放射性气溶胶取样监测系统的功能设计,开展系统整体设计方案的研究。通过SOLIDWORKS软件对放射性气溶胶取样装置进行建模,并利用ANSYS FLUENT软件与Flow Simulation软件进行了流体可视化模拟试验,依据模拟结果对取样装置进行了设计优化,优化结果显示流线型的设计方案可以减小取样腔室内部涡旋的产生概率,有利于粒子的输运;设计了两种远程气溶胶取样控制系统,并通过串口通信模拟与泵控硬件测试,验证了远程气溶胶取样控制系统的可行性;在沙尘试验箱中对超细纤维素滤膜和聚偏氟乙烯滤膜进行了取样性能的对比研究,实验结果显示在相同的取样环境下超细纤维素滤膜的取样性能更胜一筹。(2)确定α/β/γ探测器的选型,设计并测试了相关外围电子学读出电路。针对薄窗GM计数管、PIPS探测器和CZT探测器,绘制了相应电子学模块的硬件读出电路,包括DC-DC高压供电、电荷灵敏前置放大器和主放大器的相关电路设计。设计过程中针对电路抗干扰能力、电压纹波控制以及各类经验设计进行了研究,并对制作好的电路系统进行了测试,测试结果显示各探测模块的外围读出电路均满足放射性测量要求。(3)研究机载放射性气溶胶取样监测谱仪的一体化装配并进行了户外飞行测试。借助SOLIDWORKS软件对系统整体进行了等比例建模,并对系统各模块的装配进行了最优化研究。对装配完成后的无人机监测系统进行了户外飞行测试,测试结果显示远程气溶胶取样控制模块、数据通信模块和能谱处理模块等均满足取样监测任务的需求。本文的研究工作对国内小型无人机机载放射性气溶胶在线监测系统的研制具有现实意义,有望解决事故后对大范围的放射性气溶胶无法快速取样在线测量的问题,为核事故应急与保障人员安全提供了技术层面的支持,填补国内目前在该方面的空白,具有一定的实用价值和科学意义。