CN105954789A - 一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，氡子体测量仪从²²⁰Rn子体测量环境采样、静置后利用多道标定测量仪对²²²Rn子体RaA(²¹⁸Po)6.0MeV能谱峰计数区的上阈值LV₁；氡子体测量仪重新填装滤膜后从纯²²²Rn子体环境采样；利用多道进行6.0MeV计数区、7.69MeV计数区60‑120min时间段的α粒子计数N₁₁、N₁₂，计算峰重叠因子θ₁；氡子体测量仪更换滤膜后从纯²²²Rn子体环境采样，利用多道标定测量仪对²²²Rn子体RaC'(²¹⁴Po)7.69MeV能谱峰计数区的上阈值LV₂；氡子体连续测量仪重新装填滤膜后从²²⁰Rn室采，利用多道脉冲幅度分析器测量α粒子计数N₂₄、N₂₃、N₂₂，确定峰重叠因子θ₂、θ₃。

Description

一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法

技术领域

本发明属于放射性惰性气体测量技术领域，涉及一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法。

背景技术

氡(包括²²²Rn和²²⁰Rn)属于放射性惰性气体，是天然辐射照射的主要来源之一。但²²²Rn/²²⁰Rn子体对环境所致剂量的贡献远大于²²²Rn/²²⁰Rn，“氡害”其实主要是氡子体的对人体的危害。为了准确地评价环境中²²²Rn/²²⁰Rn及其子体所致剂量与危害，需关注²²²Rn/²²⁰Rn子体的测量方法与装置。

由于α能谱法具有测量准确度好、测量时间短、甑别能力强等特点，是目前常用的WLx、LCD-BWLM、EQF3200等²²²Rn/²²⁰Rn子体测量仪的基本原理方法，但采用α能谱法对收集有²²²Rn/²²⁰Rn子体的滤膜进行α能谱分析测量时会出现α能谱的漂移与α能谱峰的重叠现象，这将严重影响到²²²Rn/²²⁰Rn子体测量的准确性。

能谱法测量²²²Rn、²²⁰Rn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。图1是ORTECTα能谱仪在真空中测得的混合²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱图，现有技术指出在利用ORTECTα能谱仪进行常规性测量时，可以不考虑7.69MeVα粒子对6.0MeVα粒子、8.78MeVα粒子对6.0MeVα粒子、8.78MeVα粒子对7.69MeVα粒子的峰重叠。但如果测量环境的条件发生变化(如更换探测器、在空气中测量、在较高的气溶胶情况下测量)导致²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱重叠比较严重时，将严重影响到氡子体测量的准确性。所以人们引入氡子体α能谱峰重叠修正因子对其进行计数的修正。通常情况下，α能谱峰重叠修正因子为一定值，此值在仪器出厂时应由厂商和校准部门给出。但有时由于长期使用或使用不当，仪器内的电子元器件逐渐损耗或损坏，其增益及前置放大器和线性放大器的参数值与校准时相比发生了变化，从而导致能量漂移。为此，在仪器检定时需对α能谱峰重叠修正因子进行刻度。本文利用南华大学国家标准²²²Rn室及浓度稳定可调的²²⁰Rn室建立一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法。

图2是采用多道脉冲幅度分析器得到的在非真空条件下测量混合²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱截图。可见在非真空条件下进行²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱测量时，除需考虑²²²Rn子体RaA(²¹⁸Po)、RaC'(²¹⁴Po)的能谱峰存在峰重叠外，还需考虑²²⁰Rn子体ThC'(²¹²Po)8.78MeV能谱峰对²²²Rn子体RaA6.00MeV、RaC'7.69MeV能谱峰的重叠。

所以需要引入²²²Rn/²²⁰Rn子体α能谱峰重叠修正因子对其进行计数的修正。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，解决了现有技术中存在的问题，提高了²²²Rn/²²⁰Rn子体活度浓度的测量准确度。

本发明所采用的技术方案是，一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，按照以下步骤进行：

步骤1，调节氡室²²²Rn浓度至2000Bq/m³左右，对应的氡室内²²²Rn子体活度浓度稳定在200Bq/m³，²²⁰Rn子体活度浓度忽略；

步骤2，将²²⁰Rn室连接一个活度为3000Bq的高射气系数固体²²⁰Rn源，调节²²⁰Rn子体水平至2000Bq/m³左右；

步骤3，氡子体测量仪装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，利用多道脉冲幅度分析器，采用1024道，测量氡子体测量仪的α能谱120min，取²²⁰Rn子体ThC″(²⁰⁸Tl)6.05MeV能谱峰计数区的上限作为²²²Rn子体RaA(²¹⁸Po)6.0MeV能谱峰的上阈值对应的道值LV₁；

步骤4，氡子体测量仪重新填装滤膜后从²²²Rn室采样15min后，静置60min，利用多道脉冲幅度分析器进行6.0MeV能谱区计数区0-LV₁道、7.69MeV计数区LV₁-1023道60-120min时间段的α粒子计数N₁₁、N₁₂；

步骤5，更换滤膜重复步骤4，得到两个计数区的计数值，按式(1)计算峰重叠因子θ₁；

设6.0MeV计数区计数为N₁₁，7.69MeV计数区计数为N₁₂，RaC'(²¹⁴Po)7.69MeVα粒子能谱峰计数区对RaA6.0MeV计数区重叠因子θ₁表示为：

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{N_{11}}{N_{12}}---\left(1\right)$

步骤6，氡子体测量仪填装滤膜后从²²²Rn室采样15min，利用多道脉冲幅度分析器测量氡子体测量仪的α能谱105min，测定RaC'(²¹⁴Po)7.69MeV计数区的上阈值对应的道值LV₂；

步骤7，氡子体测量仪重新装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，静置180min待²²²Rn子体衰变完后，利用多道脉冲幅度分析器测量RaA所在6.00MeV计数区0-LV₁道、RaC'所在7.69MeV计数区LV₁-LV₂道以及ThC'所在8.78MeV计数区LV₂-1023道120min的α粒子计数N₂₄、N₂₃、N₂₂；

步骤8，更换滤膜重复上述步骤7，得到三个计数区的计数值，最后按式(2)-式(3)式确定峰重叠因子θ₂、θ₃；

设全谱计数为N₂₁，8.78MeV计数区计数为N₂₂，6.05MeV计数区计数为N₂₃，此时在7.69MeV计数区计数为N₂₄，则8.78MeVα粒子计数慢化到6.0MeVα粒子计数区的峰重叠因子θ₂为：

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{N_{23}-0.32*N_{21}}{N_{22}+N_{24}}---\left(2\right)$

8.78MeVα粒子对²²²Rn、²²⁰Rn混合情况下7.69MeVα计数段内的重叠因子θ₃表示为：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{N_{24}}{N_{22}}---\left(3\right).$

进一步的，所述步骤3中，本案所刻度的氡子体测量仪道值LV₁取538道。

进一步的，所述步骤6中，本案所刻度的氡子体测量仪道值LV₂取698道。

本发明的有益效果是：现有的基于α能谱法开发的氡子体测量仪器的刻度只考虑其对α粒子的探测效率的刻度，忽略了对α能谱峰重叠修正因子刻度，此方法的建立将减少此类仪器由于长期使用或使用不当导致的能量漂移及α能谱重叠修正的偏差。提高其²²²Rn/²²⁰Rn子体活度浓度的测量准确度。

附图说明

图1是ORTECTα能谱仪在真空中测得的混合²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱图(真空)。

图2是混合²²²Rn、²²⁰Rn子体α能谱截图。

图3是纯²²⁰Rn子体α能谱图。

图4是纯²²²Rn子体α能谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

²²²Rn、²²⁰Rn子体α能谱峰重叠因子的计算：

因为²²²Rn、²²⁰Rn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，所以本文可参照汪佳明、卢正永的峰重叠算法利用纯²²²Rn子体环境和纯²²⁰Rn子体环境分别测定子体连续测量仪测量混合²²²Rn、²²⁰Rn子体浓度时，RaC'7.69MeVα粒子能谱峰计数区(简称计数区)对RaA6.0MeV计数区、ThC'8.78MeV计数区对6.0MeV计数区、8.78MeV计数区对7.69MeV计数区的峰重叠因子θ₁、θ₂、θ₃。

在纯²²²Rn子体环境确定²²²Rn子体峰重叠因子θ₁时，设6.0MeV计数区计数为N₁₁，7.69MeV计数区计数为N₁₂，则重叠因子θ₁表示为：

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{N_{11}}{N_{12}}---\left(1\right)$

在纯²²⁰Rn子体环境下确定θ₂、θ₃时，设全谱计数为N₂₁，8.78MeV计数区计数为N₂₂，6.05MeV计数区计数为N₂₃，由于8.78MeVα粒子除可能散落在6.05MeV计数区外，还可能散落在7.69MeV计数区内，设此时在7.69MeV计数区计数为N₂₄，则8.78MeVα粒子计数慢化到6.0MeVα粒子计数区的峰重叠因子θ₂为：

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{N_{23}-0.32*N_{21}}{N_{22}+N_{24}}---\left(2\right)$

8.78MeVα粒子对²²²Rn、²²⁰Rn混合情况下7.69MeVα计数段内的重叠因子θ₃表示为：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{N_{24}}{N_{22}}---\left(3\right)$

²²²Rn/²²⁰Rn子体α能谱峰重叠因子的实验测定：

本案采用了利用纯²²²Rn子体环境确定²²²Rn子体峰重叠因子θ₁，及利用在纯²²⁰Rn子体环境确定²²⁰Rn子体峰重叠因子θ₂、θ₃的实验方案。具体方案如下：1)利用²²⁰Rn子体ThC”(²⁰⁸Tl)6.05MeVα粒子的能谱峰来确定²²²Rn子体RaA 6.00MeVα粒子能谱峰的上阈值；2)利用纯²²²Rn子体环境消除²²⁰Rn子体ThC”6.05MeVα粒子对²²²Rn子体RaA6.00MeVα粒子计数的影响，将南华大学氡实验室的国家标准²²²Rn室作为纯²²²Rn子体环境；3)将南华大学氡实验室体积为2.7m³的²²⁰Rn室(²²⁰Rn子体浓度可在50Bq/m³～2800Bq/m³范围内可调，温度在24℃～37℃间变化，湿度控制在58％～65％)作为²²⁰Rn子体环境，采用滤膜从较高的²²⁰Rn子体浓度测量环境取样后静置一段时间以消除²²²Rn子体的干扰；4)利用多道脉冲幅度分析器(简称多道，实际使用时设置为1024道)进行²²⁰Rn/²²²Rn子体连续测量仪α能谱的测量。

具体的步骤如下：

步骤1，调节氡室²²²Rn浓度至2000Bq/m³左右(对应的氡室内²²²Rn子体活度浓度稳定在200Bq/m³左右，²²⁰Rn子体活度浓度可以忽略)；

步骤2，氡子体测量仪装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，利用多道测量其α能谱(见图3)，测定RaA6.0MeV能谱峰计数区的上阈值对应的道值LV₁(本案实验值为538)；

步骤3，氡子体测量仪重新填装滤膜后从²²²Rn室采样15min后，静置60min(可认为滤膜上RaA已衰减完，只有RaC')，利用多道脉冲幅度分析器进行氡子体测量仪6.0MeV计数区(0-LV₁道)、7.69MeV计数区(LV₁-1023道)60-120min时间段的α粒子计数N₁₁、N₁₂；

步骤4，利用同一张滤膜重复步骤3，得到两个计数区的计数值，最后按式(1)计算峰重叠因子θ₁；

步骤5，将²²⁰Rn室连接一个活度为3000Bq的高射气系数固体²²⁰Rn源，调节²²⁰Rn子体水平至2000Bq/m³左右；

步骤6，氡子体测量仪填装滤膜后从²²²Rn室采样15min，利用多道测量105min(见图4)，测定RaC'7.69MeV能谱峰计数区的上阈值对应的道值LV₂(本案实验值为698)；

步骤7，氡子体测量仪重新装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，静置180min后(可认为空气中混入的RaC'几乎衰减完)，利用多道测量同一张滤膜RaA所在6.00MeV计数区(0-LV₁道)、RaC'所在7.69MeV计数区(LV₁-LV₂道)以及ThC'所在8.78MeV计数区(LV₂-1023道)120min的α粒子计数N₂₄、N₂₃、N₂₂；

步骤8，使用同一张滤膜重复上述步骤7，得到三个计数区区的计数值，最后按(2)-(3)式确定峰重叠因子θ₂、θ₃。

实验结果分析：

按步骤1-4完成²²²Rn子体峰重叠因子θ₁的测量，每次测量完成后更换滤膜，连续测量8次6.0MeV、7.69MeV能谱计数区的α粒子的计数值以及峰重叠因子的计算值都列在表1中，可见连续测量8次，峰重叠因子θ₁稳定在0.0334左右，其相对平均偏差为3.11％，且同一厂家的同款滤膜间的差异几乎可以忽略。

表1 ²²²Rn子体重叠因子(θ₁)

注：实验日期为2015年6月28日至6月30日，括号内为相对平均偏差

按步骤1-2,5-8完成²²⁰Rn子体峰重叠因子θ₂、θ₃的测量，测量结果列在表2中。表2很明显的反映出：在非真空条件下，²²⁰Rn子体ThC'(²¹⁴Po)8.78MeV能谱峰计数区对²²²Rn子体RaA6.00MeV能谱峰计数区的重叠不可忽略，但要比²²⁰Rn子体ThC'(²¹⁴Po)8.78MeV能谱峰计数区对²²²Rn子体RaC'7.69MeV能谱峰计数区的重叠程度低得多，本案中表征8.78MeVα粒子慢化到6.00、7.69MeV计数区的峰重叠因子θ₂、θ₃的峰重叠修正因子分别可取0.0613、0.1674，且同一厂家的同款滤膜间的差异几乎可以忽略。

表2 ²²⁰Rn子体峰重叠因子(θ₂、θ₃)

注：实验日期为2015年6月28日至6月30日，括号内为相对平均偏差

研究结果表明：

1)非真空条件下混合²²²Rn、²²⁰Rn子体的α能谱峰拖尾导致²²⁰Rn子体ThC'(²¹⁴Po)8.78MeV能谱峰对²²²Rn子体RaC'7.69MeV、RaA6.00MeV能谱峰重叠以及²²²Rn子体RaC'7.69MeV能谱峰对RaA6.00MeV能谱峰较大的重叠，其中8.78MeVα粒子慢化到²²²Rn子体RaA6.00MeV能谱峰计数区的概率不能忽略；

2)本案的刻度对象是南华大学氡室开发的NRL-2型氡子体测量仪，选用的是醋酸纤维脂微孔滤膜(美国Milipore公司生产，孔径0.8μm)，研究结果表明同一厂家的同一型号滤膜的峰重叠修正因子间的区别可以忽略，更换型号后需对其峰重叠修正因子进行重新刻度。

本文的原理及发明点：

(1)鉴于有²²²Rn的地方就有²²⁰Rn存在，本案利用南华大学国家标准氡室提供的较高的²²²Rn子体活度浓度(可达200-800Bq/m³)以减少环境²²⁰Rn子体的影响(环境²²⁰Rn子体浓度一般低于20Bq/m³)，并将其视为纯²²²Rn子体环境；

(2)将²²⁰Rn室连接一个活度为3000Bq的高射气系数固体²²⁰Rn源，调节²²⁰Rn子体水平至2000Bq/m³左右，可将其视为纯²²⁰Rn子体环境，刻度时还可在滤膜采样后静置一段时间(一般在120min以上)以进一步减少²²²Rn子体的影响；

(3)利用多道脉冲幅度分析器测量待刻度氡子体测量仪的α能谱可同时完成测量仪α能谱的标定与α能谱峰计数区的读数，且系统简单，连接方便；

(4)利用纯²²⁰Rn子体环境下ThC″(²⁰⁸Tl)6.05MeV的α能谱峰来标定²²²Rn子体RaA(²¹⁸Po)6.00MeV能谱峰计数区的上阈所对应的道值避免了²²²Rn子体RaC'(²¹⁴Po)的α能谱峰对能谱标定的影响；

(5)利用纯²²²Rn子体环境下RaC'(²¹⁴Po)7.69MeV的α能谱峰来标定其能谱峰计数区的上阈所对应的道值避免了²²⁰Rn子体ThC'(²¹²Po)的α能谱峰对能谱标定的影响。

Claims (3)

1.一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1，调节氡室²²²Rn浓度至2000Bq/m³左右，对应的氡室内²²²Rn子体活度浓度稳定在200Bq/m³，²²⁰Rn子体活度浓度忽略；

步骤2，将²²⁰Rn室连接一个活度为3000Bq的高射气系数固体²²⁰Rn源，调节²²⁰Rn子体水平至2000Bq/m³左右；

步骤3，氡子体测量仪装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，利用多道脉冲幅度分析器，采用1024道，测量氡子体测量仪的α能谱120min，取²²⁰Rn子体ThC″(²⁰⁸Tl)6.05MeV能谱峰计数区的上限作为²²²Rn子体RaA(²¹⁸Po)6.0MeV能谱峰的上阈值对应的道值LV₁；

步骤4，氡子体测量仪重新填装滤膜后从²²²Rn室采样15min后，静置60min，利用多道脉冲幅度分析器进行6.0MeV能谱区计数区0-LV₁道、7.69MeV计数区LV₁-1023道60-120min时间段的α粒子计数N₁₁、N₁₂；

步骤5，更换滤膜重复步骤4，得到两个计数区的计数值，按式(1)计算峰重叠因子θ₁；

设6.0MeV计数区计数为N₁₁，7.69MeV计数区计数为N₁₂，RaC'(²¹⁴Po)7.69MeVα粒子能谱峰计数区对RaA6.0MeV计数区重叠因子θ₁表示为：

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{N_{11}}{N_{12}}---\left(1\right)$

步骤6，氡子体测量仪填装滤膜后从²²²Rn室采样15min，利用多道脉冲幅度分析器测量氡子体测量仪的α能谱105min，测定RaC'(²¹⁴Po)7.69MeV计数区的上阈值对应的道值LV₂；

步骤7，氡子体测量仪重新装填滤膜后从²²⁰Rn室采样15min后，静置180min待²²²Rn子体衰变完后，利用多道脉冲幅度分析器测量RaA所在6.00MeV计数区0-LV₁道、RaC'所在7.69MeV计数区LV₁-LV₂道以及ThC'所在8.78MeV计数区LV₂-1023道120min的α粒子计数N₂₄、N₂₃、N₂₂；

步骤8，更换滤膜重复上述步骤7，得到三个计数区的计数值，最后按式(2)-式(3)式确定峰重叠因子θ₂、θ₃；

设全谱计数为N₂₁，8.78MeV计数区计数为N₂₂，6.05MeV计数区计数为N₂₃，此时在7.69MeV计数区计数为N₂₄，则8.78MeVα粒子计数慢化到6.0MeVα粒子计数区的峰重叠因子θ₂为：

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{N_{23}-0.32*N_{21}}{N_{22}+N_{24}}---\left(2\right)$

8.78MeVα粒子对²²²Rn、²²⁰Rn混合情况下7.69MeVα计数段内的重叠因子θ₃表示为：

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{N_{24}}{N_{22}}---\left(3\right).$

2.根据权利要求1所述的一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，其特征在于，所述步骤3中，氡子体测量仪道值LV₁取538道。

3.根据权利要求1所述的一种氡子体测量仪α能谱峰重叠修正因子的准确刻度方法，其特征在于，所述步骤6中，氡子体测量仪道值LV₂取698道。