CN105607108B - 基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法。本发明提出的技术方案为，首先用高压电晕采样法采集氡子体、然后用总α测量系统测量采样片，根据本发明给定的公式求解时间因子，最后得到氡子体潜能浓度。同时本发明提供了关键参数刻度系数用对比法的求取步骤。本发明所提及的计算方法是一种高效、灵活、易于实现的基于高压电晕采样法的氡子体潜能浓度计算方法，该方法也可以推广到其他氡子体潜能浓度测量仪器中使用。

Description

基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法

技术领域

本发明设计是一种核辐射探测技术，特别是指采用高压电晕法采集氡子体后，对采样片进行测量并计算氡子体潜能的一种方法。

背景技术

²²²Rn是惰性气体被人吸入后，不与肺部组织发生化学结合作用，在人体内停留的时间较短，因此大部分²²²Rn被吸入后又被呼出，在呼吸道内产生危害的剂量很小。²²²Rn的短寿命子体则不然，它们属于带电金属粒子(悬浮在空中)，极易吸附在空气中的气溶胶颗粒上，被人吸入后，大部分子体即可停留在气管壁或肺叶，它们在衰变过程中不断发射的α粒子在人体内长期照射，导致身体受害组织或细胞(主要是肺器官)发生电离化，或者说杀死肺细胞或致其变异而诱发癌症。氡子体对人体有效当量剂量的贡献要远大于氡本身，而氡及子体的辐射危害之和在天然辐射所致公众剂量中约占54％，远高于其它天然放射性，是自然界中最直接的放射性威胁。

目前国内外平衡当量氡浓度都利用气泵直接将氡子体采集沉积在滤膜上，通过不同的探测器和计数算法来测量并计算平衡当量氡浓度。由于直接通过气泵使气体中的氡子体沉积到滤膜上采集方式的采集效率比较低，不能短时间内准确并且连续测量出氡子体的浓度。

高压电晕氡子体采集方法是一种小巧、高效的氡子体新型采样技术，其采用高电压产生非均匀强电场，使得电场中的空气分子被电离为正离子和电子而 生成的离子雾，当氡子体微粒通过离子雾时会被强迫带电，在电场作用下向金属采集片富集。该采样方法采用金属采样片不能用常规方法求取采样效率等参数，故也无法使用常规方法计算氡子体潜能，而且目前国内广泛采用的氡子体潜能方法一般要固定采样与测量时间，无法做到灵活多样的采样和测量方式。本发明正是为高压电晕采样方法提供可任意选择采样和测量时间的一种氡子体潜能计算方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法。该方法具有参数求解方法简单、采样和测量时间任意可选、便于实现自动测量等特点。

本发明的目的是通过如下技术方案实现：

一种基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法，测量用的采样片为金属片或金属薄膜，而且采样和测量时间可任意可调，该方法包含以下步骤：

(1)用高压电晕采样法采集氡子体，其采集装置中采集电压、针板距、采集片面积、采样流量等参数保持恒定，采集时长为t_s秒；

(2)停止采样后在t_i开始计时，并将采样片放入总α测量系统中；

(3)用总α测量系统在t_i＝t₁到t_i＝t₂时间段测量，测量采样片总α的计数，记为N；

(4)分别用公式①、②和③求解时间因子f_T1、f_T2和f_T3；

式中：

g₂＝1-e^-λ2ts；g₃＝1-e^-λ3t _s；g₄＝1-e^-λ4ts；

(5)用公式④求解得到氡子体潜能浓度

④

其中：

C_p——为氡子体潜能浓度，单位MeV/L；

t_s——为采样时间，单位s；

t_i——为衰变时间采样结束时刻t_i＝0，单位s；

t₁——为测量开始时刻，单位s；

t₂——为测量结束时刻，单位s；

T——为测量时间点对应的衰变时刻，单位s；

N——为t_i＝t₁到t_i＝t₂时间段测量采样片总α的计数，单位count；

λ₂——为RaA(²¹⁸Po)的衰变常数0.227261min^-1，单位min^-1；

λ₃——为RaB(²¹⁴Pb)的衰变常数0.025864min^-1，单位min^-1；

λ₄——为RaC(²¹⁴Bi)的衰变常数0.035185min^-1，单位min^-1；

K——为刻度系数，单位(L·count)/MeV。

一种基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法，步骤(5)中刻度系数K，可通过方法得到：

氡子体室调整到稳定的氡子体浓度，用标准平衡当量氡浓度测量仪当前标准氡子体潜能浓度C_ps。同时用高压电晕采样器也进行氡子体采样，通过本发明提供的技术方案(1)～(4)步得到测量采样片总α的计数N，通过公式⑤求出刻度系数K。

⑤

刻度系数K的求解实验应在3个以上氡子体浓度点进行实验，每个浓度点进行5次以上测量，对所有测量值进行线性回归计算可以得到刻度系数。

技术方案中刻度系数K是受到采样效率、采样流量、探测效率等参数的影响，但是对于具体仪器来说上述参数都是固定的，故该参数可通过对比仪器刻度的方式求的。

本发明所设计到的计算方法，有效解决了高压电晕等氡子体采集方法，使用金属采样片采样效率难以求的，无法准确计算氡子体潜能浓度的难题。该计算方法经过理论推到和实验测量，简化了氡子体潜能浓度的计算方法；并且提供时间因子f_T1、f_T2和f_T3的计算方法，使得采样和测量时间可任意选择，也便于实现自动测量。因此，本发明所提及的计算方法是一种高效、灵活、易于实现的基于高压电晕采样法的氡子体潜能浓度计算方法，该方法也可以推广到其他氡子体潜能浓度测量仪器中使用。

本发明的优点：所提及的计算方法是一种高效、灵活、易于实现的基于高压电晕采样法的氡子体潜能浓度计算方法，该方法也可以推广到其他氡子体潜能浓度测量仪器中使用。

附图说明

图1、本发明优选实施例的处理流程图；

图2、本发明优选实施例的刻度系数求取结果图；

图3、本发明优选实施例的测试对比结果图(条件1：高压电晕采集器采样时间5分钟，总α测量仪测量第2到3分钟，共1分钟)；

图4、本发明优选实施例的测试对比结果图(条件2：高压电晕采集器采样时间 5分钟，总α测量仪测量第2到7分钟，共5分钟)；

图5、本发明优选实施例的测试对比结果图(条件3：高压电晕采集器采样时间5分钟，总α测量仪测量第2到10分钟，共8分钟)。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本发明作更为详细的描述。对于一个新制作的高压电晕采样器，首先应采用比对法求取刻度系数K。求取刻度系数K的实验应在氡子体浓度稳定的环境中进行，例如在标准氡子体室中刻度系数K求解方法如下：

氡子体室调整到稳定的氡子体浓度，用标准平衡当量氡浓度测量仪当前标准氡子体潜能浓度C_ps。同时用高压电晕采样器也进行氡子体采样，通过本发明提供的技术方案(1)～(4)步得到测量采样片总α的计数N，通过公式⑤求出刻度系数K。

⑤

刻度系数K的求解实验应在3个以上氡子体浓度点进行实验，每个浓度点进行5次以上测量，对所有测量值进行线性回归计算可以得到刻度系数。附图1是上述刻度系数求解方法优选实施例得到的求解结果图。

在实验得到刻度系数K后，即可根据本发明所提及的技术方案来计算氡子体潜能浓度。附图1所示为利用本发明所提及的技术方案优选实施例的处理流程图，具体操作步骤如下：

(a)用高压电晕采样器采样t_s秒，采样结束后计时器t开始计时；

(b)将采样片放入总α测量系统中；

(c)当t₁时开始测量α总计数，当t₂时停止测量；

(d)计算采样片总α的计数，记为N；

(e)用公式①、②和③计算时间因子f_T1、f_T2和f_T3，其中

(f)用公式④求解平衡当量氡浓度。

附图3、附图4、附图5是利用本发明所述方法，对用标准平衡当量氡浓度测量仪和本方法，在不同采样和测量时间情况下，对未知氡子体潜能浓度进行测量的对比结果，可以看出本方法求取的平衡当量氡浓度与标准平衡当量氡浓度吻合较好度。

Claims (2)

1.一种基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法，其特征在于测量用的采样片为金属片，而且采样和测量时间任意可调，该方法包含以下步骤：

(1)用高压电晕采样法采集氡子体，其采集装置中采集电压、针板距、采集片面积、采样流量四个参数保持恒定，采集时长为t_s秒；

(2)停止采样后在t_i开始计时，并将采样片放入总α测量系统中；

(3)用总α测量系统在t_i＝t₁到t_i＝t₂时间段测量，测量采样片总α的计数，记为N；

(4)分别用公式①、②和③求解时间因子f_T1、f_T2和f_T3；

式中：

<mrow> <msub> <mi>g</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </msup> <mo>;</mo> <msub> <mi>g</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </msup> <mo>;</mo> <msub> <mi>g</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

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(5)用公式④求解得到氡子体潜能浓度

其中：

C_p——为氡子体潜能浓度，单位MeV/L；

t_s——为采样时间，单位s；

t_i——为衰变时间，并设采样结束时刻为t_i＝0时刻，单位s；

t₁——为测量开始时刻，单位s；

t₂——为测量结束时刻，单位s；

T——为测量时间点对应的衰变时刻，单位s；

N——为t_i＝t₁到t_i＝t₂时间段测量采样片总α的计数，单位count；

λ₂——为RaA(²¹⁸Po)的衰变常数0.227261min^-1，单位min^-1；

λ₃——为RaB(²¹⁴Pb)的衰变常数0.025864min^-1，单位min^-1；

λ₄——为RaC(²¹⁴Bi)的衰变常数0.035185min^-1，单位min^-1；

K——为刻度系数，单位(L·count)/MeV。

2.根据权利要求1所述的基于高压电晕采样法的氡子体潜能计算方法，其特征在于步骤(5)中刻度系数K，可通过方法得到：

氡子体室调整到稳定的氡子体浓度，用标准氡子体潜能浓度测量仪，测量得到当前氡子体室的标准氡子体潜能浓度C_ps，同时用高压电晕采样器也进行氡子体采样，通过权利要求1提供的步骤(1)～(4)得到测量采样片总α的计数N，通过公式⑤求出刻度系数K，

刻度系数K的求解实验应在3个以上氡子体浓度点进行实验，每个浓度点进行5次以上测量，对所有测量值进行线性回归计算可以得到刻度系数。