CN104459760A - 一种方便快捷实现220Rn子体浓度稳定的220Rn室 - Google Patents

Abstract

一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室，包括²²⁰Rn子体源箱1、²²⁰Rn室2、气溶胶补偿系统3、小流率恒流泵4、流气式固体²²⁰Rn源5、²²⁰Rn子体过滤器6、²²⁰Rn子体采样泵7、子体过滤器8和大流率真空泵9；²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2通过硅胶管10连接；气溶胶补偿系统3与²²⁰Rn子体源箱1连通；小流率恒流泵4、流气式固体²²⁰Rn源5和²²⁰Rn子体过滤器6依次连接后，两端分别与²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2连通；²²⁰Rn子体采样泵7一端与²²⁰Rn室2中部连接，另一端与²²⁰Rn室2端部连接；子体过滤器8和大流率真空泵9串联后，两端与²²⁰Rn室2的端部连接。本发明实现了²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度高且稳定，调节方便、快捷、可靠，子体附壁率低。

Description

一种方便快捷实现220Rn子体浓度稳定的220Rn室

技术领域

本发明涉及一种本发明涉及到一种²²⁰Rn及其子体计量装置中放射性气溶胶的补偿技术，特别是一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室。

背景技术

²²⁰Rn室是由稳定²²⁰Rn源、温湿度系统、气溶胶产生系统等构成能提供不同稳定、均匀²²⁰Rn及其子体浓度大气环境（参考大气）的计量装置。该装置能广泛用于²²⁰Rn及其子体测量方法研究、测量仪器的刻度和比对。

目前，已建立的²²⁰Rn室都没能很好解决²²⁰Rn及其子体计量应用中²²⁰Rn子体的稳定调控问题。普遍存在的不足有：²²⁰Rn子体附壁损失严重，²²⁰Rn室子体浓度调控范围偏小；²¹²Pb（后面都用ThB表示）的半衰期10.64h，子体浓度从某种水平调控到另一种水平需要3天以上才能重建平衡，子体浓度稳定所需时间长；子体采样会造成²²⁰Rn子体浓度降低。所以建立标准的²²⁰Rn及其子体的计量装置，需解决上述问题，以满足计量要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室，实现²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度稳定可调和均匀分布，以满足²²⁰Rn及其子体的计量和仪器刻度需求。

本发明的技术方案是：一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室，包括²²⁰Rn子体源箱、²²⁰Rn室、气溶胶补偿系统、小流率恒流泵、流气式固体²²⁰Rn源、²²⁰Rn子体过滤器、²²⁰Rn子体采样泵、子体过滤器和大流率真空泵。

²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室通过硅胶管连接。

气溶胶补偿系统与²²⁰Rn子体源箱连通。

小流率恒流泵、流气式固体²²⁰Rn源和²²⁰Rn子体过滤器依次连接后，两端分别与²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室连通。

²²⁰Rn子体采样泵一端与²²⁰Rn室中部连接，另一端与²²⁰Rn室端部连接。

子体过滤器和大流率真空泵串联后，两端与²²⁰Rn室的端部连接。

采用²²⁰Rn子体源箱调控²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度方法的原理如下：

用²²⁰Rn子体源箱内高浓度结合态 ²²⁰Rn子体连续补偿到²²⁰Rn室，使得²²⁰Rn室内²²⁰Rn子体的浓度补偿量与损失量达到动态平衡，消除采样和附壁造成子体浓度的波动，来维持²²⁰Rn室内²²⁰Rn子体度的稳定。以ThB子体调控方式为例，该过程中²²⁰Rn室内ThB子体浓度变化可用下面一阶微分方程来描述。²²⁰Rn室里的ThB一方面从²²⁰Rn子体源箱以恒定速率补充而来，设该流率为                                                L.min^-1（后面流率单位都为L.min^-1）；另一方面因自身衰变、附壁、沉积和²²⁰Rn室两个气路中以流率换气、流率经过子体过滤器而损失。设²²⁰Rn子体源箱的ThB浓度为C₀，Bq·m^-3， ²²⁰Rn室里ThB浓度的变化为：

                   (1)

式中C(t)是²²⁰Rn室里的ThB子体浓度，Bq·m^-3。V是²²⁰Rn室体积，m³。λ_ThB是ThB的衰变常数，其值为1.09×10^-3 min^-1。λ_p是ThB因附壁、沉积损失率值。

设ThB的有效衰减常数为：

                          (2)

设初始时刻²²⁰Rn室ThB浓度为，Bq·m^-3。则式（1）的解为：

                        (3)

²²⁰Rn室子体浓度从0开始，即=0，经过足够长时间，调控子体到稳定值为，则对应稳定ThB浓度为：

                            (4)

式（4）建立ThB子体稳定浓度与²²⁰Rn子体源箱补偿流率的对应关系。由式（4）可以看出，在保证²²⁰Rn子体源箱子体浓度不变情况下，²²⁰Rn室达到稳定浓度水平主要由²²⁰Rn室采气循环流率和子体源箱子体补偿流率决定。改变²²⁰Rn室采气循环流率和²²⁰Rn子体源箱子体补偿流率可调节²²⁰Rn室子体浓度，这可通过调节泵流率很方便地实现。

本发明具有的效果和优点是：

1. ²²⁰Rn子体源箱内高浓度结合态²²⁰Rn子体连续补偿²²⁰Rn室，建立²²⁰Rn室子体补偿与损失的动态平衡，实现了²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度稳定，避免了调控²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度重建平衡所需三天以上的累积过程。

2. 建立两个闭式气路循环，通过改变泵的的流率来调节²²⁰Rn室的子体补偿量和损失量，建立了²²⁰Rn室子体浓度与泵流率的对应关系，使子体浓度的调节变得方便、快捷、可靠。

3. ²²⁰Rn室采气循环回路中的气流通过子体过滤器能使²²⁰Rn室内子体以恒定速率损失，解决了采样时子体浓度波动问题。该气路使得子体能在²²⁰Rn室内均匀分布，解决了子体分布不均匀的问题。

   4.将²²⁰Rn子体源箱内大部分未结合态子体与气溶胶结合成结合态，大大降低了子体附壁率，使子体浓度高且稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中， 、、代表该回路流率值，单位L.min^-1。

具体实施方式

以下结合图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

如图1所示：一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室，包括²²⁰Rn子体源箱1、²²⁰Rn室2、气溶胶补偿系统3、小流率恒流泵4、流气式固体²²⁰Rn源5、²²⁰Rn子体过滤器6、²²⁰Rn子体采样泵7、子体过滤器8和大流率真空泵9。

²²⁰Rn子体源箱1的体积为0.433m³，²²⁰Rn室2的体积为2.7m³。

²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2通过硅胶管10连接。

气溶胶补偿系统3与²²⁰Rn子体源箱1连通。

小流率恒流泵4、流气式固体²²⁰Rn源5和²²⁰Rn子体过滤器6依次连接后，两端分别与²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2连通。

²²⁰Rn子体采样泵7一端与²²⁰Rn室2中部连接，另一端与²²⁰Rn室2端部连接。

子体过滤器8和大流率真空泵9串联后，两端与²²⁰Rn室2的端部连接。

²²⁰Rn子体源箱的体积为0.433m³，²²⁰Rn室的体积为2.7m³。

本发明包括²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2两大部分和两个气流循环回路.

第一回路是²²⁰Rn子体源箱1和²²⁰Rn室2之间的²²⁰Rn子体补偿循环回路。该回路通过小流率恒流泵4从²²⁰Rn室2左端抽取固体²²⁰Rn源5，固体²²⁰Rn源5产生的²²⁰Rn将以流率输到²²⁰Rn子体源箱1内，建立高且稳定浓度的²²⁰Rn子体。由于 ²²⁰Rn室2气流会被抽取到²²⁰Rn子体源箱1内，²²⁰Rn子体源箱1与²²⁰Rn室2会有压差，两者压差会使²²⁰Rn子体源箱1中高浓度子体以相同的换气量不断补充到²²⁰Rn室2。输送²²⁰Rn的量可通过改变气路流率来调节。该回路要求²²⁰Rn源5、²²⁰Rn子体源箱1、²²⁰Rn室2之间的连接管道尽可能短，减少²²⁰Rn及其子体在管道中的损失，以便²²⁰Rn室建立高浓度的²²⁰Rn子体。

第二个气流回路是²²⁰Rn室自身的采气循环回路。该回路包括有采样时将²²⁰Rn子体采样泵7排出气流通过大流率真空泵9以的流率引回到²²⁰Rn室2构成闭路循环，无论有无采样都保证流率稳定，避免采样造成²²⁰Rn室2子体浓度状态改变。大流率真空泵9的流率大于²²⁰Rn子体采样泵7流率，且大流率真空泵9的流量可调。

当启动第一回路，使²²⁰Rn子体源箱1建立起稳定高浓度的²²⁰Rn子体后，再启动第二回路。

气溶胶补偿系统以等时间间隔等量向子体源箱补充10⁶cm^-3浓度的气溶胶，让²²⁰Rn衰变出来的未结合态²²⁰Rn子体与气溶胶结合成结合态以减少子体的附壁损失。气溶胶的发生方式可以用两种方式来产生：一种是使用美国TSI公司产的凝聚式单分散气溶胶发生器产生小粒径气溶胶；另一种方式为等时间间隔燃烧等量无烟檀香，用滤膜过滤大颗粒粒子，用泵吹进子体源箱补充气溶胶。

本发明实现²²⁰Rn室²²⁰Rn子体浓度稳定的调控方法如下：

（1）用流率小于5L·min^-1的恒流泵4以流率抽取流气式固体²²⁰Rn源5衰变产生的钍射气（²²⁰Rn），输入²²⁰Rn子体源箱1；

（2）用能产生中位直径在100～200nm浓度为10⁴cm^-3量级以上的气溶胶源向²²⁰Rn子体源箱1补充非放射性的气溶胶，确保²²⁰Rn子体源箱1内90%以上的²²⁰Rn子体处于结合态；

（3）在²²⁰Rn子体源箱1密封不漏气的条件下，其中的高浓度（浓度值在10⁵ Bq·m^-3量级）结合态²²⁰Rn子体将以恒定流率向²²⁰Rn室2补充；

（4）用大流率真空泵9以流率抽取²²⁰Rn室2中的含²²⁰Rn及其子体的空气，经过子体过滤器8过滤掉²²⁰Rn子体后再输进²²⁰Rn室2，形成一个恒定的采气回路，使²²⁰Rn子体以恒定的速率损失，从而与补充的结合态²²⁰Rn子体建立一个稳定的动态平衡。

小流率恒流泵4、流气式固体²²⁰Rn源5、²²⁰Rn子体过滤器6、²²⁰Rn子体采样泵7、子体过滤器8和大流率真空泵9。

（5）当进行子体采样时，²²⁰Rn子体采样泵7以流率从²²⁰Rn室2采样，将采样后排出的气流连接到子体过滤器8前端，该泵实际上成为采气回路的一个分支旁路，其启动与否不影响采气回路的流率，消除子体采样造成²²⁰Rn室2内²²⁰Rn子体浓度的波动，从而维持子体浓度稳定。

Claims (5)

1.一种方便快捷实现²²⁰Rn子体浓度稳定的²²⁰Rn室，其特征是包括²²⁰Rn子体源箱、²²⁰Rn室、气溶胶补偿系统、小流率恒流泵、流气式固体²²⁰Rn源、²²⁰Rn子体过滤器、²²⁰Rn子体采样泵、子体过滤器和大流率真空泵；²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室通过硅胶管连接；气溶胶补偿系统与²²⁰Rn子体源箱连通；小流率恒流泵、流气式固体²²⁰Rn源和²²⁰Rn子体过滤器依次连接后，两端分别与²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室连通；²²⁰Rn子体采样泵一端与²²⁰Rn室中部连接，另一端与²²⁰Rn室端部连接；子体过滤器和大流率真空泵串联后，两端与²²⁰Rn室的端部连接。

2.根据权利要求1所述的²²⁰Rn室，其特征是包括²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室两大部分和两个气流循环回路。

3.根据权利要求1或2所述的²²⁰Rn室，其特征是第一回路是²²⁰Rn子体源箱和²²⁰Rn室之间的²²⁰Rn子体补偿循环回路；该回路通过小流率恒流泵从²²⁰Rn室左端抽取固体²²⁰Rn源，固体²²⁰Rn源产生的²²⁰Rn将以                                                流率输到²²⁰Rn子体源箱内，建立高且稳定浓度的²²⁰Rn子体；由于 ²²⁰Rn室2气流会被抽取到²²⁰Rn子体源箱1内，²²⁰Rn子体源箱1与²²⁰Rn室2会有压差，两者压差会使²²⁰Rn子体源箱1中高浓度子体以相同的换气量不断补充到²²⁰Rn室2；输送²²⁰Rn的量可通过改变气路流率来调节，该回路要求²²⁰Rn源5、²²⁰Rn子体源箱1、²²⁰Rn室2之间的连接管道尽可能短，减少²²⁰Rn及其子体在管道中的损失，以便²²⁰Rn室建立高浓度的²²⁰Rn子体。

4.根据权利要求1或2所述的²²⁰Rn室，其特征是第二个气流回路是²²⁰Rn室自身的采气循环回路；该回路包括有采样时将²²⁰Rn子体采样泵7排出气流通过大流率真空泵以的流率引回到²²⁰Rn室构成闭路循环，无论有无采样都保证流率稳定，避免采样造成²²⁰Rn室子体浓度状态改变；大流率真空泵的流率大于²²⁰Rn子体采样泵流率，且大流率真空泵的流量可调。

5.根据权利要求3所述的²²⁰Rn室，其特征是当启动第一回路，使²²⁰Rn子体源箱建立起稳定高浓度的²²⁰Rn子体后，再启动第二回路。