随着工业的蓬勃发展，人们对能源的需求也越来越大，对能源的探索和开发由普通能源如煤矿和石油天然气转战到风能、太阳能和核能。其中，核能以其高效和清洁的优势迅速占领了新能源的比重。人们享受着核能带来的巨大利益的同时也承担着核污染与核辐射的风险，2011年日本福岛核辐射事件再一次给全世界敲响了警钟，人们开始高度关注核污染的预防措施、核辐射监测以及核事故急救等问题。由于核素衰变产生的射线常规方法不能够检测出来，为了及时了解受照人员或环境的污染情况，需要专业的仪器进行辐射粒子的测量。本论文从属的课题受科技部科学仪器专项“大批量人群核辐射体内污染快速检测仪”项目资助，旨在结合现有的技术基础及先进的科学设备，研制出便携式和智能化的内污染α粒子检测系统。研究工作着眼于内污染α粒子测量装置的机械结构，从改善探测平台和提高真空容器的密封性能入手，重点研究真空容器的结构设计和尺寸优化，以期实现测量装置操作便捷，功能实用，造型轻巧，适用范围广泛等目标。本文调研了不同类型的核辐射探测器的功能和使用范围，选择金硅面垒探测器作为探测装置的核心。结合金硅面垒探测器的结构特点，在此基础上改进探测器的支撑方案，设计了悬挂式的探测平台，可以避免外界对探测器表面的二次污染，提高探测效率。此外，设计了旋转装置控制放射源样品，使得棉签保持轴向旋转运动，可以改善放射源的均匀性和活度的准确性，还能缩短采样时间，提高工作效率。实验表明，内污染α粒子测量装置中方形测量腔室存在严重漏气的问题，是因为构成密封的两个闭合面存在无法消除的夹角以及闭合面的表面加工精度不符合密封要求。从这两个原因出发，提出了分离式闭合面的圆筒型测量腔设计方案。首先，腔体的分离式特点方便各组件分开加工，构成密封面的待加工表面都是连续完整的，不存在台阶和过渡面。用型号为CA6140的车床加工出来的容器闭合面粗糙度为Ra1.6，而用线切割方式加工的方形测量腔闭合面的粗糙度为Ra3.2，相比而言车床加工的零件表面更为光滑。分离式闭合面最大的优点是两个闭合面贴近时能够减小因设计不当存在的夹角，在对称的外作用力下趋于平行贴紧。其次，密封面上的环形燕尾槽设计可以避免垫片在挤压变形时发生错位和脱落。为了验证改进后的真空容器（即不进行探测工作的测量腔）能够解决真空度不稳定和漏气等问题，进行了为期八天的密封性实验，实验结果表明圆筒型真空容器的最大真空度为-78kp（a相对真空度），且最大真空度持续时间长达1440min，远远超出了测量腔的工作时长。因此，真空容器的设计方案具有良好的气密性，能够为金硅面垒探测器提供一个无污染低耗损的探测环境。解决漏气问题后，在该方案的基础上对真空容器进行质量和结构的进一步优化和改良。ANSYS软件是一款以有限元法为原理，以计算机为工具，对实际物理问题进行模拟求解的软件。利用ANSYS软件有限元分析的功能，使用图形用户界面（GUI）的操作方式，按照“构建数学模型——定义有限元模型——设置优化变量并分析求解”这一过程完成真空容器的优化设计。获得最合适的一组壁厚尺寸：筒体壁厚取2.5mm，前端盖厚度取5mm，后封头厚度取5mm，前法兰厚度取4mm，后法兰厚度取4mm。最后对真空容器的结构进行应力分析，ANSYS软件不仅能够完成模型的结构静力学分析还可以显示应力云图和应力分类。模型受力分析结束后查看应力云图，选择高应力区域定义评定路径，输出每条路径上节点的应力值，按照应力类别提取对应的有效应力。依据压力容器的设计规则，完成所有高应力区域里最大应力的强度评定，结果表明真空容器满足强度条件。根据密封性实验结果和真空容器模型的应力分析可以判定，内污染α粒子测量装置具有质量更轻，体型更小，操作方便和气密性稳定的优点，满足设计指标，研究成果值得进一步推广应用。