CN105182398B - 静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法 - Google Patents

Abstract

一种静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算过程。测量过程采用较短的时间间隔测量，测量间隔2‑10分钟，每次测量连续测量多个测量周期的数据。计算过程对静电收集法测氡仪测量得到的集氡罩收集室内氡浓度上升曲线的初始部分数据进行分析，忽略有效衰变常数，并对现有的计算方法进行修正，采用简单的代数运算就能够得到氡析出率。

Description

静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，特别是一种采用静电收集法闭环式部分积分快速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，测量介质表面氡析出率的主要方法有累积法和活性炭吸附法。活性炭吸附法是利用活性炭对析出氡的吸附，通过对吸附在活性炭中的氡衰变产生的γ谱进行测量求出氡析出率，该方法测量时间长、不易实现自动化；累积法主要是用于测量一段时间内的平均氡析出率，具有重要的统计意义和参考价值。使用累积法的静电收集式氡析出率仪以其简便迅速、可即时测量给出结果得到了较广泛的应用。当前使用累积法都是采用一个集氡罩收集介质析出的氡，然后测量得到集氡罩内氡浓度的变化规律，对测量数据进行拟合同步得到有效衰变常数及氡析出率。但是累积法数据拟合计算量较大，计算复杂。

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静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法。

本发明的技术方案是：一种静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法，对静电收集法测氡仪测量得到的集氡罩收集室内氡浓度上升曲线的初始部分数据进行分析，忽略有效衰变常数，并对现有的计算方法进行修正，采用简单的代数运算就能够得到氡析出率。

测量方法包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：

一、测量过程：

将开口集氡罩扣在待测介质表面上，或将待测介质装入密闭集氡罩的收集室内，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收集室，导致集氡罩收集室内氡浓度变化，泵一直以恒定流速将集氡罩收集室内的氡通过干燥管干燥，再经滤膜滤出子体后泵入测氡仪的测量腔，流速0.5-15升/分钟，使得测量腔的氡浓度与集氡罩收集室内的氡浓度平衡。

测量腔内有一半导体探测器，半导体探测器与测氡仪连接，探测钋218衰变放出的α粒子计数，在测量腔底部及壁板与半导体探测器之间加以50-100伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器的表面，提高探测效率。

测量采用较短的时间间隔测量，测量间隔2-10分钟，每次测量连续测量多个测量周期的数据。

二、计算过程：

由于泵的流率较大，测量腔内的氡浓度与集氡罩收集室内的氡浓度相等，测量腔内的氡浓度C（t）为：

(1)

(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积，面积单位为cm²；V为集氡罩与测量腔及管道的总空间体积，体积单位为升；为有效衰变常数，包括氡的衰变常数，集氡罩内氡的泄漏系数和反扩散系数； t为集氡的时间。

由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，再就是静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，在泵流率较大的条件下，测量腔内的氡浓度与集氡罩收集室内氡浓度相等，测量腔内的²¹⁸Po浓度能描述为：

(3)

(4)

是²¹⁸Po衰变常数，是测量腔内²¹⁸Po初始浓度。

式（1）的解为：

（5）

C₀是集氡罩收集室内初始氡浓度，即环境中的氡浓度，其值非常小，式（5）能够简化为：

（6）

式（1）～（6）为现有的计算方法。

将式（6）代入式（3）：

(7)

选取合适的t值，使得λ _e t值比较小，有

（8）

将式（8）代入式（7）得：

（9）

对式（9）两边在0-t₁区间积分：

（10）

是测量腔内初始²¹⁸Po浓度，其值为0，式（10）能够简化为：

（11）

对于静电收集法测氡仪，并不能得到每个时间点的氡浓度，只能得到每个测量周期T的平均氡浓度，在较短的测量周期，理解为该测量周期中点的氡浓度，设t₁位于第n个测量周期的中点，式（11）变化为：

(12)

是静电收集法测氡仪在第n个测量周期的读数。

根据式（12）得到：

（13）

由式（13）解得氡析出率。

上述方法采用的测量装置由集氡罩、带滤膜的干燥管、滤膜、测氡仪、泵组成，集氡罩的出气口接头通过管道与干燥管连接，干燥管的另一端通过管道与滤膜连接，滤膜的另一端通过管道与测氡仪的测量室进气口连接，集氡罩的进气口接头通过管道与测量室的出气口连接，泵安装在集氡罩的进气口接头与测量室的出气口之间的管道上。

集氡罩包括开口集氡罩和密闭集氡罩。

开口集氡罩为一个底端开口的矩形容器，开口集氡罩的顶板上设有进气口接头和出气口接头。

密闭集氡罩包括一个底端开口的矩形容器及密封板，矩形容器的顶板上设有进气口接头和出气口接头，密封板与矩形容器的开口端采用螺钉连接，通过密封板将矩形容器的开口端封闭。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

本发明与现有累积法和活性炭吸附法相比，测量过程及计算方法简单，结果准确，仅仅对静电收集法测氡仪测量得到的集氡罩收集室内氡浓度上升曲线的初始部分数据进行分析，忽略有效衰变常数，采用简单的代数运算就可以得到氡析出率。

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为采用开口集氡罩进行测量时的示意图；

附图2为采用密闭集氡罩进行测量时的示意图。

具体实施方式

实施例一、一种静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法，对静电收集法测氡仪测量得到的集氡罩收集室内氡浓度上升曲线的初始部分数据进行分析，忽略有效衰变常数，并对现有的计算方法进行修正，采用简单的代数运算就能够得到氡析出率。

测量方法包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：

一、测量过程：

将开口集氡罩1扣在待测介质表面6上，由于待测介质6内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入开口集氡罩1收集室，导致开口集氡罩1收集室内氡浓度变化，泵5一直以恒定流速将开口集氡罩1收集室内的氡通过干燥管2干燥，再经滤膜3滤出子体后泵入测氡仪4的测量腔4-1，流速0.5-15升/分钟，使得测量腔4-1的氡浓度与开口集氡罩1收集室内的氡浓度平衡。

测量腔4-1内有一半导体探测器4-2，半导体探测器4-2与测氡仪4连接，探测钋218衰变放出的α粒子计数，在测量腔4-1底部及壁板与半导体探测器4-2之间加以50-100伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器4-2的表面，提高探测效率。

测量采用较短的时间间隔测量，测量间隔2-10分钟，每次测量连续测量多个测量周期的数据。

二、计算过程：

由于泵4的流率较大，测量腔4-1内的氡浓度与开口集氡罩收集室内的氡浓度相等，测量腔4-1内的氡浓度C（t）为：

(1)

(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为开口集氡罩1收集室的底面积，面积单位为cm²；V为开口集氡罩1收集室与测量腔4-1及管道的总空间体积，体积单位为升；为有效衰变常数，包括氡的衰变常数，开口集氡罩1收集室内氡的泄漏系数和反扩散系数； t为集氡的时间。

由于常用静电收集法测氡仪4实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，再就是静电收集法测氡仪4跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，在泵5流率较大的条件下，测量腔4-1内的氡浓度与开口集氡罩1收集室内氡浓度相等，测量腔4-1内的²¹⁸Po浓度能描述为：

(3)

(4)

是²¹⁸Po衰变常数，是测量腔4-1内²¹⁸Po初始浓度。

式（1）的解为：

（5）

C₀是开口集氡罩1收集室内初始氡浓度，即环境中的氡浓度，其值非常小，式（5）能够简化为：

（6）

将式（6）代入式（3）：

(7)

选取合适的t值，使得λ _e t值比较小，有

（8）

将式（8）代入式（7）得：

（9）

对式（9）两边在0-t₁区间积分：

（10）

是测量腔内初始²¹⁸Po浓度，其值为0，式（10）能够简化为：

（11）

对于静电收集法测氡仪4，并不能得到每个时间点的氡浓度，只能得到每个测量周期T的平均氡浓度，在较短的测量周期，可以理解为该测量周期中点的氡浓度，设t₁位于第n个测量周期的中点，式（11）变化为：

(12)

是静电收集法测氡仪4在第n个测量周期的读数。

根据式（12）得到：

（13）

由式（13）解得氡析出率。

上述方法采用的测量装置由开口集氡罩1、干燥管2、滤膜3、测氡仪4及泵5组成，开口集氡罩1的出气口接头1-1通过管道与干燥管2连接，干燥管2的另一端通过管道与滤膜3连接，滤膜3的另一端通过管道与测氡仪3的测量室4-1进气口连接，开口集氡罩1的进气口接头1-2通过管道与测量室4-1的出气口连接，泵5安装在开口集氡罩1的进气口接头1-2与测量室4-1的出气口之间的管道上。

开口集氡罩1为一个底端开口的矩形容器，开口集氡罩1的顶板上设有进气口接头1-2和出气口接头1-1。

本实施例利用RAD7测氡仪4测量2个周期的数据，周期为40分钟，开口集氡罩1体积为4升，RAD7测氡仪4的测量室4-1及管道体积为0.8升，开口集氡罩的底面积为430cm²，氡析出率标准装置氡析出率参考值为1.48Bqm^-2s^-1，以2分钟为一个测量周期，连续测量50个周期，两次实验测量数据见表1。

表1 开口集氡罩内氡浓度数据 (Bq.m^-3)

从表1选取初期线性上升的12个周期的数据，第12个周期的测量值可以认为是第23分钟的浓度值，²¹⁸Po的半衰期为3.1分钟，其衰变常数为：0.224/ min。

由实验1数据根据式（13）解得：J=1.51 Bq m^-2 S^-1。

由实验2数据根据式（13）解得：J=1.36 Bq m^-2 S^-1。

实施例二、本实施例的测量过程与计算过程与实施例一基本相同，所不同的只是实施例一采用的是开口集氡罩1，本实施例采用的是密闭集氡罩7，密闭集氡罩7体积为4升，密闭集氡罩6的底面积为430cm²，待测介质8放置在密闭集氡罩7内。

密闭集氡罩7包括一个底端开口的矩形容器7-1及密封板7-2，矩形容器7-1的顶板上设有进气口接头7-1-2和出气口接头7-1-1，密封板7-2与矩形容器7-1的开口端采用螺钉连接，通过密封板7-2将矩形容器7-1的开口端封闭。

Claims (1)

1.一种静电收集法闭环式部分积分快速测量氡析出率的方法，对静电收集法测氡仪测量得到的集氡罩收集室内氡浓度上升曲线的初始部分数据进行分析，忽略有效衰变常数，并对现有的计算方法进行修正，采用简单的代数运算就能够得到氡析出率，测量方法包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：

一、测量过程：

将开口集氡罩扣在待测介质表面上，或将待测介质装入密闭集氡罩的收集室内，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收集室，导致集氡罩收集室内氡浓度变化，泵一直以恒定流速将集氡罩收集室内的氡通过干燥管干燥，再经滤膜滤出子体后泵入测氡仪的测量腔，流速0.5-15升/分钟，使得测量腔的氡浓度与集氡罩收集室内的氡浓度平衡；

测量腔内有一半导体探测器，半导体探测器与测氡仪连接，探测钋218衰变放出的α粒子计数，在测量腔底部及壁板与半导体探测器之间加以50-100伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器的表面，提高探测效率；

测量采用较短的时间间隔测量，测量间隔2-10分钟，每次测量连续测量多个测量周期的数据；

二、计算过程：

由于泵的流率较大，测量腔内的氡浓度与集氡罩收集室内的氡浓度相等，测量腔内的氡浓度C（t）为：

(1)

(2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积，面积单位为cm²；V为集氡罩与测量腔及管道的总空间体积，体积单位为升；为有效衰变常数，包括氡的衰变常数，集氡罩内氡的泄漏系数和反扩散系数； t为集氡的时间；

由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，再就是静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，在泵流率较大的条件下，测量腔内的氡浓度与集氡罩收集室内氡浓度相等，测量腔内的²¹⁸Po浓度能描述为：

(3)

(4)

是²¹⁸Po衰变常数，是测量腔内²¹⁸Po初始浓度；

式（1）的解为：

（5）

C₀是集氡罩收集室内初始氡浓度，即环境中的氡浓度，其值非常小，式（5）能够简化为：

（6）；

其特征是：将式（6）代入式（3）：

(7)

选取合适的t值，使得λ _e t值比较小，有

（8）

将式（8）代入式（7）得：

（9）

对式（9）两边在0-t₁区间积分：

（10）

是测量腔内初始²¹⁸Po浓度，其值为0，式（10）能够简化为：

（11）

对于静电收集法测氡仪，并不能得到每个时间点的氡浓度，只能得到每个测量周期T的平均氡浓度，在较短的测量周期，理解为该测量周期中点的氡浓度，设t₁位于第n个测量周期的中点，式（11）变化为： (12)

是静电收集法测氡仪在第n个测量周期的读数；

根据式（12）得到：

（13）

由式（13）解得氡析出率。