CN101377468A - 采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中222Rn、220Rn浓度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法及装置，首先开启取样泵，将测量环境中含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流率在回路中循环5min，从而使闪烁室中²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，接着开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到N₁；再关闭取样泵，密闭闪烁室15min，接着再开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到N₂。然后用平行算法或消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法计算²²²Rn、²²⁰Rn的浓度。

Description

采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中222Rn、220Rn浓度的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种采用单闪烁室流气静态法对空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度进行测量的方法及装置。

背景技术

近年来，对环境²²⁰Rn水平调查的兴趣呈明显上升趋势，调查发现有些环境中²²⁰Rn浓度较高，而我国土壤中²³²Th的含量与世界均值比较明显偏高。由于²²⁰Rn的半衰期很短，很难建立一个稳定均匀的²²⁰Rn水平环境，再加上对²²⁰Rn的危害不够重视，所以²²⁰Rn及其子体的测量技术远没有氡的发展的那么方便和完善。当前测量²²²Rn、²²⁰Rn混合气体的方法主要有α能谱法、双闪烁室流气延时法，然而此两类方法测量系统复杂、测量时间长、不易实现自动化。

发明内容

本发明的目的是公开一种对空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度采用单闪烁室流气静态法进行测量的方法及装置，该方法测量系统简单、测量时间短且易实现自动化，为混合²²²Rn、²²⁰Rn浓度的自动、快速及可靠的测量，尤其是对标准²²⁰Rn室的定值提供了一种新方法。

本发明的技术方案是：一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，欲准确测定空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度，必须解决²²²Rn、²²⁰Rn的相互干扰，²²²Rn的半衰期为3.823d，而²²⁰Rn的半衰期仅约55.6s，因此²²²Rn、²²⁰Rn的甄别可利用它们本身的半衰期来实现。若含²²²Rn、²²⁰Rn空气被密封在一个闪烁室中，10min后则约100％的²²²Rn仍然存在，而²²⁰Rn则基本衰变完了，只存留长寿命子体²¹²Pb。

其具体测量步骤如下：

一、开启取样泵，将测量环境中含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流率在回路中循环5min，从而使闪烁室中²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，接着开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到计数N₁。

二、关闭取样泵，密闭闪烁室15min，此时²²⁰Rn衰变完了，接着再开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到²²²Rn及其子体和²²⁰Rn子体²¹²Po的计数N₂。

三、通过平行算法，从而可分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度。

平行算法：若进入闪烁室²²²Rn、²²0Rn的浓度分别为C_Rn和C_Tn(Bqm^-3)，两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，则有

C_Tn＝K_Tn，1(N₁-C_Rn/K_Rn，1)    (1)

C_Rn＝K_Rn，2(N₂-q·C_Tn)             (2)

由(1)、(2)式可得：

$C_{\mathrm{Tn}}=\frac{K_{\mathrm{Tn},1}(K_{\mathrm{Rn},1}{N}_1-K_{\mathrm{Rn},2}{N}_2)}{K_{\mathrm{Rn},1}-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(3\right)$

$C_{\mathrm{Rn}}=\frac{K_{\mathrm{Rn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}(N_2-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{N}_1)}{K_{\mathrm{Rn},1}-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(4\right)$

上述公式中，K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2可以通过严格刻度得到，q可以通过理论计算和实验确定。

四、本发明还可以通过消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法，来分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度。

消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法：

若两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，当不考虑长寿命²²⁰Rn子体对测²²²Rn的干扰时，则有

C_Rn，0＝K_Rn，2N₂      (5)

C_Tn，0＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，0/K_Rn，1)     (6)

很显然，C_Rn，0高估了²²⁰Rn室中的²²²Rn水平，而C_Tn，0低估了²²⁰Rn室中的²²⁰Rn水平。故需要对它们进行修正，方法如下：

第一次修正： C_Rn，1＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，0)        (7)

             C_Tn，1＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，1/K_Rn，1)   (8)

第二次修正： C_Rn，2＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，1)        (9)

             C_Tn，2＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，2/K_Rn，1)   (10)

第n次修正： C_Rn，n＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，n-1)       (11)

            C_Tn，n＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，n/K_Rn，1)    (12)

一般经过约五次修正就可以满足要求了。当然，具体修正多少次可根据要求确定。

本发明的另一目的是公开一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的装置，它是由取样泵、流量计、过滤器、闪烁室和管道组成，取样泵、流量计、过滤器和闪烁室通过管道依次连接。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、单闪烁室流气静态法使用一套闪烁室测量装置进行²²²Rn、²²⁰Rn浓度的测量，利用²²²Rn、²²⁰Rn的半衰期的差异对²²²Rn、²²⁰Rn进行了甄别(²²²Rn的半衰期为3.823d，而²²⁰Rn的半衰期仅约55.6s)，并对其中²²⁰Rn子体²¹²Pb的干扰问题给出了解决办法。

2、与双闪烁室流气延时法相比，单闪烁室流气静态法装置简单、操作方便，同时缩短了测量时间，满足了²²²Rn、²²⁰Rn浓度快速同时测量的需要。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

附图为本发明的测量装置结构示意图。

具体实施方式

实施例一：一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，其具体测量步骤如下：

一、开启取样泵1，将测量环境6中含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流速在回路中循环5min，从而使闪烁室4中²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，接着开启闪烁室4的测量系统计数5～30min，得到计数N₁。

二、关闭取样泵1，密闭闪烁室4，15min后再开启闪烁室4的测量系统计数5～30min，得到²²²Rn及其子体和²²⁰Rn子体²¹²Po的计数N₂。

三、通过平行算法，分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度。

平行算法：若进入闪烁室²²²Rn、²²⁰Rn的浓度分别为CRn和CTn(Bqm^-3)，两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，则有

C_Tn＝K_Tn，1(N₁-C_Rn/K_Rn，1)       (1)

C_Rn＝K_Rn，2(N₂-q·C_Tn)             (2)

由(1)、(2)式可得：

$C_{\mathrm{Tn}}=\frac{K_{\mathrm{Tn},1}(K_{\mathrm{Rn},1}{N}_1-K_{\mathrm{Rn},2}{N}_2)}{K_{\mathrm{Rn},1}-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(3\right)$

$C_{\mathrm{Rn}}=\frac{K_{\mathrm{Rn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}(N_2-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{N}_1)}{K_{\mathrm{Rn},1}-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(4\right)$

上述公式中，K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2可以通过严格刻度得到，q可以通过理论计算和实验确定。

上述测量方法所采用的装置由取样泵1、流量计2、过滤器3、闪烁室4和管道5组成，取样泵1、流量计2、过滤器3和闪烁室4通过管道5依次连接。

实施例二：一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，其具体测量步骤如下：

一、开启取样泵1，将测量环境6中含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流速在回路中循环5min，从而使闪烁室4中²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，接着开启闪烁室4的测量系统计数5～30min，得到计数N₁。

二、关闭取样泵1，密闭闪烁室4，15min后再开启闪烁室4的测量系统计数5～30min，得到²²²Rn及其子体和²²⁰Rn子体²¹²Po的计数N₂。

三、通过消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法，分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度。

消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法：

若两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，当不考虑长寿命²²⁰Rn子体对测²²²Rn的干扰时，则有

C_Rn，0＝K_Rn，2N₂     (5)

C_Tn，0＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，0/K_Rn，1)       (6)

很显然，C_Rn，0高估了²²²Rn水平，而C_Tn，0低估了²²⁰Rn水平。故需要对它们进行修正，方法如下：

第一次修正：C_Rn，1＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，0)            (7)

           C_Tn，1＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，1/K_Rn，1)        (8)

第二次修正：C_Rn，2＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，1)             (9)

            C_Tn，2＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，2/K_Rn，1)        (10)

第n次修正：C_Rn，n＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，n-1)      (11)

           C_Tn，n＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，n/K_Rn，1)        (12)

一般经过约五次修正就可以满足要求了。当然，具体修正多少次可根据要求确定。

上述测量方法所采用的装置由取样泵1、流量计2、过滤器3、闪烁室4和管道5组成，取样泵1、流量计2、过滤器3和闪烁室4通过管道5依次连接。

Claims (4)

1、一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，其特征是，其具体测量步骤如下：

一、开启取样泵，将测量环境中含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流速在回路中循环5min，从而使闪烁室中²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，接着开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到计数N₁；

二、关闭取样泵，密闭测量闪烁室15min，接着再开启闪烁室测量系统计数5～30min，得到²²²Rn及其子体和²²⁰Rn子体²¹²Po的计数N₂。

2、根据权利要求1所述的一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，其特征是通过平行算法，分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度；

平行算法：若进入闪烁室²²²Rn、²²⁰Rn的浓度分别为C_Rn和C_Tn(Bqm^-3)，两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，则有

C_Tn＝K_Tn，1(N₁-C_Rn/K_Rn，1)           (1)

C_Rn＝K_Rn，2(N₂-q·C_Tn)          (2)

由(1)、(2)式可得：

$C_{\mathrm{Tn}}=\frac{K_{\mathrm{Tn},1}(K_{\mathrm{Rn},1}{N}_1-K_{\mathrm{Rn},2}{N}_2)}{K_{\mathrm{Rn},1}-q{K}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(3\right)$

$C_{\mathrm{Rn}}=\frac{K_{\mathrm{Rn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}{(N}_2-{\mathrm{qK}}_{\mathrm{Tn},1}{N}_1)}{K_{\mathrm{Rn},1}-q{K}_{\mathrm{Tn},1}{K}_{\mathrm{Rn},2}}---\left(4\right)$

上述公式中，K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2可以通过严格刻度得到，q可以通过理论计算和实验确定。。

3、根据权利要求1所述的一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的方法，其特征是通过消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法，分别确定²²²Rn、²²⁰Rn的浓度；

消除²²⁰Rn子体对测氡干扰的算法：若两次计数的净计数分别为N₁和N₂，对应的刻度系数分别为K_Rn，1、K_Tn，1、K_Rn，2(Bqm^-3/每个计数)，单位²²⁰Rn浓度在第二次计数期间产生的计数为q((Bqm^-3)^-1)，当不考虑长寿命²²⁰Rn子体对测²²²Rn的干扰时，则有

C_Rn，0＝K_Rn，2N₂                             (5)

C_Tn，0＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，0/K_Rn，1)               (6)

很显然，C_Rn，0高估了²²²Rn水平，而C_Tn，0低估了²²⁰Rn水平，故需要对它们进行修正，方法如下：

第一次修正：C_Rn，1＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，0)         (7)

C_Tn，1＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，1/K_Rn，1)                (8)

第二次修正：C_Rn，2＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，1)         (9)

C_Tn，2＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，2/K_Rn，1)                (10)

第n次修正：C_Rn，n＝K_Rn，2(N₂-qC_Tn，n-1)         (11)

C_Tn，n＝K_Tn，1(N₁-C_Rn，n/K_Rn，1)                 (12)

4、一种采用单闪烁室流气静态法同时测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn浓度的装置其特征是：它是由取样泵、流量计、过滤器、闪烁室和管道组成，取样泵、流量计、过滤器和闪烁室通过管道依次连接。

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