CN104459760B - 一种方便快捷实现220Rn子体浓度稳定的220Rn室 - Google Patents

一种方便快捷实现220Rn子体浓度稳定的220Rn室 Download PDF

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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v1L.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v1流率换气、v2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：
式中C(t)是220Rn室里的ThB子体浓度，Bq·m-3。V是220Rn室体积，m3。λThB是ThB的衰变常数，其值为1.09×10-3min-1。λp是ThB因附壁、沉积损失率值。
设ThB的有效衰减常数为：
设初始时刻220Rn室ThB浓度为C′0，Bq·m-3。则式(1)的解为：
220Rn室子体浓度从0开始，即C′0＝0，经过足够长时间，调控子体到稳定值为C(∞)，则对应稳定ThB浓度为：
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，v1、v2、v3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v1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v2的流率引回到220Rn室2构成闭路循环，无论有无采样都保证v2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v1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105Bq·m-3量级)结合态220Rn子体将以恒定流率v1向220Rn室2补充；
(4)用大流率真空泵9以流率v2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v3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v2，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室系统，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，小流率恒流泵与220Rn子体源箱连通，220Rn子体过滤器与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，两端分别与220Rn室的两个端部连接。
2.根据权利要求1所述的220Rn室系统，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2所述的220Rn室系统，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室气流会被抽取到220Rn子体源箱内，220Rn子体源箱与220Rn室会有压差，两者压差会使220Rn子体源箱中高浓度子体以相同的换气量不断补充到220Rn室；
输送220Rn的量通过改变气路流率来调节；该回路要求220Rn源、220Rn子体源箱、220Rn室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2所述的220Rn室系统，其特征是第二回路是220Rn室自身的采气循环回路；
用大流率真空泵以流率抽取220Rn室中的含220Rn及其子体的空气，经过子体过滤器过滤掉220Rn子体后再输进220Rn室，形成一个恒定的采气回路，无论有无采样都保证流率稳定，避免采样造成220Rn室内220Rn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率可调。
5.根据权利要求3所述的220Rn室系统，其特征是在启动第一回路，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。
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