CN103487360B - 闭环式快速测量氡析出率的方法 - Google Patents

Abstract

一种闭环式快速测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算过程。测量时采用较长的时间间隔测量，既5-120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等。由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，通过对测量值进行修正，能够快速得到较准确的氡析出率。

Description

闭环式快速测量氡析出率的方法

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种闭环式快速测量氡析出率的方法。

背景技术

空气环境中氡主要来自于介质表面的析出，测量介质表面氡析出率的主要方法有累积法和活性炭吸附法。活性炭吸附法是利用活性炭对析出氡的吸附，通过对吸附在活性炭中的氡衰变产生的γ谱进行测量求出氡析出率，该方法测量时间长、不易实现自动化；累积法主要是用于测量一段时间内的平均氡析出率，具有重要的统计意义和参考价值。使用累积法的静电收集式氡析出率仪以其简便迅速、可即时测量给出结果得到了较广泛的应用。当前使用累积法都是采用一个集氡罩收集介质表面析出的氡，然后测量得到集氡罩内氡浓度的变化规律，对测量数据进行拟合得到氡析出率，但是数据拟合计算量较大。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的上述不足而公开一种闭环式快速测量氡析出率的方法，该方法包括测量过程和计算过程，并通过对测量值进行修正，能够快速得到较准确的氡析出率。所述的闭环式快速测量是指集氡罩与测氡仪器的测量室之间的空气闭环循环，不与外界进行空气交换。

本发明的技术方案是：一种闭环式快速测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算过程。

一、测量过程：

将一面开口的集氡罩扣在待测介质表面上，由于介质内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入集氡罩，导致集氡罩内氡浓度变化。泵一直以恒定流速将集氡罩内的氡通过干燥管及过滤器的滤膜滤出子体后泵入测量室，流速0.5-15升/分钟，使得测量室的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡。

测量室内有一半导体探测器，半导体探测器与二次仪表连接，探测²¹⁸Po衰变放出的α粒子计数。在测量室的内壁与半导体探测器之间加以50-200伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器面上，以提高探测效率。

测量时采用较长的时间间隔测量，既5-120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等。

二、计算过程：

由于泵的流率较大，测量室内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，测量室内的氡浓度C为：

(1)

(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩1的底面积；V为集氡罩与测量室及管道的总空间体积；为有效衰变常数，包括氡的衰变常数，集氡罩内氡的泄漏系数和反扩散系数；t为集氡的时间。

式（1）的解为：

(3)

为环境氡浓度，的值非常小，舍去该项。两个测量周期的时间都为T，由于测氡仪给出的是在测量周期的平均氡浓度，线性近似后可认为是每个测量周期中点的氡浓度。在第一个测量周期中点，氡浓度为：

(4)

在第二个测量周期中点，氡浓度为：

（5）

利用式（4）、（5）就能解得氡析出率。

由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟。静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正。在泵流率较大的条件下，测量室内的氡浓度与集氡罩内氡浓度相等，根据放射性衰变规律简化为：

(6)

（7）

表示第n个周期测量室内的实际氡浓度；表示第n个周期测量室内的²¹⁸Po浓度；表示第n个周期仪器的读数；是²¹⁸Po的衰变常数。

初始时，测量室内的氡及²¹⁸Po浓度均为0，由此得到：

(8)

(9)

（10）

当T的值非常大时，式(8)、（9）、（10）简化为：

(11)

（12）

利用式(8)、（9）、（10）或（11）、（12）可得到测量室内两个测量周期的实际氡浓度，并将C₁,C₂的值代入式（4）、(5)中的、，就能计算得到修正后的氡析出率。

本发明采用的测量装置由集氡罩、测量室、二次仪表、过滤器、干燥管及泵组成，集氡罩通过管道与泵的进气端连接，泵的出气端通过管道与干燥管的一端连接，干燥管的另一端通过管道与过滤器的一端连接，过滤器的另一端通过管道与测量室的进气端连接，测量室的出气端通过管道与集氡罩连接，测量室内的半导体探测器通过导线与二次仪表连接。

发明采用的测量装置中，用密闭的集氡罩收集室替代一面开口的集氡罩，测量时将介质装入密闭的集氡罩收集室内，也能够实现上述测量。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

本发明提供的测量方法测量过程及计算方法简单，能够快速测量氡析出率。

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为采用开口集氡罩的测量装置的结构示意图；

附图2为采用密闭集氡罩的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

一种闭环式快速测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算过程。

一、测量过程：

将一面开口的集氡罩1扣在待测介质7表面上，由于介质7内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入集氡罩1，导致集氡罩1内氡浓度变化。泵6一直以恒定流速将集氡罩1内的氡通过干燥管5及过滤器4的滤膜滤出子体后泵入测量室2，流速0.5-15升/分钟，使得测量室2的氡浓度与集氡罩1内的氡浓度平衡。

测量室2内有一半导体探测器2-1，半导体探测器2-1与二次仪表3连接，探测²¹⁸Po衰变放出的α粒子计数。在测量室2的内壁与半导体探测器2-1之间加以50-200伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器2-1面上，以提高探测效率。

测量时采用较长的时间间隔测量，既5-120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等。

二、计算过程：

由于泵6的流率较大，测量室2内的氡浓度与集氡罩1内的氡浓度相等，测量室2内的氡浓度C为：

(1)

(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩1的底面积；V为集氡罩1与测量室2及管道的总空间体积；为有效衰变常数，包括氡的衰变常数，集氡罩1内氡的泄漏系数和反扩散系数；t为集氡的时间。

式（1）的解为：

(3)

为环境氡浓度，的值非常小，舍去该项。两个测量周期的时间都为T，由于测氡仪给出的是在测量周期的平均氡浓度，线性近似后可认为是每个测量周期中点的氡浓度。在第一个测量周期中点，氡浓度为：

(4)

在第二个测量周期中点，氡浓度为：

（5）

利用式（4）、（5）就能解得氡析出率。

由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟。静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正。在泵6流率较大的条件下，测量室2内的氡浓度与集氡罩1内氡浓度相等，根据放射性衰变规律简化为：

(6)

（7）

表示第n个周期测量室2内的实际氡浓度；表示第n个周期测量室2内的²¹⁸Po浓度；表示第n个周期仪器的读数；是²¹⁸Po的衰变常数。

初始时，测量室2内的氡及²¹⁸Po浓度均为0，由此得到：

(8)

(9)

（10）

当T的值非常大时，式(8)、（9）、（10）简化为：

(11)

（12）

利用式(8)、（9）、（10）或（11）、（12）可得到测量室2内两个测量周期的实际氡浓度，并将C₁,C₂的值代入式（4）、(5)中的、，就能计算得到修正后的氡析出率。

本实施例将集氡罩1扣在氡析出率标准装置的表面，利用RAD7测量两个周期的数据，一个周期分别为40分钟，集氡罩1体积为4升，RAD7的测量室2及管道体积为0.8升，集氡罩1的底面积为430cm2，氡析出率标准装置氡析出率参考值为1.48Bqm^-2s^-1。两个周期的仪器读数为：11685Bqm^-3；30197Bqm^-3，为0.224min^-1。

根据式（11）、（12）可得到：C₁=13153，C₂=32338

代入式（4）、（5）解得：

J=1.36Bqm^-2s^-1

测量结果与参考值的误差较小。

本发明采用的测量装置由集氡罩1、测量室2、二次仪表3、过滤器4、干燥管5及泵6组成，集氡罩1通过管道与泵6的进气端连接，泵6的出气端通过管道与干燥管5的一端连接，干燥管5的另一端通过管道与过滤器4的一端连接，过滤器4的另一端通过管道与测量室2的进气端连接，测量室2的出气端通过管道与集氡罩1连接，测量室2内的半导体探测器2-1通过导线与二次仪表3连接。

发明采用的测量装置中，用密闭的集氡罩收集室8替代一面开口的集氡罩1，测量时将介质9装入密闭的集氡罩收集室8内，也能够实现上述测量。

Claims (3)

1.一种闭环式快速测量氡析出率的方法，其特征是：它包括测量过程和计算过程；

一、测量过程：

将一面开口的集氡罩扣在待测介质表面上，由于介质内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入集氡罩，导致集氡罩内氡浓度变化；泵一直以恒定流速将集氡罩内的氡通过干燥管及过滤器的滤膜滤出子体后泵入测量室，流速0.5-15升/分钟，使得测量室的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡；

测量室内有一半导体探测器，半导体探测器与二次仪表连接，探测²¹⁸Po衰变放出的α粒子计数，在测量室的内壁与半导体探测器之间加以50-200伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器面上，以提高探测效率；

测量时采用较长的时间间隔测量，既5-120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等；

二、计算过程：

由于泵的流率较大，测量室内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，测量室内的氡浓度C为：

$\frac{dC}{dt}=\frac{JS}{V}-{\mathrm{\λ}}_{e}C---\left(1\right)$

λ_e＝λ+λ_b+λ_leak(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩1的底面积；V为集氡罩与测量室及管道的总空间体积；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

式(1)的解为：

$C\left(t\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\λ}}_e}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{e}t})+C_0{e}^{-{\mathrm{\λ}}_{e}t}---\left(3\right)$

C₀为环境氡浓度，的值非常小，舍去该项，两个测量周期的时间都为T，由于测氡仪给出的是在测量周期的平均氡浓度，线性近似后可认为是每个测量周期中点的氡浓度，在第一个测量周期中点，氡浓度为：

$C\left(\frac{T}{2}\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\λ}}_e}(1-e^{-0.5{\mathrm{\λ}}_{e}T})---\left(4\right)$

在第二个测量周期中点，氡浓度为：

$C\left(\frac{3T}{2}\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\λ}}_e}(1-e^{-1.5{\mathrm{\λ}}_{e}T})---\left(5\right)$

利用式(4)、(5)就能解得氡析出率；

由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，在泵流率较大的条件下，测量室内的氡浓度与集氡罩内氡浓度相等，根据放射性衰变规律简化为：

$C_{Po}\left(nT\right)=C_n(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T})+C_{Po}\[(n-1)T\]e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T}---\left(6\right)$

$C_n=\frac{C_{Po}\[(n-1)T\](1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T})-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^n}{(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T}-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}---\left(7\right)$

C_n表示第n个周期测量室内的实际氡浓度；C_Po(nT)表示第n个周期测量室内的²¹⁸Po浓度；Cⁿ表示第n个周期仪器的读数；λ_Po是²¹⁸Po的衰变常数；

初始时，测量室内的氡及²¹⁸Po浓度均为0，由此得到：

$C_{Po}\left(T\right)=C_1(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T})---\left(8\right)$

$C_1=\frac{-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T}-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}---\left(9\right)$

$C_2=\frac{C_{Po}\left(T\right)(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T})-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^2}{(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{Po}T}-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}---\left(10\right)$

当T的值非常大时，式(8)、(9)、(10)简化为：

$C_1=\frac{-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}---\left(11\right)$

$C_2=\frac{\frac{-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}-{\mathrm{\λ}}_{Po}{\mathrm{TC}}^2}{(1-{\mathrm{\λ}}_{Po}T)}---\left(12\right)$

利用式(8)、(9)、(10)或(11)、(12)可得到测量室内两个测量周期的实际氡浓度，并将C₁,C₂的值代入式(4)、(5)中的就能计算得到修正后的氡析出率。

2.根据权利要求1所述的一种闭环式快速测量氡析出率的方法，其特征是：所采用的测量装置由集氡罩、测量室、二次仪表、过滤器、干燥管及泵组成，集氡罩通过管道与泵的进气端连接，泵的出气端通过管道与干燥管的一端连接，干燥管的另一端通过管道与过滤器的一端连接，过滤器的另一端通过管道与测量室的进气端连接，测量室的出气端通过管道与集氡罩连接，测量室内的半导体探测器通过导线与二次仪表连接。

3.根据权利要求2所述的一种闭环式快速测量氡析出率的方法，其特征是：用密闭的集氡罩收集室替代一面开口的集氡罩，测量时将介质装入密闭的集氡罩收集室内。