CN103913761B - 一种主动式活性炭法中222Rn的探测效率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种主动式活性炭法中²²²Rn的探测效率测量方法，通过探测得到活性炭盒中²²²Rn的探测效率和²²²Rn进出口计数相对差异关系曲线，利用该曲线方便、快捷和准确地得到不同²²²Rn进出口计数相对差异下活性炭盒的探测效率，同时利用该方法得到的活性炭盒探测效率不受²²²Rn吸附量大小的影响，探测效率快捷、精准。

Description

一种主动式活性炭法中222Rn的探测效率测量方法

技术领域

本发明涉及环境监测领域，尤其是对放射性气体氡（²²²Rn）浓度的测量，获得主动式活性炭法中²²²Rn的探测效率的测量方法，应用效果极佳。

背景技术

²²²Rn在自然界中无处不在，与其子体约占天然辐射对公众年有效剂量的50%。氡被列为使人致癌的19种物质之一，是引起呼吸道疾病和肺癌的重要原因。氡的测量是评价氡辐射危害的基础，目前氡的测量方法主要有双滤膜法、闪烁室法、气球法、活性炭法、径迹蚀刻法、静电收集法和脉冲电离室法等。这些方法中很多是利用氡及其子体衰变时释放的α射线的特性进行的测量，但是α射线贯穿本领小，在空气或其它介质中自吸收强，获取的α能谱中拖尾严重，并且氡的其他同位素及其子体的部分α射线能量与之相近，这些都会给²²²Rn的测量带来干扰。传统的活性炭盒法为静态吸附方法，吸附效率低。

γ能谱分析法是环境辐射监测中重要的方法，在采用HPGeγ谱仪对环境样品测量时，使用标准体源进行效率刻度，这时常会遇到待测量分析的样品量或样品高度与刻度用标准体源不一致，需要对效率进行修正。

主动式活性炭吸附法是取样泵提供抽气动力，活性炭盒主动式吸附富集环境空气中的²²²Rn，应用HPGeγ谱仪测量分析²²²Rn的子体γ能谱，该方法吸附效率高，并且HPGeγ谱仪的高能量分辨率可以清晰地分辨出²²²Rn各子体核素的γ射线全能峰，但是该方法中活性炭盒的探测效率测量很困难，主要是因为：1）活性炭对氡的吸附量随吸附时间变化，且对温度、湿度等因素比较敏感；2）在吸附过程中活性炭盒中氡的几何分布是变化的。这两个因素制约着主动式活性炭法中的效率刻度，同时也制约着主动式活性炭法在准确测量氡浓度中的应用。

本发明通过分析主动抽气取样后活性炭盒中²²²Rn子体不同能量特征γ射线的探测效率和进出计数相对差异之间的关系，解决了主动式活性炭法中²²²Rn的探测效率测量问题，对采用主动式活性炭法准确测量环境氡浓度具有一定的指导作用。

发明内容

本发明的目在于：提供探测效率确定的方法，活性炭盒是用来富集氡的工具和载体，但是目前还没有方法可以确定探测器对活性炭盒吸附的氡的探测效率，因此很难给出活性炭吸附的氡的活₁度浓度，而只能给出氡各子体的活度比，本方法和流程就是用来确定探测效率的，使用该方法可以给出氡的活度浓度，实现对活性炭盒内²²²Rn的探测效率测量。

本发明的目的是这样实现的：一种主动式活性炭法中²²²Rn的探测效率测量方法，分步实施；

步骤1取样：

1）实验前将活性炭盒内的活性炭放入120℃的烘炉内，加热8h以上进行烘干解吸；

2）取样系统进气口和出气口连接氡室，使抽出来未被活性炭盒吸附的氡气返回氡室；其中氡室内的氡浓度：1100Bq/m³；温度：32℃；湿度：25%；气压：87.7kPa，取样时流量为0.9m³/h；

步骤2探测效率：

取样后将活性炭盒放置3h以上，待²²²Rn与其子体达到放射性衰变平衡时将活性炭盒置于HPGeγ谱仪上测量，利用下式（1）和下式（2）计算得到活性炭盒内²²²Rn的探测效率和²²²Rn在活性炭盒中的进出气口计数相对差异；

（1）计算探测效率：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{N}{A\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}=\frac{N}{\mathrm{\ΔC}\·V\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}---\left(1\right)$

式中：ε为探测效率；N为γ谱仪的全能峰净计数；A为活性炭盒吸附的²²²Rn活度；ΔC为取样前后氡室内的氡浓度变化；V为氡室体积；P_γ为γ射线发射几率；t为测量时间；

为了得到不同吸附时间下，²²²Rn在活性炭盒中进气口和出气口计数相对差异，分别将活性炭盒的进气口端和出气口端置于探测器上测量，定义²²²Rn的进出口计数相对差异由下式（2）计算得到：

式中：η为²²²Rn在活性炭盒中进出口计数相对差异；N_进为进气口端在探测器上时得到的计数；N_出为出气口端在探测器上时得到的计数；

步骤3得到探测效率：

根据²²²Rn的探测效率和进出口计数相对差异之间的关系，进行最小二乘法拟合，两者成线性关系；活性炭盒对²²²Rn取样后，分析HPGeγ谱仪对²²²Rn在活性炭盒中的进出口计数相对差异，利用上述拟合曲线，计算得到²²²Rn的探测效率。

本发明的原理与作用：通过探测效率测量方法，可以得到活性炭盒中²²²Rn的探测效率和²²²Rn进出口计数相对差异关系曲线，利用该曲线可以方便、快捷和准确地得到不同²²²Rn进出口计数相对差异下活性炭盒的探测效率，同时利用该方法得到的活性炭盒探测效率不受²²²Rn吸附量大小的影响，探测效率快捷、精准，彰显技术进步。

附图说明

下面本发明结合附图作进一步说明。

附图为活性炭取样流程示意图；

如图所示：2-取样盒(活性炭盒)、1-上盖、3-下盖、4-流量计、5-温湿度计、6-调节阀、7-取样泵；在取样盒的上顶设置上盖，下底设置下盖，其中在上盖与下盖上固接密封双滤膜，串联在下盖上的流量计与取样泵的管线上设置调节阀，同时在取样环境下布设温湿度计。

具体实施方式

下面本发明结合实施例作进一步说明。

实施例

A、采用主动式活性炭法，将活性炭盒在标准氡室进行取样，根据活性炭盒的装填量和氡室内的氡浓度，设定不同的取样时间，取样前后氡室内氡浓度的变化即为活性炭盒的吸附量；

B、取样结束后将活性炭盒放置3h以上，待²²²Rn与其子体达到放射性衰变平衡时将活性炭盒置于HPGeγ谱仪上测量，利用下式（1）和下式（2）计算得到活性炭盒内²²²Rn的探测效率和²²²Rn在活性炭盒中的进出气口计数相对差异；

主动式活性炭法中，取样后等待3h以上时，²²²Rn与其子体达到放射性衰变平衡，各子体都按母体的半衰期衰减，因此测量其子体活度就可以得到²²²Rn活度，按照式（1）计算探测效率。

$\mathrm{\ϵ}=\frac{N}{A\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}=\frac{N}{\mathrm{\ΔC}\·V\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}---\left(1\right)$

式中：ε为探测效率；N为γ谱仪的全能峰净计数；A为活性炭盒吸附的²²²Rn活度；ΔC为取样前后氡室内的氡浓度变化；V为氡室体积；P_γ为γ射线发射几率；t为测量时间。

为了得到不同吸附时间下，²²²Rn在活性炭盒中进气口和出气口计数相对差异，分别将活性炭盒的进气口端和出气口端置于探测器上测量，定义²²²Rn的进出口计数相对差异由式（2）计算得到。

式中：η为²²²Rn在活性炭盒中进出口计数相对差异；N_进为进气口端在探测器上时得到的计数；N_出为出气口端在探测器上时得到的计数。

本方法的取样时间不同，活性炭盒对²²²Rn的吸附量不同，吸附的²²²Rn在活性炭盒内的分布也不同：

1）取样时间相对较短时，活性炭盒吸附的²²²Rn主要分布在活性炭盒进气口处的活性炭里，此时的活性炭盒等效为一个相对薄的体源，²²²Rn在活性炭盒中的活性区对HPGeγ谱仪探测器的立体角相对较大。随着吸附时间的增加，²²²Rn逐渐被里层的活性炭吸附，²²²Rn在活性炭盒中的活性区对探测器的立体角逐渐减小，探测效率就随之下降，直到活性炭盒吸附饱和时，探测效率不再变化。

2）吸附时间相对较短时，²²²Rn主要被活性炭盒表层的活性炭吸附，后端的活性炭中吸附的²²²Rn少，进出口计数相对差异较大。当活性炭盒吸附饱和时，进出口计数相对差异为零。

C、拟合得到²²²Rn的探测效率和进出口计数相对差异关系曲线。

为了使拟合的曲线更加准确可靠，进出口计数相对差异的相关数据要分散均匀，根据²²²Rn的探测效率和进出口计数相对差异之间的关系，进行最小二乘法拟合，研究两者成线性关系。

在实际应用中，活性炭盒对²²²Rn取样后，分析HPGeγ谱仪对²²²Rn在活性炭盒中的进出口计数相对差异，利用上述拟合曲线，计算得到²²²Rn的探测效率。

D、活性炭取样的步骤（附图）说明：

1）将取样盒密封压紧，防止在取样过程中发生侧边漏气，影响取样的正常进行和取样相关数据的正确性；

2）打开取样泵，取样泵的固有流量不宜过小，调节阀可以调节和控制取样系统的流速大小。

3）观察流量计读数，通过流量计关注取样过程中流速的大小和稳定程度。

4）温湿度计记录着取样环境中温度和湿度参数。

本发明方法的效果验证：

在氡室内抽气取样（氡浓度：1100Bq/m³；温度：32℃；湿度：25%；气压：87.7kPa），取样系统取样时流量为0.9m³/h,取样系统出气口连接氡室，使抽出来未被活性炭盒吸附的氡气返回氡室。

根据本方法得到探测效率与进出口计数相对差异拟合曲线，另外取3个样品，根据样品的进出口计数差异和拟合曲线分别得到相应的探测效率，结合HPGeγ谱仪的测量结果得到活性炭盒对²²²Rn的吸附量，将该吸附量与氡室PQ2000测氡仪给出的吸附量进行比较，数据见下表。

表吸附量的曲线值与氡室实测值比较

由上表数据得知：吸附量曲线值与吸附量氡室实测值相对偏差绝对值小于5%，表明本方法是准确可靠的。上表中，²²²Rn进出口计数相对差异分别为29%和27%下的氡吸附量差别在35%左右，拟合曲线得到的氡吸附量与氡室测氡仪给出的吸附量相对偏差绝对值小于4%，这表明HPGeγ谱仪对主动式活性炭法中吸附的²²²Rn的探测效率与²²²Rn在活性炭盒中进出口计数相对差异的关系不受活性炭盒对²²²Rn吸附量大小的影响。

Claims (1)

1.一种主动式活性炭法中²²²Rn的探测效率测量方法，其特征在于：分步实施；

步骤1取样：

1)实验前将活性炭盒内的活性炭放入120℃的烘炉内，加热8h以上进行烘干解吸；

2)取样系统进气口和出气口连接氡室，使抽出来未被活性炭盒吸附的氡气返回氡室；其中氡室内的氡浓度：1100Bq/m³；温度：32℃；湿度：25％；气压：87.7kPa，取样时流量为0.9m³/h；

步骤2探测效率：

取样后将活性炭盒放置3h以上，待²²²Rn与其子体达到放射性衰变平衡时将活性炭盒置于HPGeγ谱仪上测量，利用下式(1)和下式(2)计算得到活性炭盒内²²²Rn的探测效率和²²²Rn在活性炭盒中的进出气口计数相对差异；

(1)计算探测效率：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{N}{A\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}=\frac{N}{\mathrm{\Δ}C\·V\·P_{\mathrm{\γ}}\·t}---\left(1\right)$

式中：ε为探测效率；N为γ谱仪的全能峰净计数；A为活性炭盒吸附的²²²Rn活度；ΔC为取样前后氡室内的氡浓度变化；V为氡室体积；P_γ为γ射线发射几率；t为测量时间；

为了得到不同吸附时间下，²²²Rn在活性炭盒中进气口和出气口计数相对差异，分别将活性炭盒的进气口端和出气口端置于探测器上测量，定义²²²Rn的进出口计数相对差异由下式(2)计算得到：

式中：η为²²²Rn在活性炭盒中进出口计数相对差异；N_进为进气口端在探测器上时得到的计数；N_出为出气口端在探测器上时得到的计数；

步骤3得到探测效率：

根据²²²Rn的探测效率和进出口计数相对差异之间的关系，进行最小二乘法拟合，两者成线性关系；活性炭盒对²²²Rn取样后，分析HPGeγ谱仪对²²²Rn在活性炭盒中的进出口计数相对差异，利用上述拟合曲线，计算得到²²²Rn的探测效率。