CN105353398A - 一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统及方法，其中所述系统包括：氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置，以及与所述氡和钍射气测量装置和所述氡和钍射气子体测量装置连接的显示终端；其中，所述氡和钍射气测量装置包括：静电收集室；子体过滤器；第一抽气泵；第一探测器以及第一信号与数据处理模块；所述氡和钍射气子体测量装置包括：子体采样室；采样滤膜；第二抽气泵；第二探测器以及第二信号与数据处理模块。本发明完成了对工作场所和环境中氡和钍射气及其子体浓度的同时、快速、直接、连续测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种在工作场所和环境中的氡和钍射气及其子体监测技术，尤其涉及一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统及方法。
背景技术
氡(即222Rn)与钍射气(即220Rn)同属于放射性惰性气体，是天然辐射照射的主要来源之一，存在氡的地方几乎就有钍射气。但人们对环境中钍射气及其子体危害的关注要少得多。根据UNSCEAR2000报告，在天然辐射对公众产生的年有效剂量中，氡及其子体的剂量约占总有效剂量的50％，钍射气及其子体产生的有效剂量与氡及其子体剂量的比例由原来的6％提高到9％。而环境中氡/钍射气及子体的危害评价及其行为特征的研究都离不开氡/钍射气及其子体测量。因此，氡/钍射气及其子体的连续、稳定、可靠的测量是实现氡/钍射气及其子体危害评价的关键。
目前在氡/钍射气的在线测量中，大部分是分别实现氡测量和钍射气测量，且大部分还是侧重在氡测量；另外，在子体浓度测量中绝大部分是测量子体潜能浓度，而不能区分各个子体的浓度，从而无法具体分析各个子体对人体的影响情况。为此，目前需要开发一种新的测量系统及方法，以满足测量需要。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统及方法，以在混合氡和钍射气及其子体的测量环境下直接测出氡和钍射气浓度，并能区分氡和钍射气的各种子体浓度，从而实现对工作场所和环境中氡和钍射气及其子体浓度水平的在线监测。
本发明所述的一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其包括：氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置，以及与所述氡和钍射气测量装置和所述氡和钍射气子体测量装置连接的显示终端；其中，
所述氡和钍射气测量装置包括：
静电收集室，其与第一输入管以及第一输出管连通；
设置在所述第一输入管内并靠近其入口端的子体过滤器；
与所述第一输出管连通的第一抽气泵，其将含混合氡和钍射气的空气从所述第一输入管抽入所述静电收集室，以在该静电收集室内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子；
设置在所述静电收集室内壁上并与所述第一输入管相对的第一探测器，其探测所述218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及所述216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；以及
与所述第一探测器连接的第一信号与数据处理模块，其根据所述第一探测信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算并向所述显示终端输出氡和钍射气的浓度值；
所述氡和钍射气子体测量装置包括：
子体采样室，其与第二输入管以及第二输出管连通；
设置在所述子体采样室内并靠近所述第二输入管的采样滤膜；
与所述第二输出管连通的第二抽气泵，其将含混合氡和钍射气的空气从所述第二输入管抽入所述子体采样室，以使所述采样滤膜收集氡和钍射气子体；
设置在所述子体采样室内壁上并与所述采样滤膜相对的第二探测器，其探测所述氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；以及
与所述第二探测器连接的第二信号与数据处理模块，其根据所述第二探测信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算并向所述显示终端输出氡和钍射气子体的浓度值；
所述显示终端配置为用于储存并显示所述氡和钍射气的浓度值以及所述氡和钍射气子体的浓度值。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述氡和钍射气测量装置还包括设置在所述静电收集室内的温湿度传感器，其测量所述静电收集室内的温湿度并向所述第一信号与数据处理模块输出相应的温湿度信号。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述第一信号与数据处理模块包括：
第一信号放大单元，其接收并放大所述第一探测信号；
与所述第一信号放大单元连接的第一模数转换单元，其对放大后的所述第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
与所述第一模数转换单元连接的第一粒子计数单元，其根据所述第一转换信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
与所述第一粒子计数单元连接的第一峰重叠修正单元，其根据预设的第一峰重叠因子对所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；
与所述第一峰重叠修正单元连接的迭代修正单元，其采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正；
与所述迭代修正单元连接的温湿度修正单元，其根据所述温湿度信号以及预设的温湿度因子对迭代修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正；以及
与所述温湿度修正单元连接的第一浓度计算单元，其根据温湿度修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值，并将该氡和钍射气的浓度值输出至所述显示终端以供其储存和显示。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述第二信号与数据处理模块包括：
第二信号放大单元，其接收并放大所述第二探测信号；
与所述第二信号放大单元连接的第二模数转换单元，其对放大后的所述第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
与所述第二模数转换单元连接的第二粒子计数单元，其根据所述第二转换信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；
与所述第二粒子计数单元连接的第二峰重叠修正单元，其根据预设的第二峰重叠因子对所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；以及
与所述第二峰重叠修正单元连接的第二浓度计算单元，其根据峰重叠修正后的所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值，并将该氡和钍射气子体的浓度值输出至所述显示终端以供其储存和显示。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述显示终端包括：通过串口通讯模块与所述第一信号与数据处理模块以及第二信号与数据处理模块连接的数据库、分别与所述数据库连接的图表显示模块和数据管理模块，以及与所述氡和钍射气测量装置和所述氡和钍射气子体测量装置连接以控制其进行测量的控制模块。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述氡和钍射气测量装置还包括与所述第一信号与数据处理模块连接以用于储存及显示所述氡和钍射气的浓度值的第一显示模块；所述氡和钍射气子体测量装置还包括与所述第二信号与数据处理模块连接以用于储存及显示所述氡和钍射气子体的浓度值的第二显示模块。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述氡和钍射气测量装置还包括与所述第一抽气泵连通的第一排气管；所述氡和钍射气子体测量装置还包括与所述第二抽气泵连通的第二排气管。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述第一探测器和第二探测器均为离子注入表面钝化探测器。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述采样滤膜为厚度为0.8μm的MilliporeAA型微孔滤膜。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统中，所述系统还包括用于向所述氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置以及显示终端供电的移动电源。
本发明之二所述的一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法，其包括以下步骤：
步骤S1，提供如上所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统；
步骤S2，通过所述第一抽气泵将含混合氡和钍射气的空气抽入所述静电收集室，采用静电收集法在该静电收集室内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子；通过所述第二抽气泵将含混合氡和钍射气的空气抽入所述子体采样室，以使所述采样滤膜收集氡和钍射气子体；
步骤S3，通过所述第一探测器探测所述218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及所述216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；通过所述第二探测器探测所述氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；
步骤S4，通过所述第一信号与数据处理模块根据所述第一探测信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算氡和钍射气的浓度值，通过所述显示终端储存并显示所述氡和钍射气的浓度值；以及
步骤S5，通过所述第二信号与数据处理模块根据所述第二探测信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算氡和钍射气子体的浓度值，通过所述显示终端储存并显示所述氡和钍射气子体的浓度值。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法中，所述步骤S4包括：
步骤S41，放大所述第一探测信号；
步骤S42，对放大后的所述第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
步骤S43，根据所述第一转换信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
步骤S44，根据预设的第一峰重叠因子对所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；
步骤S45，采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正；
步骤S46，测量所述静电收集室内的温湿度数据，并根据该温湿度数据以及预设的温湿度因子对迭代修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正；以及
步骤S47，根据温湿度修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值。
在上述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法中，所述步骤S5包括：
步骤S51，放大所述第二探测信号；
步骤S52，对放大后的所述第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
步骤S53，根据所述第二转换信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；
步骤S54，根据预设的第二峰重叠因子对所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；以及
步骤S55，根据峰重叠修正后的所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明采用双路采样的方法，一路对氡和钍射气进行采样，利用静电收集室使氡和钍射气多次衰变产生的第一、第二α粒子被第一探测器探测到；一路对氡和钍射气子体进行采样，利用采样滤膜沉积氡和钍射气子体并使其衰变产生的第三至第五α粒子被第二探测器探测到，然后在此基础上分别通过第一、第二信号与数据处理模块对两路信号分别进行数据采集和处理，并将两路信号传送至显示终端进行集成储存、显示和控制，完成氡和钍射气及其子体浓度的同时、快速、直接、连续测量。
附图说明
图1是本发明之一的一种氡/钍射气及其子体浓度的在线测量系统的结构示意图；
图2是本发明之一的一种氡/钍射气及其子体浓度的在线测量系统中第一信号与数据处理模块的结构框图；
图3是本发明之一的一种氡/钍射气及其子体浓度的在线测量系统中第二信号与数据处理模块的结构框图；
图4是本发明之一的一种氡/钍射气及其子体浓度的在线测量系统中显示终端的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
请参阅图1-4，本发明之一，即一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其包括：氡和钍射气测量装置100、氡和钍射气子体测量装置200、与氡和钍射气测量装置100和氡和钍射气子体测量装置200连接的显示终端300以及向所述氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置以及显示终端供电的移动电源400。
具体来说，氡和钍射气测量装置100包括：
静电收集室101，其与第一输入管111以及第一输出管112连通；
设置在第一输入管111内并靠近其入口端的子体过滤器102；
与第一输出管112连通并与第一排气管131连通的第一抽气泵103，其将含混合氡和钍射气的空气从第一输入管111抽入静电收集室101，以在该静电收集室101内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子；
设置在静电收集室101内壁上并与第一输入管111相对的第一探测器104，其探测218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；
设置在静电收集室101内的温湿度传感器105，其测量静电收集室101内的温湿度，并输出相应的温湿度信号；以及
与第一探测器104以及温湿度传感器105连接的第一信号与数据处理模块106，其根据第一探测信号对第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算并向显示终端300输出氡和钍射气的浓度值；该第一信号与数据处理模块106具体包括：
第一信号放大单元161，其接收并放大第一探测信号；
与第一信号放大单元161连接的第一模数转换单元162，其对放大后的第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
与第一模数转换单元162连接的第一粒子计数单元163，其根据第一转换信号对第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
与第一粒子计数单元163连接的第一峰重叠修正单元164，其根据预设的第一峰重叠因子对第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；
与第一峰重叠修正单元164连接的迭代修正单元165，其采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正；
与迭代修正单元165连接的温湿度修正单元166，其根据温湿度信号以及预设的温湿度因子对迭代修正后的第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正；以及
与温湿度修正单元166连接的第一浓度计算单元167，其根据温湿度修正后的第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值，并将该氡和钍射气的浓度值输出至显示终端300以供其储存和显示。
具体来说，氡和钍射气子体测量装置200包括：
子体采样室201，其与第二输入管211以及第二输出管212连通；
设置在子体采样室201内并靠近第二输入管211的采样滤膜202；
与第二输出管212连通并与第二排气管231连通的第二抽气泵203，其将含混合氡和钍射气的空气从第二输入管211抽入子体采样室201，以使采样滤膜202收集氡和钍射气子体；
设置在子体采样室201内壁上并与采样滤膜202相对的第二探测器204，其探测氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；以及
与第二探测器204连接的第二信号与数据处理模块205，其根据第二探测信号对第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算向显示终端300输出氡和钍射气子体的浓度值；该第二信号与数据处理模块205具体包括：
第二信号放大单元251，其接收并放大第二探测信号；
与第二信号放大单元251连接的第二模数转换单元252，其对放大后的第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
与第二模数转换单元252连接的第二粒子计数单元253，其根据第二转换信号对第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；
与第二粒子计数单元253连接的第二峰重叠修正单元254，其根据预设的第二峰重叠因子对第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；以及
与第二峰重叠修正单元254连接的第二浓度计算单元255，其根据峰重叠修正后的第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值，并将该氡和钍射气子体的浓度值输出至显示终端300以供其储存和显示。
具体来说，显示终端300包括：通过串口通讯模块301(其用于与下位机通讯的数据接收和发送)与第一信号与数据处理模块106以及第二信号与数据处理模块205连接的数据库302(其用于对测量数据进行实时保存并供其他模块读取测量数据)、分别与数据库302连接的图表显示模块303(其主要用于图形显示和图形处理，其中图形显示主要是将测量数据以及历史数据反映在图表上以观察浓度趋势，图形处理主要包括对图表上图形的X轴，Y轴放大，缩小，整体或局部放大，拖动以及恢复图形等)和数据管理模块304(其用于统一管理测量数据和历史数据，提供查询和统计分析、生成数据报表、打印报表等功能)，以及与氡和钍射气测量装置100和氡和钍射气子体测量装置200连接以控制其进行测量的控制模块305(其用于设置仪器参数、控制仪器运行(例如对第一、第二抽气泵进行控制)以及接收仪器目前工作状态等)。
在本实施例中，氡和钍射气测量装置100还包括与第一信号与数据处理模块106连接以用于储存及显示氡和钍射气的浓度值的第一显示模块107，氡和钍射气子体测量装置200还包括与第二信号与数据处理模块205连接以用于储存及显示氡和钍射气子体的浓度值的第二显示模块206；由此即可使氡和钍射气测量装置100和氡和钍射气子体测量装置200分别单独实现测量功能。
在本实施例中，第一探测器104和第二探测器204均为离子注入表面钝化(PIPS)探测器；采样滤膜202为厚度为0.8μm的MilliporeAA型微孔滤膜，且一张采样滤膜202在环境测量中可使用的7天，因此不需频繁更换滤膜。
本发明的工作原理，即本发明之二的一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法，包括以下步骤：
步骤S1，提供上述结构的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统；
步骤S2，通过第一抽气泵103将含混合氡和钍射气的空气抽入静电收集室101，采用静电收集法在该静电收集室内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子(上述空气随后经由第一抽气泵103和第一排气管131排出)；通过第二抽气泵203将含混合氡和钍射气的空气抽入子体采样室201，以使采样滤膜202收集氡和钍射气子体(上述空气随后经由第二抽气泵203和第二排气管231排出)；
步骤S3，通过第一探测器104探测218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；通过第二探测器204探测氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；
步骤S4，通过第一信号与数据处理模块106根据第一探测信号对第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算氡和钍射气的浓度值，通过显示终端300储存并显示氡和钍射气的浓度值；以及
步骤S5，通过第二信号与数据处理模块205根据第二探测信号对第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算氡和钍射气子体的浓度值，通过显示终端300储存并显示氡和钍射气子体的浓度值。
具体来说，上述步骤S4包括：
步骤S41，放大第一探测信号；
步骤S42，对放大后的第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
步骤S43，根据第一转换信号对第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
步骤S44，根据预设的第一峰重叠因子对第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；具体来说，由于采用PIPS探测器对氡的第一代子体218Po粒子产生的6.00MeV的第一α粒子与钍射气的第一代子体216Po粒子产生的6.78MeV的第二α粒子进行探测时，后者的α粒子由于能量损失，其能谱峰会出现往能量降低方向的拖尾，即有部分216Po粒子产生的第二α粒子进入218Po粒子产生的6.00MeV的能区，从而引起高能α粒子计数减小，低能α粒子计数增加；但不论氡、钍射气各自的浓度如何变化，钍射气子体216Po粒子产生的6.78MeV的第二α粒子的分布区域可以认为是确定的，对应的重叠因子也是确定的，即216Po粒子产生的6.78MeV的第二α粒子落入218Po粒子产生的6.00MeV的能区的粒子数占216Po粒子产生的6.78MeV的总α粒子数的比值是确定的，所以可以通过引入第一重叠峰因子来实现218Po粒子产生的6.00MeV的第一α粒子计数与216Po粒子产生的6.78MeV的第二α粒子计数的峰重叠修正，消除峰重叠对测量结果的影响；
步骤S45，采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正，从而消除在氡和钍射气的连续测量中前几次测量残留的218Po粒子、216Po粒子产生的第一、第二α粒子计数对当次测量218Po粒子、216Po粒子产生的第一、第二α粒子计数的影响；
步骤S46，测量所述静电收集室内的温湿度数据，并根据该温湿度数据以及预设的温湿度因子(即在标准氡室中得出的一条温湿度对氡浓度的修正曲线)对迭代修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正，由此无需干燥剂来干燥进入静电收集室内的空气；以及
步骤S47，根据温湿度修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值。
具体来说，上述步骤S5包括：
步骤S51，放大第二探测信号；
步骤S52，对放大后的第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
步骤S53，根据第二转换信号对第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；具体来说，采样滤膜202收集的氡和钍射气子体包括5种：218Po粒子、214Po粒子、214Bi粒子、212Po粒子、212Bi粒子，换句话说，氡和钍射气子体的浓度值应该包括这5种子体的浓度值；然而，在这5种子体中只有3种子体会衰变产生α粒子，即218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、214Po粒子衰变产生的7.69MeV的第四α粒子以及212Po粒子衰变产生的8.78MeV的第五α粒子，因此，在本发明中需要对这3种α粒子进行五个时间段的积分计数(例如N1(α)(2～12)、N2(α)(2～12)、N2(α)(12～30)、N3(α)(2～43)、N3(α)(43～120)，其中N1(α)为218Po粒子产生的第三α粒子计数，N2(α)为214Po产生的第四α粒子计数，N3(α)为212Po产生的第五α粒子计数)，从而得出五个方程组，才能最终获得5种子体的浓度；
步骤S54，根据预设的第二峰重叠因子对第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；具体来说，由于能谱法测量混合氡和钍射气及其子体时存在峰重叠的现象，即高能α粒子由于能量损失而进入低能α测量区，从而引起高能α粒子计数减小，低能α粒子计数增加。在222Rn、220Rn混合情况下进行α能谱测量，除222Rn的子体218Po粒子、214Po粒子的能谱峰存在峰重叠外，还必须对220Rn的子体212Po粒子的8.78MeV能谱峰对218Po粒子、214Po粒子的峰重叠因子进行计算，因为混合氡和钍射气子体的各α能谱峰的峰形及位置不会因环境以及子体的不断沉积而发生较大变化，即可认为能谱峰的重叠因子不因环境的变化而变化；因此通过在纯氡子体环境下，确定214Po粒子衰变产生的第四α粒子对218Po粒子衰变产生的第三α粒子的重叠因子，以及在纯钍射气子体环境下，确定212Po粒子衰变产生的第五α粒子对第三α粒子和第五α粒子对第四α粒子的重叠因子，由此即可得到第二峰重叠因子，以实现对第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正，消除峰重叠对测量结果的影响；以及
步骤S55，根据峰重叠修正后的第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、可同时测量氡和钍射气，以及五种氡和钍射气子体浓度，一改目前常用的氡/钍连续测量仪不能直接给出子体浓度的现状；
2、五种氡/钍射气子体浓度的最短测量周期为2小时，与五段法相比所需时间大大减少；
3、氡和钍射气测量时无需对抽取的空气进行干燥，减少氡和钍射气测量时的运行成本和操作；
4、本发明中的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统结构简单、维护成本与难度较低(不需频繁更换滤膜)。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (13)
1.一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述系统包括：氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置，以及与所述氡和钍射气测量装置和所述氡和钍射气子体测量装置连接的显示终端；其中，
所述氡和钍射气测量装置包括：
静电收集室，其与第一输入管以及第一输出管连通；
设置在所述第一输入管内并靠近其入口端的子体过滤器；
与所述第一输出管连通的第一抽气泵，其将含混合氡和钍射气的空气从所述第一输入管抽入所述静电收集室，以在该静电收集室内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子；
设置在所述静电收集室内壁上并与所述第一输入管相对的第一探测器，其探测所述218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及所述216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；以及
与所述第一探测器连接的第一信号与数据处理模块，其根据所述第一探测信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算并向所述显示终端输出氡和钍射气的浓度值；
所述氡和钍射气子体测量装置包括：
子体采样室，其与第二输入管以及第二输出管连通；
设置在所述子体采样室内并靠近所述第二输入管的采样滤膜；
与所述第二输出管连通的第二抽气泵，其将含混合氡和钍射气的空气从所述第二输入管抽入所述子体采样室，以使所述采样滤膜收集氡和钍射气子体；
设置在所述子体采样室内壁上并与所述采样滤膜相对的第二探测器，其探测所述氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；以及
与所述第二探测器连接的第二信号与数据处理模块，其根据所述第二探测信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算并向所述显示终端输出氡和钍射气子体的浓度值；
所述显示终端配置为用于储存并显示所述氡和钍射气的浓度值以及所述氡和钍射气子体的浓度值。
2.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述氡和钍射气测量装置还包括设置在所述静电收集室内的温湿度传感器，其测量所述静电收集室内的温湿度并向所述第一信号与数据处理模块输出相应的温湿度信号。
3.根据权利要求2所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述第一信号与数据处理模块包括：
第一信号放大单元，其接收并放大所述第一探测信号；
与所述第一信号放大单元连接的第一模数转换单元，其对放大后的所述第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
与所述第一模数转换单元连接的第一粒子计数单元，其根据所述第一转换信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
与所述第一粒子计数单元连接的第一峰重叠修正单元，其根据预设的第一峰重叠因子对所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；
与所述第一峰重叠修正单元连接的迭代修正单元，其采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正；
与所述迭代修正单元连接的温湿度修正单元，其根据所述温湿度信号以及预设的温湿度因子对迭代修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正；以及
与所述温湿度修正单元连接的第一浓度计算单元，其根据温湿度修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值，并将该氡和钍射气的浓度值输出至所述显示终端以供其储存和显示。
4.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述第二信号与数据处理模块包括：
第二信号放大单元，其接收并放大所述第二探测信号；
与所述第二信号放大单元连接的第二模数转换单元，其对放大后的所述第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
与所述第二模数转换单元连接的第二粒子计数单元，其根据所述第二转换信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；
与所述第二粒子计数单元连接的第二峰重叠修正单元，其根据预设的第二峰重叠因子对所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；以及
与所述第二峰重叠修正单元连接的第二浓度计算单元，其根据峰重叠修正后的所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值，并将该氡和钍射气子体的浓度值输出至所述显示终端以供其储存和显示。
5.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述显示终端包括：通过串口通讯模块与所述第一信号与数据处理模块以及第二信号与数据处理模块连接的数据库、分别与所述数据库连接的图表显示模块和数据管理模块，以及与所述氡和钍射气测量装置和所述氡和钍射气子体测量装置连接以控制其进行测量的控制模块。
6.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述氡和钍射气测量装置还包括与所述第一信号与数据处理模块连接以用于储存及显示所述氡和钍射气的浓度值的第一显示模块；所述氡和钍射气子体测量装置还包括与所述第二信号与数据处理模块连接以用于储存及显示所述氡和钍射气子体的浓度值的第二显示模块。
7.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述氡和钍射气测量装置还包括与所述第一抽气泵连通的第一排气管；所述氡和钍射气子体测量装置还包括与所述第二抽气泵连通的第二排气管。
8.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述第一探测器和第二探测器均为离子注入表面钝化探测器。
9.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述采样滤膜为厚度为0.8μm的MilliporeAA型微孔滤膜。
10.根据权利要求1所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统，其特征在于，所述系统还包括用于向所述氡和钍射气测量装置、氡和钍射气子体测量装置以及显示终端供电的移动电源。
11.一种氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，提供如权利要求1-10中任意一项所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量系统；
步骤S2，通过所述第一抽气泵将含混合氡和钍射气的空气抽入所述静电收集室，采用静电收集法在该静电收集室内收集氡衰变产生的218Po粒子和钍射气衰变产生的216Po粒子；通过所述第二抽气泵将含混合氡和钍射气的空气抽入所述子体采样室，以使所述采样滤膜收集氡和钍射气子体；
步骤S3，通过所述第一探测器探测所述218Po粒子衰变产生的6.00MeV的第一α粒子以及所述216Po粒子衰变产生的6.78MeV的第二α粒子，并输出相应的第一探测信号；通过所述第二探测器探测所述氡和钍射气子体衰变产生的6.00MeV的第三α粒子、7.69MeV的第四α粒子以及8.78MeV的第五α粒子，并输出相应的第二探测信号；
步骤S4，通过所述第一信号与数据处理模块根据所述第一探测信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别并分别计数，并根据计数结果计算氡和钍射气的浓度值，通过所述显示终端储存并显示所述氡和钍射气的浓度值；以及
步骤S5，通过所述第二信号与数据处理模块根据所述第二探测信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并根据计数结果计算氡和钍射气子体的浓度值，通过所述显示终端储存并显示所述氡和钍射气子体的浓度值。
12.根据权利要求11所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41，放大所述第一探测信号；
步骤S42，对放大后的所述第一探测信号进行模数转换并输出相应的第一转换信号；
步骤S43，根据所述第一转换信号对所述第一α粒子和第二α粒子进行甄别，并分别获得第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值；
步骤S44，根据预设的第一峰重叠因子对所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行峰重叠修正；
步骤S45，采用迭代修正法并根据预设的迭代修正因子对峰重叠修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行迭代修正；
步骤S46，测量所述静电收集室内的温湿度数据，并根据该温湿度数据以及预设的温湿度因子对迭代修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值进行温湿度修正；以及
步骤S47，根据温湿度修正后的所述第一α粒子的计数值以及第二α粒子的计数值计算获得氡和钍射气的浓度值。
13.根据权利要求11所述的氡和钍射气及其子体浓度的在线测量方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S51，放大所述第二探测信号；
步骤S52，对放大后的所述第二探测信号进行模数转换并输出相应的第二转换信号；
步骤S53，根据所述第二转换信号对所述第三α粒子、第四α粒子和第五α粒子进行多个时间段的积分计数，并分别获得第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值；
步骤S54，根据预设的第二峰重叠因子对所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值进行峰重叠修正；以及
步骤S55，根据峰重叠修正后的所述第三α粒子的计数值、第四α粒子的计数值以及第五α粒子的计数值计算获得氡和钍射气子体的浓度值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160506 Address after: 201800 Shanghai city Jiading District Road No. 2019 Applicant after: Shanghai Inst. of Applied Physics Chinese Academy of Sciences Applicant after: University of South China Address before: 201800 Shanghai city Jiading District Road No. 2019 Applicant before: Shanghai Inst. of Applied Physics Chinese Academy of Sciences |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |