CN109031388B - 一种水中氡浓度绝对测量系统及方法 - Google Patents

一种水中氡浓度绝对测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水中氡浓度绝对测量系统及方法，其中测量系统包括依次相连的第一γ探测器、第一线性放大器、第一单道脉冲幅度分析器、第一延迟成形电路、第一定标器，依次相连的第二γ探测器、第二线性放大器、第二单道脉冲幅度分析器、第二延迟成形电路、第二定标器；第一延迟成形电路和第二延迟成形电路的输出端还均与符合电路的输入端相连，符合电路的符合输出端与第三定标器相连，还包括计算模块，计算模块用于计算待测样品中222Rn的活度浓度
Figure DDA0001680217830000011
本发明无需对测量系统本身进行刻度，能够精确、实时、方便地测量水中氡浓度。

Description

一种水中氡浓度绝对测量系统及方法
技术领域
本发明属于水中氡浓度测量技术领域，特别涉及一种水中氡浓度绝对测量系统及方法。
背景技术
水中氡会诱发人体肺癌和胃癌的发生，同时地下水中氡浓度的急剧变化能够作为预测地震的依据之一。水中氡浓度的测量方法多种多样，可分为被动测量和主动测量。主动测量即以鼓泡形式将水中的氡“赶”出来，再测量鼓出空气中氡浓度，根据关系式换算成水中的氡浓度，方法包括：驻极体法、闪烁室法等；被动式测量即直接测量水中氡浓度，方法包括：液体闪烁法、γ能谱法、固体径迹法等。这些测氡方法都属于相对测量法，需要先对测量仪器本身进行刻度，存在误差传递，且测量与刻度的条件需严格的保持一致，从而使得精确度低，实时性差，操作不方便。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种水中氡浓度绝对测量系统及方法，无需对测量系统本身进行刻度，精确度高，实时性好，操作方便。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种水中氡浓度绝对测量系统，包括作为第一道的依次相连的第一γ探测器、第一线性放大器、第一单道脉冲幅度分析器、第一延迟成形电路、第一定标器，作为第二道的依次相连的第二γ探测器、第二线性放大器、第二单道脉冲幅度分析器、第二延迟成形电路、第二定标器；第一延迟成形电路的输出端还与符合电路的第一输入端相连，第二延迟成形电路的输出端还与符合电路的第二输入端相连，符合电路的符合输出端与第三定标器相连并形成符合道，第一γ探测器与第二γ探测器之间形成检测区，其特点是还包括计算模块，其中：
第一单道脉冲幅度分析器：测量时，下甄别阈为V1，道宽为V2，其中，
Figure BDA0001680217810000021
N1为通过γ能谱仪找到的待测样品能量为609.32keV的γ射线全能峰左边界的道址，N2为通过γ能谱仪找到的待测样品能量为609.32keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
第二单道脉冲幅度分析器：测量时，下甄别阈为V3，道宽为V4，其中，
Figure BDA0001680217810000022
N3为通过γ能谱仪找到的待测样品能量为1120.54keV的γ射线全能峰左边界的道址，N4为通过γ能谱仪找到的待测样品能量为1120.54keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
所述计算模块：用于计算待测样品中222Rn的活度浓度
Figure BDA0001680217810000023
Figure BDA0001680217810000024
其中，nγ1为第一道的计数率，nb1为第一道的本底计数率，nγ2为第二道的计数率，nb2为第二道的本底计数率，nγγ为符合道的计数率，nb为符合道的本底计数率，τ为符合分辨时间，V为待测样品的体积。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述水中氡浓度绝对测量系统进行测量的方法，包括以下步骤：
步骤A.将体积为V的待测样品置于检测区，通过γ能谱仪找到待测样品能量为609.32keV的γ射线全能峰左右边界，通过γ能谱仪找到待测样品能量为1120.54keV的γ射线全能峰左右边界；
步骤B.调节第一单道脉冲幅度分析器的阈值和道宽，使得第一单道脉冲幅度分析器的下甄别阈为V1，道宽为V2；调节第二单道脉冲幅度分析器的阈值和道宽，使得第二单道脉冲幅度分析器的下甄别阈为V3、道宽为V4；
步骤C.调节第一延迟成形电路和第二延迟成形电路的延迟时间；
步骤D.第一定标器、第二定标器、第三定标器工作，得到第一定标器的计数率nγ1、第二定标器的计数率nγ2、第三定标器的计数率nγγ；
步骤E.移去待测样品，第一定标器、第二定标器、第三定标器工作，得到第一定标器的本底计数率nb1、第二定标器的本底计数率nb2、第三定标器的本底计数率nb；
步骤F.计算待测样品中222Rn的活度浓度
作为一种优选方式，步骤C中，调节第一延迟成形电路和第二延迟成形电路的延迟、成形时间，直至检测到的脉冲宽度为最佳脉冲宽度即为符合分辨时间，符合道计数率最大即为最佳延迟时间。
与现有技术相比，本发明无需对测量系统本身进行刻度，能够精确、实时、方便地测量水中氡浓度。
附图说明
图1为本发明测量系统结构框图。
其中，1为第一γ探测器，2为第一线性放大器，3为第一单道脉冲幅度分析器，4为第一延迟成形电路，5为第一定标器，6为第二γ探测器，7为第二线性放大器，8为第二单道脉冲幅度分析器，9为第二延迟成形电路，10为第二定标器，11为符合电路，12为第三定标器，13为检测区，14为计算模块，15为待测样品，16为高压电源，17为NIM插件机箱。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述水中氡浓度绝对测量系统包括作为第一道的依次相连的第一γ探测器1、第一线性放大器2、第一单道脉冲幅度分析器3、第一延迟成形电路4、第一定标器5，作为第二道的依次相连的第二γ探测器6、第二线性放大器7、第二单道脉冲幅度分析器8、第二延迟成形电路9、第二定标器10；第一延迟成形电路4的输出端还与符合电路11的第一输入端相连，第二延迟成形电路9的输出端还与符合电路11的第二输入端相连，符合电路11的符合输出端与第三定标器12相连并形成符合道，第一γ探测器1与第二γ探测器6之间形成检测区13，还包括计算模块14，其中：
第一单道脉冲幅度分析器3：测量时，下甄别阈为V1，道宽为V2，其中，N1为通过γ能谱仪找到的待测样品15能量为609.32keV的γ射线全能峰左边界的道址，N2为通过γ能谱仪找到的待测样品15能量为609.32keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
第二单道脉冲幅度分析器8：测量时，下甄别阈为V3，道宽为V4，其中，
Figure BDA0001680217810000052
N3为通过γ能谱仪找到的待测样品15能量为1120.54keV的γ射线全能峰左边界的道址，N4为通过γ能谱仪找到的待测样品15能量为1120.54keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
所述计算模块14：用于计算待测样品15中222Rn的活度浓度
Figure BDA0001680217810000053
Figure BDA0001680217810000054
其中，nγ1为第一道的计数率，nb1为第一道的本底计数率，nγ2为第二道的计数率，nb2为第二道的本底计数率，nγγ为符合道的计数率，nb为符合道的本底计数率，τ为符合分辨时间(对于该符合测量系统最佳脉冲宽度为0.39μs，可通过实验测定。)，V为待测样品15的体积。
在测量系统中，第一γ探测器1和第二γ探测器6均配置NaI(Tl)探头，并利用高压电源16供电。高压电源16的型号为BH1283N。测量系统其余部件设于NIM插件机箱17内，由低压电源供电。
第一线性放大器2和第二线性放大器7的型号均为BH1218。
第一单道脉冲幅度分析器3和第二单道脉冲幅度分析器8的型号均为FH-1007A。
第一延迟成形电路4和第二延迟成形电路9的型号均为BH1221。
第一定标器5、第一定标器5和第一定标器5的型号均为BH1220N。
利用所述水中氡浓度绝对测量系统进行测量的方法，包括以下步骤：
步骤A.待氡与其子体达到放射性平衡后，其子体的活度即为氡的活度。将体积为V的待测样品15置于检测区13，第一道测量能量为609.32keV的γ射线全能峰的计数，第二道测量能量为1120.54keV的γ射线全能峰的计数。通过γ能谱仪找到待测样品15能量为609.32keV的γ射线全能峰左右边界，其道址分别为N1、N2；通过γ能谱仪找到待测样品15能量为1120.54keV的γ射线全能峰左右边界，其道址分别为N3、N4；
步骤B.调节第一单道脉冲幅度分析器3的阈值和道宽，使得第一单道脉冲幅度分析器3的下甄别阈为V1，道宽为V2；调节第二单道脉冲幅度分析器8的阈值和道宽，使得第二单道脉冲幅度分析器8的下甄别阈为V3、道宽为V4；
步骤C.调节第一延迟成形电路4和第二延迟成形电路9的延迟时间，直至检测到的脉冲宽度为测量系统的最佳脉冲宽度。
步骤D.第一定标器5、第二定标器10、第三定标器12工作，得到第一定标器5的计数率nγ1、第二定标器10的计数率nγ2、第三定标器12的计数率nγγ；
步骤E.移去待测样品，第一定标器5、第二定标器10、第三定标器12工作，得到第一定标器5的本底计数率nb1、第二定标器10的本底计数率nb2、第三定标器12的本底计数率nb；
步骤F.计算待测样品(15)中222Rn的活度浓度
Figure BDA0001680217810000071
Figure BDA0001680217810000072
计算原理如下：
首先，测量水中222Rn的放射性活度
假设214Bi放射源的活度为A，由于第一道、第二道、符合道所接定标器测量折合的计数率分别为nγ1、nγ2、nγγ，设ε1为第一道对γ1射线的探测效率，ε2为第二道对γ2射线的探测效率，η1、η2分别为γ1、γ2的衰变分之比，则有如下关系式：
第一道计数率：nγ1＝Aη1ε1 (1)
第二道计数率：nγ2＝Aη2ε2 (2)
符合道计数率：nγγ＝Aη1η2ε1ε2 (3)
将式(1)、式(2)代入式(3)可得：
Figure BDA0001680217810000073
对式(4)进行本底和偶然符合计数修正后有：
Figure BDA0001680217810000081
其中，nb为符合道的本底计数率，nb1为第一道的本底计数率，nb2为第二道的本底计数率。
其次，计算水中222Rn浓度：
由于待测含氡水样的体积为V，可得到水中222Rn的浓度：
Figure BDA0001680217810000082
Figure BDA0001680217810000083
为待测样品15中214Bi的活度浓度，A为214Bi的放射性活度。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水中氡浓度绝对测量系统，包括作为第一道的依次相连的第一γ探测器(1)、第一线性放大器(2)、第一单道脉冲幅度分析器(3)、第一延迟成形电路(4)、第一定标器(5)，作为第二道的依次相连的第二γ探测器(6)、第二线性放大器(7)、第二单道脉冲幅度分析器(8)、第二延迟成形电路(9)、第二定标器(10)；第一延迟成形电路(4)的输出端还与符合电路(11)的第一输入端相连，第二延迟成形电路(9)的输出端还与符合电路(11)的第二输入端相连，符合电路(11)的符合输出端与第三定标器(12)相连并形成符合道，第一γ探测器(1)与第二γ探测器(6)之间形成检测区(13)，其特征在于，还包括计算模块(14)，其中：
第一单道脉冲幅度分析器(3)：测量时，下甄别阈为V1，道宽为V2，其中，
Figure FDA0002252781520000011
N1为通过γ能谱仪找到的待测样品(15)能量为609.32keV的γ射线全能峰左边界的道址，N2为通过γ能谱仪找到的待测样品(15)能量为609.32keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
第二单道脉冲幅度分析器(8)：测量时，下甄别阈为V3，道宽为V4，其中，
Figure FDA0002252781520000012
N3为通过γ能谱仪找到的待测样品(15)能量为1120.54keV的γ射线全能峰左边界的道址，N4为通过γ能谱仪找到的待测样品(15)能量为1120.54keV的γ射线全能峰右边界的道址，K为γ能谱仪的总道数；
所述计算模块(14)：用于计算待测样品(15)中222Rn的活度浓度
Figure FDA0002252781520000021
Figure FDA0002252781520000022
其中，nγ1为第一道的计数率，nb1为第一道的本底计数率，nγ2为第二道的计数率，nb2为第二道的本底计数率，nγγ为符合道的计数率，nb为符合道的本底计数率，τ为符合分辨时间，V为待测样品(15)的体积。
2.一种水中氡浓度绝对测量方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的水中氡浓度绝对测量系统，包括以下步骤：
步骤A.将体积为V的待测样品(15)置于检测区(13)，通过γ能谱仪找到待测样品(15)能量为609.32keV的γ射线全能峰左右边界，通过γ能谱仪找到待测样品(15)能量为1120.54keV的γ射线全能峰左右边界；
步骤B.调节第一单道脉冲幅度分析器(3)的阈值和道宽，使得第一单道脉冲幅度分析器(3)的下甄别阈为V1，道宽为V2；调节第二单道脉冲幅度分析器(8)的阈值和道宽，使得第二单道脉冲幅度分析器(8)的下甄别阈为V3、道宽为V4；
步骤C.调节第一延迟成形电路(4)和第二延迟成形电路(9)的延迟、成形时间；
步骤D.第一定标器(5)、第二定标器(10)、第三定标器(12)工作，得到第一定标器(5)的计数率nγ1、第二定标器(10)的计数率nγ2、第三定标器(12)的计数率nγγ；
步骤E.移去待测样品，第一定标器(5)、第二定标器(10)、第三定标器(12)工作，得到第一定标器(5)的本底计数率nb1、第二定标器(10)的本底计数率nb2、第三定标器(12)的本底计数率nb；
步骤F.计算待测样品(15)中222Rn的活度浓度
Figure FDA0002252781520000031
3.如权利要求2所述的水中氡浓度绝对测量方法，其特征在于，步骤C中，调节第一延迟成形电路(4)和第二延迟成形电路(9)的延迟、成形时间，直至检测到的脉冲宽度为最佳脉冲宽度即为符合分辨时间，符合道计数率最大即为最佳延迟时间。
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