CN103777222A - 利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，在开环式测量氡析出率前，先测量有效衰变常数，通过有效衰变常数直接计算得到氡析出率，其有效衰变常数的测量方法如下：先在测氡仪预设的流率下测量氡析出率，然后降低泵的流率，得到流率为时的氡析出率，如果此时氡析出率的测量值与流率为时的氡析出率测量值差异不大，就继续降低流率，直到出现不小于20%的差异，再根据两种不同流率下得到的氡析出率值后通过式（7）计算得到有效衰变常数的值，由于有效衰变常数的值已知，利用式（5）或式（6）直接计算得到氡析出率。

Description

利用有效衰变常数开环式连续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，特别是一种利用有效衰变常数开环式连续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，测量氡析出率的变化能更快的反应氡浓度的变化。在地震、地质、火山等研究中，地下岩石的破裂等会导致氡的析出率大幅度变化，连续监测氡析出率的变化能快速得到地下岩石的变化状态。传统的开环式氡析出率测量方法能够连续测量氡析出率，但是，在传统的开环式氡析出率测量方法中，过大的换气流率会降低集氡罩内的氡浓度，导致统计涨落过大；过小的流率又会导致氡析出率测量值低于真正的氡析出率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，该方法包括测量过程和计算过程，它通过对现有的计算方法进行修正，通过测量有效衰变常数连续得到的较准确的氡析出率。
本发明的技术方案是：一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其测量过程如下：将一面开口的集氡罩扣在待测介质的表面上，由于待测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的收集室，导致集氡罩内氡浓度变化。泵一直以恒定流率通过进气管从外界泵入干净的空气到集氡罩，通常室外干净空气氡浓度为几个Bq/m3，近似为零。然后将集氡内的氡通过连接管道及真空表泵入测氡仪的测量室，再通过流量计后从出气管排出，使得测氡仪测量室内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡。氡析出率测量时泵要保持恒定流率，不能出现高流率，因为高流率会导致在集氡罩内形成负压，使氡析出率变大。
此时，集氡罩中氡浓度的变化用式（1）描述：
Figure 342521DEST_PATH_IMAGE001
     （1）
J为被测介质表面氡析出率，S为集氡罩的底面积，V为集氡罩空间体积，L为泵的流率，为集氡罩内氡的衰变引起的氡浓度变化，λ为氡的衰变常数(
Figure 355476DEST_PATH_IMAGE003
)，C(t)为集氡罩内积累t时刻的氡浓度，R为氡的泄漏和反扩散率，
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE004
为有效衰变常数，包括衰变常数、氡的泄露和反扩散率，t为集氡的时间。
当集氡罩内氡浓度趋于恒定时，，式（1）简化为：
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE006
    (2)
当
Figure 715099DEST_PATH_IMAGE007
，式（2）简化为：
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE008
         （3）
利用式（3）能快速得到氡析出率。
式（3）成立的充分条件是
Figure 719964DEST_PATH_IMAGE007
，但是现有的开环式氡析出率测量都不知道有效衰变常数的大小，过高的泵流率又会导致集氡罩内的氡浓度降低，导致统计涨落加大，甚至使得集氡罩内出现较大的负压导致氡析出率加大。
因此在开环式测量氡析出率前，先测量有效衰变常数，通过有效衰变常数直接计算得到氡析出率，其有效衰变常数的测量方法如下：
先在测氡仪预设的流率下测量氡析出率，在流率为
Figure 640833DEST_PATH_IMAGE009
时集氡罩内的氡浓度为：
          (4)
式中
Figure 175719DEST_PATH_IMAGE009
是流率，
Figure 351486DEST_PATH_IMAGE011
是在该流率下集氡罩内的氡浓度。
根据式（3）知：
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE012
     (5)
Figure 336103DEST_PATH_IMAGE013
是流率为
Figure 560411DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值。
然后降低泵的流率，得到流率为
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE014
时的氡析出率，如果此时氡析出率的测量值与流率为
Figure 684225DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值差异不大，就继续降低流率，直到出现不小于20%的差异，在流率为
Figure 30893DEST_PATH_IMAGE014
时，有：
Figure 443420DEST_PATH_IMAGE015
       （6）
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE016
是流率为时的氡析出率测量值。
          （7）
根据式（7）得到有效衰变常数的值。
由于有效衰变常数的值已知，利用式（5）或（6）直接计算得到氡析出率，并不要求
Figure 967308DEST_PATH_IMAGE007
。
本发明的进一步技术方案是：根据测量得到的有效衰变常数的值，调整泵的流率，使得
Figure 2014100522143100002DEST_PATH_IMAGE018
，然后利用式（3）计算得到氡析出率。
上述方法采用的测量装置由集氡罩、进气管、连接管道、真空表、泵、出气管、流量计及测氡仪组成，进气管安装在集氡罩上，并与集氡罩的内腔相通，连接管道的一端与集氡罩的出气口连接，另一端与测氡仪测量室的进气口连接，连接管道依次安装有真空表及泵，出气管与测氡仪测量室的出气口连接，出气管上安装有流量计。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明提供的利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法测量方法及计算方法简单，测量精度高。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明的测量装置结构示意图。
具体实施方式
一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其测量过程如下：将一面开口的集氡罩1扣在待测介质9的表面上，由于待测介质9内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入集氡罩1的收集室，导致集氡罩1内氡浓度变化。泵5一直以恒定流率通过进气管2从外界泵入干净的空气到集氡罩1，通常室外干净空气氡浓度为几个Bq/m3，近似为零。然后将集氡1内的氡通过连接管道3及真空表4泵入测氡仪8的测量室，再通过流量计7后从出气管6排出，使得测氡仪8测量室内的氡浓度与集氡罩1内的氡浓度平衡。氡析出率测量时泵5要保持恒定流率，不能出现高流率，因为高流率会导致在集氡罩1内形成负压，使氡析出率变大。
此时，集氡罩1中氡浓度的变化用式（1）描述：
   （1）
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空间体积，L为泵5的流率，
Figure 557875DEST_PATH_IMAGE002
为集氡罩1内氡的衰变引起的氡浓度变化，λ为氡的衰变常数(
Figure 921860DEST_PATH_IMAGE003
)，C(t)为集氡罩1内积累t时刻的氡浓度，R为氡的泄漏和反扩散率，
Figure 282435DEST_PATH_IMAGE004
为有效衰变常数，包括衰变常数、氡的泄露和反扩散率，t为集氡的时间。
当集氡罩1内氡浓度趋于恒定时，
Figure 734800DEST_PATH_IMAGE005
，式（1）简化为：
Figure 104602DEST_PATH_IMAGE006
     (2)
当
Figure 57514DEST_PATH_IMAGE007
，式（2）简化为：
Figure 854569DEST_PATH_IMAGE008
          （3）
利用式（3）能快速得到氡析出率。
式（3）成立的充分条件是
Figure 525722DEST_PATH_IMAGE007
，但是现有的开环式氡析出率测量都不知道有效衰变常数的大小，过高的泵流率又会导致集氡罩1内的氡浓度降低，导致统计涨落加大，甚至使得集氡罩1内出现较大的负压导致氡析出率加大。
因此在开环式测量氡析出率前，先测量有效衰变常数，通过有效衰变常数直接计算得到氡析出率，其有效衰变常数的测量方法如下：
先在测氡仪8预设的流率
Figure 699214DEST_PATH_IMAGE009
下测量氡析出率，在流率为
Figure 772212DEST_PATH_IMAGE009
时集氡罩1内的氡浓度为：
Figure 740168DEST_PATH_IMAGE010
         (4)
式中
Figure 898617DEST_PATH_IMAGE009
是流率，是在该流率下集氡罩1内的氡浓度。
根据式（3）知：
Figure 537726DEST_PATH_IMAGE012
     (5)
是流率为
Figure 322328DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值。
然后降低泵5的流率，得到流率为
Figure 572044DEST_PATH_IMAGE014
时的氡析出率，如果此时氡析出率的测量值与流率为
Figure 619634DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值差异不大，就继续降低流率，直到出现不小于20%的差异，在流率为时，有：
Figure 59504DEST_PATH_IMAGE015
     （6）
Figure 175228DEST_PATH_IMAGE016
是流率为
Figure 15008DEST_PATH_IMAGE014
时的氡析出率测量值。
Figure 557985DEST_PATH_IMAGE017
         （7）
根据式（7）得到有效衰变常数的值。
由于有效衰变常数的值已知，利用式（5）或（6）直接计算得到氡析出率，并不要求。
本实施例的进一步技术方案是：根据测量得到的有效衰变常数的值，调整泵5的流率，使得，然后利用式（3）计算得到氡析出率。
上述方法采用的测量装置由集氡罩1、进气管2、连接管道3、真空表4、泵5、出气管6、流量计7及测氡仪8组成，进气管2安装在集氡罩1上，并与集氡罩1的内腔相通，连接管道3的一端与集氡罩1的出气口连接，另一端与测氡仪8测量室的进气口连接，连接管道3依次安装有真空表4及泵5，出气管6与测氡仪8测量室的出气口连接，出气管6上安装有流量计7。

Claims (4)

1.一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其测量过程如下：将一面开口的集氡罩扣在待测介质的表面上，由于待测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的收集室，导致集氡罩内氡浓度变化；泵一直以恒定流率通过进气管从外界泵入干净的空气到集氡罩，通常室外干净空气氡浓度为几个Bq/m3，近似为零；然后将集氡内的氡通过连接管道及真空表泵入测氡仪的测量室，再通过流量计后从出气管排出，使得测氡仪测量室内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡，氡析出率测量时泵要保持恒定流率，不能出现高流率，因为高流率会导致在集氡罩内形成负压，使氡析出率变大；
此时，集氡罩中氡浓度的变化用式（1）描述：
   （1）
J为被测介质表面氡析出率，S为集氡罩的底面积，V为集氡罩空间体积，L为泵的流率，为集氡罩内氡的衰变引起的氡浓度变化，λ为氡的衰变常数(
Figure 332586DEST_PATH_IMAGE003
)，C(t)为集氡罩内积累t时刻的氡浓度，R为氡的泄漏和反扩散率，
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE004
为有效衰变常数，包括衰变常数、氡的泄露和反扩散率，t为集氡的时间；
当集氡罩内氡浓度趋于恒定时，
Figure 661936DEST_PATH_IMAGE005
，式（1）简化为：
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE006
     (2)
当
Figure 923153DEST_PATH_IMAGE007
，式（2）简化为：
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE008
       （3）
利用式（3）能快速得到氡析出率；
其特征是：式（3）成立的充分条件是
Figure 654349DEST_PATH_IMAGE007
，但是现有的开环式氡析出率测量都不知道有效衰变常数的大小，过高的泵流率又会导致集氡罩内的氡浓度降低，导致统计涨落加大，甚至使得集氡罩内出现较大的负压导致氡析出率加大，因此在开环式测量氡析出率前，先测量有效衰变常数，通过有效衰变常数直接计算得到氡析出率。
2.根据权利要求1所述的一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其特征是：其有效衰变常数的测量方法如下：
先在测氡仪预设的流率
Figure 710030DEST_PATH_IMAGE009
下测量氡析出率，在流率为时集氡罩内的氡浓度为：
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE010
     (4)
式中
Figure 263688DEST_PATH_IMAGE009
是流率，是在该流率下集氡罩1内的氡浓度；
根据式（3）知：
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE012
   (5)
Figure 338621DEST_PATH_IMAGE013
是流率为
Figure 580247DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值；
然后降低泵的流率，得到流率为时的氡析出率，如果此时氡析出率的测量值与流率为
Figure 917687DEST_PATH_IMAGE009
时的氡析出率测量值差异不大，就继续降低流率，直到出现不小于20%的差异，在流率为
Figure 623475DEST_PATH_IMAGE014
时，有：
      （6）
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE016
是流率为
Figure 749880DEST_PATH_IMAGE014
时的氡析出率测量值；
Figure 891011DEST_PATH_IMAGE017
       （7）
根据式（7）得到有效衰变常数的值，由于有效衰变常数的值已知，利用式（5）或（6）直接计算得到氡析出率，并不要求。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其特征是：根据测量得到的有效衰变常数的值，调整泵的流率，使得
Figure 2014100522143100001DEST_PATH_IMAGE018
，然后利用式（3）计算得到氡析出率。
4.根据权利要求1所述的一种利用有效衰变常数开环式连续测量氡析出率的方法，其特征是：上述方法采用的测量装置由集氡罩、进气管、连接管道、真空表、泵、出气管、流量计及测氡仪组成，进气管安装在集氡罩上，并与集氡罩的内腔相通，连接管道的一端与集氡罩的出气口连接，另一端与测氡仪测量室的进气口连接，连接管道依次安装有真空表及泵，出气管与测氡仪测量室的出气口连接，出气管上安装有流量计。
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