CN105137470A - 便携式氡钍射气检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式氡钍射气检测装置，包括：检测室，包括对空气进行采样分析的采样腔和将分析后气体排出的排气腔；在所述采样腔的侧壁上设置有空气进入口，在所述排气腔的侧壁上设置有气体排出口；所述采样腔进一步地包括：过滤部，安装在所述采样腔和所述排气腔之间；采样部，安装在与所述排气腔相对的位置处。本发明利用玻璃纤维分隔的2个扩散腔，含氡钍射气与气溶胶结合，所形成的放射性气溶胶子体被阻留在过滤部，而子体发射的α粒子入射至采样部后，在径迹探测元件上形成辐射损伤径迹，经过累积监测后，通过测量径迹探测元件上的径迹密度，从而推算其引起的不同α潜能浓度。

Description

便携式氡钍射气检测装置

技术领域

本发明涉及职业卫生及空气质量检测领域，特别是涉及一种能够同时检测空气中氡或钍射气子体潜能浓度的检测装置。

背景技术

采矿作业中，矿工的身体健康易受两种物质的危害，一是粉尘，它的存在导致生产环境恶化，人体长期吸入矿尘，引起呼吸道和肺部炎症发病率增高，进一步则发展为呼吸道癌瘤和尘肺病。二是放射性氡、钍射气及其子体，氡所致肺癌属电离辐射的随机性效应，其发生机率与长期吸入氡及其子体的累积剂量正相关，氡、钍射气及其子体的照射是非吸烟者诱发肺癌的首位环境病因。

劳动者长期暴露于粉尘和高氡浓集的地下工作场所，尘肺病的发病率居高不下，加上氡照射的影响，尘肺和肺癌危险度被进一步被推高。因此，研究呼吸性粉尘和氡钍射气对人体的联合作用机制，分析评价其对矿工职业健康影响和关键人群的危害程度，寻求相适应的防控措施，已逐步成为国际和国内引起广泛关注的重要公共卫生问题，有效控制矿山职业危害也已刻不容缓。

受限于技术发展和天然辐射本底差异，矿下关键人群尚缺少直接对氡钍射气及其子体引起的个人辐射剂量监测仪器。通常情况下，氡钍射气个人监测数据来自于间接环境检测结果(场所仪器测量)，并由此推导和估算个体累积剂量，该检测方式的结果非常粗略，可靠性差，也无法较为准确的评价人体长期吸入氡钍及其子体所致剂量及其躯体和远后生物学效应。技术上实现氡钍射气及其子体的同时测量是个人监测装置研发中需要突破的最关键问题，而从实用性角度，个人监测装置也需要适合于能够对大量人群进行监测的要求。

目前，采用CR-39固体核径迹探测器(片)及扩散室体对氡钍射气进行被动累积式测量，是国内外公认的一种方法，其基本原理是：所测量的含氡钍射气空气进入测量室后，氡钍射气及其一系列衰变子体释放α粒子，α粒子可在CR-39固体核径迹片上形成损伤径迹，单位面积上的损伤径迹密度与氡钍射气浓度具有比例关系，利用比率关系可测定辐射剂量。但现有技术中的被动累积式氡钍射气检测设备，一般存在如下问题：

1.在矿井或地下巷道中，氡钍射气及其子体的空间分布依赖于施工位置的氡钍射气浓集程度、空气气溶胶的水平以及通风条件等。由于人员活动不可预测，工作人员周围微观环境中，特别是人体呼吸带内，受到瞬时空气气溶胶水平变化差异的影响，氡钍射气浓度处于变化中，现有的被动累积式仪器因采样效率低，采样周期长，仅能得到场所氡钍射气浓度或其子体α潜能浓度的平均值，无法表征上述诸多因素变化对辐射个人剂量的影响。

2.从采样周期和工作方式上看，现有的被动累积式仪器由于采用无源工作方式，无法实现对采样时长的准确掌握，因而，对工作人员实际氡钍射气暴露时间和水平，也不可避免的存在估计偏差，从而导致α潜能浓度的高估或低估，无法得到精确的氡、钍射气子体引起的辐射剂量。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够轻易携带(可设置于工作头盔侧部)并随时控制的针对使用环境内空气中氡钍射气及其子体含量进行采样分析的检测装置。

特别地，本发明提供了一种便携式氡钍射气检测装置，包括：

检测室，用于收集指定环境的气体，包括对空气进行采样分析的采样腔和将分析后气体排出的排气腔；在所述采样腔的侧壁上设置有空气进入口，在所述排气腔的侧壁上设置有气体排出口；所述采样腔进一步地包括：

过滤部，安装在所述采样腔和所述排气腔之间，用于阻留氡或钍射气结合态子体；

采样部，安装在与所述排气腔相对的位置处，用于测量氡子体或钍子体发射α粒子引起固体核径迹探测元件上的单位径迹密度。

进一步地，所述过滤部为玻璃纤维或聚碳酸酯过滤膜，所述采样部为CR39或LR115固体核径迹片。

进一步地，所述排气腔内设置有抽取所述采样腔空气并通过所述空气排出口排出的抽吸式风扇。

进一步地，所述过滤膜为厚度分布在10μm～24μm之间的铝膜。

进一步地，所述排气腔的形状为锥形，且通过锥底一端与所述采样腔连接，通过锥顶一端与所述空气排出口连接。

进一步地，在所述采样部朝向所述排气腔的一侧设置有用于过滤结合态氡子体或钍子体的筛选膜。

进一步地，在所述采样腔中，所述筛选膜用于接触采样空气的面积与所述排气腔和所述采样腔的连接处的面积相同，且所述筛选膜接触采样空气的表面宽度与所述筛选膜和所述过滤部之间的距离相同。

进一步地，所述检测室包括可开合的腔室盖，所述腔室盖为所述采样腔相对所述排气腔一侧的侧壁，所述筛选部和所述采样部设置在所述腔室盖的内表面上。

进一步地，所述空气进气口设置在所述筛选部与所述过滤部之间的所述采样腔的侧壁上，在所述空气进气口处安装有过滤空气中大颗粒粉尘的滤网。

进一步地，所述采样腔内设置有限制所述腔室盖位置的限位台，且所述限位台同时限定所述筛选部与所述采样腔内空气的接触面积。

本发明利用玻璃纤维分隔的2个扩散腔，对矿下或巷道中的含氡钍空气及其结合态子体进行测量，其中，含氡钍射气与气溶胶结合，所形成的放射性气溶胶子体被阻留在过滤部，而子体发射的α粒子入射至采样部后，在径迹探测元件上形成辐射损伤径迹，经过累积监测后，通过测量径迹探测元件上的径迹密度，可以定量分析结合态子体的浓度，从而推算其引起的不同α潜能浓度。

本发明的重量可以控制在60g左右，以实现检测装置的小型化，并对使用人员的工作状态无影响。检测装置加装了防尘设计，保证了含氡空气正常进入采样腔的同时，也起到了有效防止工作中矿尘或水和泥浆等溅射到采样腔内的作用。该检测装置的最优佩戴位置为矿工头盔外面的侧部，对个人剂量和环境剂量均可测量。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的氡钍射气检测装置的结构示意图；

图中：10-采样腔、11-空气进入口、12-滤网、13-腔室盖、14-限位台、20-排气腔、21空气排出口、30-采样部、31-过滤部、32-筛选膜、40-风扇、100-氡钍检测装置。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的便携式氡钍射气检测装置100一般性地包括用于收集指定环境气体并方便其扩散的检测室，在检测室内设置有对空气进行采样分析的采样腔10和将分析后气体排出的排气腔20；在采样腔10的侧壁上设置有用于吸入采样空气的空气进入口11，在排气腔20的侧壁上设置有空气排出口21；在该采样腔10内安装有位于采样腔10和排气腔20之间用于阻留氡或钍射气结合态子体的过滤部31，以及安装在采样腔10内与排气腔20相对的位置处，用于测量氡子体或钍子体发射α粒子径迹密度的采样部30。

本实施例利用足够被测试空气扩散的检测室，对空气中的氡钍射气及其结合态子体进行测量，其中含氡钍射气与气溶胶结合的子体被阻留在过滤部31，而子体发射的α粒子入射至采样部30后在径迹探测元件上形成辐射损伤径迹，经过累积监测后，通过测量径迹探测元件上的径迹密度，可以定量分析结合态子体的浓度，从而推算其引起的不同α潜能浓度。在本实施例中，该空气进气口11可以设置在采样部30与过滤部31之间的采样腔10的侧壁上，且可以在该空气进气口11处安装滤网12。

本实施例中的过滤部31可以为玻璃纤维或聚碳酸酯)过滤膜，而采样部30可以为CR39或LR115固体核径迹片。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该排气腔20内可以设置向空气排出口21吹风的风扇40。通过风扇40的吹动，可以加快对采样腔内空气的抽取，相应就加快了整个检测室的空气流动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，可以在采样部30朝向排气腔20的一侧设置用于过滤氡射气子体或钍射气子体的筛选膜32。通过筛选膜32可以仅允许氡射气子体或钍射气子体通过，从而可以在CR39核径迹片上形成预定的检测结果。本实施例中的筛选膜32可以选用铝膜，其通过相应的厚度来筛选相应的子体，如：根据氡钍射气子体发射的α粒子能量不同，利用MonteCarlo模拟的结果，可以选择12的结厚度的铝膜来针对氡子体，选择24择来厚度的铝膜来针对钍射气子体，从而实现对氡钍射气子体的分辨。

进一步地，在采样腔10中，该筛选膜32用于接触采样空气的面积与排气腔10和扩散腔20连接处的面积相同，且筛选膜32接触采样空气的表面宽度与筛选膜32和过滤部31之间的距离相同。在本实施例中，该采样腔10的空间可以是正方体结构，至少需要保证采样的各部件与采样空气接触的面积相同。

进一步地，为方便气体的排出，该排气腔20的形状可以为锥形，且其锥底与采样腔10连接，锥顶与空气排出口21连接。具体的排气腔20与采样腔10的连接位置可以根据本装置的安装结构确定。通过与风扇40的结合，能够使采样后的气体无阻碍的从排气腔20排出。避免回流对采样室10的采样造成影响。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该检测室可以设置成一个可活动开合的结构，以方便内部部件的安装和取样。其可以包括一个可开合的腔室盖13，该腔室盖13可以是采样腔10相对排气腔20一侧的侧壁，而筛选膜32和采样部30可以设置在腔室盖13的内表面上。通过上述结构，可以在取下腔室盖13的同时，取出已经采样好的CR39核径迹片，还可方便新测试片的安装。具体的腔室盖13与采样室10可以通过卡合或扣合的方式固定。

进一步地，为方便检测室的开合，可以在采样腔10内设置限制腔室盖13位置的限位台14，且限位台14可以同时限定筛选部32与采样腔10内空气的接触面积。

在本发明中累积测量及数据处理程序如下：

含氡空气在风扇40的动力作用下进入采样腔10，多孔玻璃纤维滤膜阻留了典型粒径为0.5μm的放射性气溶胶(氡钍射气的结合态子体)，主要是Po-218(6.0MeV)、Po-214(7.7MeV)、Bi-212(6.0MeV)和Po-212(8.78MeV)。氡气体和未结合态子体(未结合态子体主要由氡氦团簇原子组成，其具有较强的克服重力沉降作用，垂直向上运移能力，物理性质类似于气体，密度略高于空气)被抽出。

计算过程可描述为：标准氡室内产生瞬时氡子体α潜能浓度为C_EECRn(单位：MeV·m^-3)，暴露时间为t(单位：h)，则已知氡子体α潜能浓度暴露总量为：

$E_{EECRn}^s=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{C}_{EECRn}\left(t\right)dt---\left(1\right)$

那么，对于氡子体α潜能浓度的刻度系数k_EECRn可以描述为：

$k_{EECRn}=\frac{1}{E_{EECRn}^s}\×(N_M-N_0)=\frac{1}{E_{EECRn}^s}\×N_E---\left(2\right)$

N₀为本底径迹，采用同批次但未经氡暴露的核径迹片测定得到，N_M为实测得到的径迹密度。由净径迹N_E可以得到k_EECRn，单位是tracks·cm^-2/MeV·m^-3·h，其物理意义是表征了单位氡子体α潜能浓度所对应的径迹密度。

则，主动累积测量的工作原理如下式所述，标准氡室内，由氡子体引起的α潜能浓度(PAEC)的总暴露量E_EECRn(单位MeV·m^-3·h)为：

E_EECRn＝K×S×(N_M-N₀)/V×η＝K×S×N_E/V×η＝N_E/k_EECRn(3)

其中，对于PAEC：180Bq约为1.0μJ/m³，数据取自《室内氡及其衰变产物测量规范》GBZ/T182-2006，取换算系数K为2.884×10^-5Bq/MeV，此时，PAEC称为平衡有效氡子体α潜能浓度，MeV/m^-3。S是CR-39的有效探测面积，CR-39径迹片测得的净径迹密度为N_E＝N_M—N₀，N_M为测量得到的径迹密度平均值(单位：tracks·cm^-2)，N₀为跟随本底(未经氡暴露的同一批次剂量计)测量得到本底径迹密度平均值(单位：tracks·cm^-2)。V为采样体积，η是几何因子，无量纲。V和S为已知量，k_EECRn可通过刻度实验测定，由该式推导得到几何因子η。

本发明中，采样腔内累积测量及数据处理程序如下：

氡、钍射气子体的α潜能浓度(PAEC)定义为C_EECRn-α，(单位：MeV·m^-3)，采样腔10内过滤膜厚度为10～12μm时，CR-39径迹片测得的净径迹密度记为为N_A。N_A为测量得到的，扣除本底径迹N₀后，采样腔10径迹密度平均值(单位：tracks·cm^-2)；采样腔10内过滤膜厚度为14～18μm时，CR-39径迹片测得的净径迹密度记为为N_B，N_B为测量得到的，扣除本底径迹N₀后，采样腔10径迹密度平均值(单位：tracks·cm^-2)；采样腔10内过滤膜厚度为18～24μm时，CR-39径迹片测得的净径迹密度记为为N_C，N_C为测量得到的，扣除本底径迹N₀后，采样腔10径迹密度平均值(单位：tracks·cm^-2)。

由于实际情况中，由于滤膜厚度和衰变方式的影响。CR39固体核径迹片只能测定得到Po-218(E_α＝6.0MeV)、Po-214(E_α＝7.7MeV)和Bi-212(E_α＝6.0MeV)引起的α潜能浓度，而Po-212(E_α＝8.78MeV)衰变后释放的α粒子虽可引起径迹片的响应，但对α潜能浓度无贡献(半衰期极短3.0×10^-7s)。则可引入修正系数：θ₁、θ₂。

有：θ₁＝N_A-1.561×N_c(4)

θ₂＝N_B-N_c(5)

则氡、钍射气引起的α潜能浓度(PAEC)定义为C_EECRn-α：

C_EECRn-α＝2.884×10^-5×S×(6θ₁+1.7θ₂)/(V×η)(6)

本发明的重量可以控制在60g左右，以实现检测装置的小型化，并对使用人员的工作状态无影响。剂量计加装了防尘设计，保证了含氡空气正常进入采样腔10的同时，也起到了有效防止工作中矿尘或水和泥浆等溅射到采样腔内的作用。本实施例的检测装置的最优佩戴位置为矿工头盔外面的侧部，这样的佩戴位置在没有或低通风的大气氛围下，该个人测量装置与场所测量装置有较好的一致性，对个人剂量和环境剂量均可测量。

通过PCB电路板的设计，可以对氡钍射气的采样进行定时，以精确掌握采样时间。利用光通量控制，需要测量时开启，而不需要测量时，风扇停止工作，使检测室不会暴露在非工作时间，较好保证了测量结果的准确性。检测装置的电源可与矿灯电源并联，保证电力供应。采用ABS导电塑料压制的检测装置结构简单，坚固，体积小，重量轻，佩戴中对工作无影响。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种便携式氡钍射气检测装置，包括：

检测室，用于收集指定环境的气体，包括对空气进行采样分析的采样腔和将分析后气体排出的排气腔；在所述采样腔的侧壁上设置有空气进入口，在所述排气腔的侧壁上设置有气体排出口；所述采样腔进一步地包括：

过滤部，安装在所述采样腔和所述排气腔之间，用于阻留氡或钍射气结合态子体；

采样部，安装在与所述排气腔相对的位置处，用于测量氡子体或钍子体发射α粒子引起固体核径迹探测元件上的单位径迹密度。

2.根据权利要求1所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述过滤部为玻璃纤维或聚碳酸酯过滤膜，所述采样部为CR39或LR115固体核径迹片。

3.根据权利要求1所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述排气腔内设置有抽取所述采样腔空气并通过所述空气排出口排出的抽吸式风扇。

4.根据权利要求2所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述过滤膜为厚度分布在10μm～24μm之间的铝膜。

5.根据权利要求1所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述排气腔的形状为锥形，且通过锥底一端与所述采样腔连接，通过锥顶一端与所述空气排出口连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

在所述采样部朝向所述排气腔的一侧设置有用于过滤结合态氡子体或钍子体的筛选膜。

7.根据权利要求6所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

在所述采样腔中，所述筛选膜用于接触采样空气的面积与所述排气腔和所述采样腔的连接处的面积相同，且所述筛选膜接触采样空气的表面宽度与所述筛选膜和所述过滤部之间的距离相同。

8.根据权利要求7所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述检测室包括可开合的腔室盖，所述腔室盖为所述采样腔相对所述排气腔一侧的侧壁，所述筛选部和所述采样部设置在所述腔室盖的内表面上。

9.根据权利要求8所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述空气进气口设置在所述筛选部与所述过滤部之间的所述采样腔的侧壁上，在所述空气进气口处安装有过滤空气中大颗粒粉尘的滤网。

10.根据权利要求9所述的便携式氡钍射气检测装置，其中，

所述采样腔内设置有限制所述腔室盖位置的限位台，且所述限位台同时限定所述筛选部与所述采样腔内空气的接触面积。