CN101377548B - 空气中222Rn、220Rn子体水平的α能谱重建测量方法 - Google Patents

Abstract

一种空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法，首先需要对²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序进行优化，然后以一台α谱仪工作站为核心，利用α谱仪测量软件的通信接口，编写自动控制程序让α谱仪按某一单位时间做循环测量，得到一系列的α能谱文件，并启动谱文件处理软件，对得到的α能谱文件进行叠加，得到不同时间段的谱文件，接着提取各个测量时间段的α能谱中特定能量区间的能谱信息，从而实现了获取测量样品任意时间段任意能量区间的谱数据，然后将数据代入公式计算得到测量结果。

Description

空气中222Rn、220Rn子体水平的α能谱重建测量方法

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法。 

背景技术

近年来，随着人们对²²²Rn、²²⁰Rn及其子体研究的深入，发现在有的环境中²²⁰Rn及其子体所致剂量不可忽略且其对²²²Rn及其子体测量造成干扰。由于²²²Rn、²²⁰Rn的衰变子体的辐射剂量远远高于氡本身，加之²²⁰Rn及其子体的平衡关系随时间、地点是变化的，仅仅根据²²²Rn、²²⁰Rn水平的测量结果来估算²²²Rn、²²⁰Rn及其子体所产生的剂量是不够的。为了更加准确地评价²²²Rn、²²⁰Rn的危害，有必要对环境空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体的水平进行同时测量。以往同时测量²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的方法主要有二段法和五段法，此类测量方法属于总α方法，要么测量时间较长，要么测量误差较大。近年来α能谱法区分能量的优点在²²²Rn和²²⁰Rn子体水平测量中得到了运用，实现了空气中²²²Rn和²²⁰Rn子体水平快速、可靠测量。基于保持总的测量时间最短和不确定度最小的原则对α能谱法进行优化可得到各种优化测量方法，由于不同核素的最佳测量时间段不同，而使得各种优化测量方法的测量时间段之间出现了重叠。此外，在使用α能谱法对短寿命的放射性核素衰变链进行定量测量时，最佳测量时间段之间也出现了重叠。为解决测量时间段之间重叠的问题，需要一种能够获取任意时间段、任意能量区间的α能谱 数据的方法，但目前还没有这样的方法。 

发明内容

本发明的目的是公开一种能获取总测量周期内任意时间段任意能量区间α能谱数据的α能谱重建测量方法，应用该方法解决了空气中²²²Rn和²²⁰Rn子体水平优化测量中时间段重叠的问题，并在α谱仪上实现了空气中²²²Rn和²²⁰Rn子体水平自动、快速及可靠的测量。 

本发明的技术方案是：一种空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法，首先对²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序进行优化，然后以α谱仪为核心，利用α谱仪测量软件的通信接口编写自动控制程序，让α谱仪按某一单位时间做循环测量，得到一系列的α能谱文件，并启动谱文件处理软件，对得到的α能谱文件进行叠加，得到不同时间段的谱文件，接着提取各个测量时间段的α能谱中特定能量区间的能谱信息，从而实现了获取测量样品任意时间段任意能量区间的谱数据，然后将数据代入公式计算得到测量结果，其工作原理如图1所示。 

本发明的效果和优点是： 

1、应用获取总测量周期内任意时间段任意能量区间α能谱数据的α能谱数据重建测量方法，α能谱仪实现了²²²Rn和²²⁰Rn子体水平的优化α能谱法自动、快速、可靠测量。 

2、该方法的优点在于既结合了现有成熟的α能谱测量技术和计算机技术，又最大化地利用了α能谱测量信息，且其利用通用的α谱仪和计算机组合，不需要其它硬件设施就能达到预期目标，提高了研发的效益，降低了研究的代价。 

3、²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的优化α能谱法自动测量的实现为标准²²²Rn、 ²²⁰Rn室中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的快速、准确定值建立了一套可靠的方法。 

4、在对多种短寿命核素的衰变链放射性测量中，可运用此方法对各核素进行定量测量与分析。 

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1为本发明的工作原理流程图； 

附图2为本发明的自动测量原理流程图； 

附图3为本发明的谱文件处理与计算的流程示意图。 

具体实施方式

一种空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法，首先需要对²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序进行优化。 

优化的²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序如下：用²²²Rn、²²⁰Rn子体采集系统，以取样流率v L/min在²²²Rn、²²⁰Rn子体混合的大气中取样15min；在取样后2～12、12～30min进行采样滤膜上²²²Rn子体RaA、RaC′的峰计数N₁₁、N₁₂、N₂₂测量；在取样后2～43、43～120min进行采样滤膜上²²⁰Rn子体ThC′的峰计数N₁₃、N₂₃；按下面的矩阵[M]^-1可得出²²²Rn、²²⁰Rn子体的浓度。 

$\left[\begin{array}{c}{C}_2\\ C_3\\ C_4\\ C_5\\ C_6\end{array}\right]=\frac{1}{\mathrm{vE\η}{K}_{\mathrm{\α}}}{\left[M\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{N}_{11}\\ N_{12}\\ N_{22}\\ N_{13}\\ N_{23}\end{array}\right],$ ${\left[M\right]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccccc}1.5638& 0& 0& 0& 0\\ -0.1941& -0.3182& 0.286& 0& 0\\ 0.0291& 0.3453& -0.1468& 0& 0\\ 0& 0& 0& -0.0316& 0.0323\\ 0& 0& 0& 0.0500& -0.0125\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中N₁₁表示在取样时间结束后的2～12min时间段内被探测到的由RaA衰变产生的α粒子数；N₁₂、N₂₂表示在取样时间结束后的2～12和12～ 30min时间段内被探测到的由RaC′衰变产生的α粒子数；N₁₃、N₂₃分别表示在取样时间结束后的2～43和43～120min时间段内被探测到的由ThC′衰变产生的α粒子数；ε为探测器对α粒子的探测效率(4π)，％；η为滤膜的过滤效率，％；K_α为滤膜的自吸收系数；v为取样流量，L/min；C₂、C₃、C₄、C₅、C₆分别为空气中RaA、RaB、RaC、ThB和ThC活度浓度，Bq/m³。 

本发明接着就是在ORTEC八通道α谱仪工作站上实现²²²Rn、²²⁰Rn子体水平优化α能谱法的自动化，本发明采用的α能谱仪为根据上面讲到的方法，在编写Job control程序时可以把一分钟作为一个测量循环周期，总共做118次这样的循环，从而仪器进行自动测量，最终得到118个测量时间均为一分钟的谱文件，且将它们按测量时间先后顺序命名，保存在指定的目录下。当测量完成后，让Job control启动谱文件处理与计算程序，其过程如图2所示。最后由谱文件处理与计算程序可计算得到C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、²²²Rn、²²⁰Rn子体的α潜能浓度及测量误差，并显示和输出结果。 

本发明的谱文件处理与计算程序的工作原理是：根据测量程序对测量时间段的安排，通过编写程序可以分别将第1～10，11～28，1～42，43～118个能谱文件进行叠加，得到优化测量程序中2～12、12～30、2～43、43～120min四个时间段的α能谱文件，从而解决了时间段重叠的问题。再对得到的四个α能谱文件进行读取，可获得指定能量区域的α能谱峰面积，接着对各个峰面积值进行重叠修正，就可以得到上面提到的N₁₁、N₁₂、N₂₂、N₁₃、N₂₃，再根据公式(1)可计算出C₂、C₃、C₄、C₅、C₆及²²²Rn、²²⁰Rn子体的α潜能浓度。谱文件处理与计算程序的流程如图3所示，其通过编程实现。 

本发明空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法的实验步骤如下： 

1、开启α能谱仪和计算机； 

2、用²²²Rn、²²⁰Rn子体采集系统在²²²Rn室进行取样，其中V＝10l/min，t＝15min； 

3、取样结束后，将收集子体的滤膜取下放在放样托盘的凸台上，用托盘罩罩住，然后将其置于α能谱仪的测量小室内指定位置上，关上密封小门； 

4、通过真空泵对小室抽真空，当到达真空要求的100mTorr以下后给探头加置偏压； 

5、当显示的探头漏电流达到要求的20nA，在取样结束后第2分钟时，开启Job control中要运行的自动控制文件，之后仪器进入自动测量和计算阶段； 

6、测量结束，电脑屏幕弹出结果显示对话框，读取及保存测量结果； 

7、结束，进行下一次测量或关闭系统。 

Claims (1)

1.一种空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱数据重建测量方法，其特征是：首先对²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序进行优化，优化的²²²Rn、²²⁰Rn子体水平的α能谱测量程序如下：

编写所述测量程序把一分钟作为一个测量循环周期，通过编写程序将能谱文件进行叠加得到优化测量程序中2～12、12～30、2～43、43～120min四个时间段的α能谱文件；用²²²Rn、²²⁰Rn子体采集系统，以取样流率vL/min在²²²Rn、²²⁰Rn子体混合的大气中取样15min；在取样后2～12、12～30min进行采样滤膜上²²²Rn子体RaA、RaC′的峰计数N₁₁、N₁₂、N₂₂测量；在取样后2～43、43～120min进行采样滤膜上²²⁰Rn子体ThC′的峰计数N₁₃、N₂₃；按下面的矩阵[M]^-1可得出²²²Rn、²²⁰Rn子体的浓度；

其中，N₁₁表示在取样时间结束后的2～12min时间段内被探测到的由RaA衰变产生的α粒子数；N₁₂、N₂₂分别表示在取样时间结束后的2～12和12～30min时间段内被探测到的由RaC′衰变产生的α粒子数；N₁₃、N₂₃分别表示在取样时间结束后的2～43和43～120min时间段内被探测到的由ThC′衰变产生的α粒子数；E为探测器对α粒子的4π探测效率，％；η为滤膜的过滤效率，％；K_α为滤膜的自吸收系数；v为取样流量，L/min；C₂、C₃、C₄、C₅、C₆分别为空气中RaA、RaB、RaC、ThB和ThC活度浓度，Bq/m³；

然后以一台α谱仪为核心，利用α谱仪测量软件的通信接口，编写自动控制程序让α谱仪按某一单位时间做循环测量，得到一系列的α能谱文件，并启动谱文件处理软件对得到的α能谱文件进行叠加，得到不同时间段的能谱文件，接着提取各个测量时间段的α能谱中特定能量区间的能谱信息，从而实现了获取测量样品任意时间段任意能量区间的谱数据，然后将数据代入公式(1)计算得到测量结果。 

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