CN109444941A - 一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静电收集法两周期开环式同步测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，该方法通过对现有的计算方法进行修正，能够快速通过简单的计算方法得到较准确的氡析出率。该方法采用静电收集法测氡仪，考虑氡的有效衰变常数，利用氡浓度的变化规律算式，利用积分算式求解得出氡析出率J和有效衰变常数；这种方法仅仅通过两个周期的测量数据就可以运用简单的代数运算快速测出待测介质的氡析出率及有效衰变常数，测量装置简单，操作方便，减少了数据计算量，缩短了计算过程和时间，满足对氡析出率及有效衰变常数快速测量的需要；采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，有效减少了统计涨落带来的测量误差，提高了测量的准确性。

Description

一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法。

背景技术

空气环境中的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、开环式和活性炭吸附法等。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，但是不易长期连续监测氡析出率的变化。

现有技术中，开环式氡析出率测量法是利用泵将外界空气主动引入集氡罩，然后通过一个小干燥管后送入静电收集法测氡仪，测量从集氡罩引出的空气中氡的浓度。传统的开环式测量氡析出率的方法都忽略了有效衰变常数的影响。据研究表明：当集氡罩的换气率不满足远远大于有效衰变常数时，测量误差较大。目前也有方法能得到有效衰变常数，但是都比较复杂。申请号为CN201510634758.5的中国专利公开了一种开环式同步测量有效衰变常数及氡析出率的方法，这种方法能够同步测量有效衰变常数及氡析出率，但是这种方法的计算得到的有效衰变常数及氡析出率结果误差较大，同时通过对测量数据进行拟合同步得到有效衰变常数及氡析出率，数据拟合计算量较大，不利于在短时间内测量得出介质表面的有效衰变常数及氡析出率。

申请号为CN201110366385.X的中国专利公开了一种两段法测量氡析出率的方法，这种方法包括测量过程和计算过程，通过对现有的计算方法进行修正，能够快速通过简单的计算方法得到较准确的氡析出率，但这种方法计算复杂，采用闭环式测量装置，由于不主动与外界交换空气，只能用于对介质氡析出率一次性测量，不能连续监测氡析出率的变化。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明提供一种静电收集法两周期开环式同步测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，该方法通过对现有的计算方法进行修正，能够快速通过简单的计算方法得到较准确的氡析出率。该方法采用静电收集法测氡仪，考虑氡的有效衰变常数，利用氡浓度的变化规律算式，利用积分算式求解得出氡析出率J和有效衰变常数；这种方法仅仅通过两个周期的测量数据就可以运用简单的代数运算快速测出待测介质的氡析出率及有效衰变常数，测量装置简单，操作方便，减少了数据计算量，缩短了计算过程和时间，满足对氡析出率及有效衰变常数快速测量的需要；本方法采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，有效减少了统计涨落带来的测量误差，提高了测量的准确性。

本发明的具体技术方案为：

一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，包括测量过程和计算过程，

S1、测量过程：

将一面开口的集氡罩扣在待测介质表面上，或将介质装入密闭的集氡罩收集室内，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；泵以恒定流速将外界的空气抽入集氡罩，与集氡罩内的空气混合均匀后，再泵入干燥管，然后送入静电收集法测氡仪，流速0.5～15升/分钟，使得测氡仪内部的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡；

测氡仪采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，两个测量周期分别为T₁、T₂，其取值范围为5～90分钟；为减少统计涨落带来的测量误差，T₁>T₂；

S2、计算过程：

由于泵的流率较大，测氡仪内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0；

测氡仪内的氡浓度C(t)为：

λ_e＝λ+λ_b+λ_leak (2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；L为泵的流率；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

式(1)可改写为：

式(3)的解为：

对于静电收集法测氡仪，其实际测量的是氡衰变产生的Po-218的浓度，对于Po-218的浓度C_Po(t)有：

将式(4)带入式(5)得：

初始Po-218的浓度为0，式(6)的解为：

对式(7)在{0，T₁}和{T₁,T₁+T₂}区间分别积分，再分别除以T₁和T₂可以得到：

C¹，C²分别为静电收集法测氡仪在两个测量周期的读数；根据式(8)、(9)可以解得氡析出率J和有效衰变常数λ_e。

上述方法采用的测量装置由集氡罩、泵、干燥管、静电收集法测氡仪及流量计组成，集氡罩的出气口接头通过管道与泵的进气口连接，泵的出气口通过管道与干燥管连接，干燥管的另一端通过管道与静电收集法测氡仪的进气口连接，静电收集法测氡仪的出气口通过管道与流量计的进气口连接，流量计的出气口通过管道与外界空气相通。

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，其侧板上设有出气口接头。

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，其侧板上设有出气口接头，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有益效果：

1、对现有的计算方法进行了修正，采用静电收集法测氡仪测量氡衰变产生的po-218的浓度，测量2个不同周期内的po-218浓度，利用氡浓度的变化规律，利用积分算式求解得出氡析出率J和有效衰变常数；考虑了氡的有效衰变常数、集氡罩内氡的泄漏系数和反扩散系数的影响，减小了测量的误差，提高了测量的精确性。

2、本发明测量过程和测量方法简单，能有效、快速的得到准确的氡析出率和有效衰变常数。

3、这种方法仅仅通过两个周期的测量数据就可以通过运用简单的代数运算快速测出待测介质的氡析出率及有效衰变常数，减少了数据计算量，缩短了计算过程和时间，适合现场实时测量，满足对氡析出率及有效衰变常数快速测量的需要。

4、本方法采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，有效减少了统计涨落带来的测量误差，提高了测量的准确性。

附图说明

图1为采用开口集氡罩测量的装置示意图；

图2为采用密闭集氡罩测量的装置示意图。

其中：P1为进气，P2为出气，1为开口集氡罩，2为泵，3为干燥管，4为静电收集法测氡仪，5为流量计，6，8为待测介质，7为密闭集氡罩，1-1为进气口接头，1-2为出气口接头，7-1为矩形容器，7-2为密封板，7-1-1为进气口接头，7-1-2为出气口接头。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明，实施例的具体参数设置等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。

实施例1

如附图1所示，本发明的具体技术方案为：一种静电收集法两周期开环式同步测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，包括测量过程和计算过程。

S1、测量过程：

将一面开口的集氡罩1扣在待测介质6表面上，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2一直以恒定流速将外界的空气抽入开口集氡罩1，与开口集氡罩1内的空气混合均匀后，再泵入干燥管3，然后送入静电收集法测氡仪4，流速0.5～15升/分钟，使得静电收集法测氡仪4内部的氡浓度与开口集氡罩1内的氡浓度平衡。

本方法采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，两个测量周期分别为T₁、T₂，其取值范围为5～90分钟。为减少统计涨落带来的测量误差，T₁>T₂。

S2、计算过程：

由于泵2的流率较大，静电收集法测氡仪4内的氡浓度与开口集氡罩1内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0。

静电收集法测氡仪4内的氡浓度C(t)为：

λ_e＝λ+λ_b+λ_leak (2)

J为被测介质6表面氡析出率；S为开口集氡罩1的底面积；V为开口集氡罩1体积；L为泵2的流率；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，开口集氡罩1内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间。

式(1)可改写为：

式(3)的解为：

对于静电收集法测氡仪4，其实际测量的是氡衰变产生的Po-218的浓度，对于Po-218的浓度C_Po(t)有：

将式(4)带入式(5)得：

初始Po-218的浓度为0，式(6)的解为：

对式(7)在{0，T₁}和{T₁,T₁+T₂}区间分别积分，再分别除以T₁和T₂可以得到：

C¹，C²分别为静电收集法测氡仪4在两个测量周期的读数；根据式(8)、(9)可以解得氡析出率J和有效衰变常数λ_e。

上述方法采用的测量装置由开口集氡罩1、泵2、干燥管3、静电收集法测氡仪4及流量计5组成，开口集氡罩1的出气口接头1-2通过管道与泵2的进气口连接，泵2的出气口通过管道与干燥管3连接，干燥管3的另一端与静电收集法测氡仪4的进气口连接，静电收集法测氡仪4的出气口通过管道与流量计5的进气口连接，流量计5的出气口通过管道与外界空气相通。

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1-1，其侧板上设有出气口接头1-2。

实施例2

如附图2所示，一种静电收集法两周期开环式同步测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，包括测量过程和计算过程。

S1、测量过程：

将待测介质8装入密闭的集氡罩7收集室内，由于待测介质8内的氡原子在扩散与渗流作用下,逸出表面进入密闭集氡罩7收集室，导致密闭集氡罩7收集室内氡浓度变化。泵2一直以恒定流速将外界的空气抽入密闭集氡罩7，与密闭集氡罩7内的空气混合均匀后，再泵入干燥管3，然后送入静电收集法测氡仪4，流速0.5～15升/分钟，使得静电收集法测氡仪4内部的氡浓度与密闭集氡罩7内的氡浓度平衡。

本方法采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，两个测量周期分别为T₁、T₂，其取值范围为5～90分钟。为减少统计涨落带来的测量误差，T₁>T₂。

S2、计算过程：

由于泵2的流率较大，静电收集法测氡仪4内的氡浓度与密闭集氡罩7内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0。

静电收集法测氡仪4内的氡浓度C(t)为：

λ_e＝λ+λ_b+λ_leak (2)

J为被测介质8表面氡析出率；S为密闭集氡罩7的底面积；V为密闭集氡罩7体积；L为泵2的流率；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，密闭集氡罩7内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间。

式(1)可改写为：

式(3)的解为：

对于静电收集法测氡仪4，其实际测量的是氡衰变产生的Po-218的浓度，对于Po-218的浓度C_Po(t)有：

将式(4)带入式(5)得：

初始Po-218的浓度为0，式(6)的解为：

对式(7)在{0，T₁}和{T₁,T₁+T₂}区间分别积分，再分别除以T₁和T₂可以得到：

C¹，C²分别为静电收集法测氡仪4在两个测量周期的读数；根据式(8)、(9)可以解得氡析出率J和有效衰变常数λ_e。

上述方法采用的测量装置由密闭集氡罩7、泵2、干燥管3、静电收集法测氡仪4及流量计5组成，密闭集氡罩7的出气口接头1-2通过管道与泵2的进气口连接，泵2的出气口通过管道与干燥管3连接，干燥管3的另一端与静电收集法测氡仪4的进气口连接，静电收集法测氡仪4的出气口通过管道与流量计5的进气口连接，流量计5的出气口通过管道与外界空气相通。

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7-1-1，其侧板上设有出气口接头7-1-2，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。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出杯中变化。

Claims (5)

1.一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的方法，其特征在于，包括测量过程和计算过程，

S1、测量过程：

将一面开口的集氡罩扣在待测介质表面上，或将介质装入密闭的集氡罩收集室内，由于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外界的空气抽入集氡罩，与集氡罩内的空气混合均匀后，再泵入干燥管，然后送入静电收集法测氡仪，流速0.5～15升/分钟，使得测氡仪内部的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡；

测氡仪采用较长的时间间隔连续测量2个测量周期，两个测量周期分别为T₁、T₂，其取值范围为5～90分钟；为减少统计涨落带来的测量误差，T₁>T₂；

S2、计算过程：

由于泵的流率较大，测氡仪内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0；

测氡仪内的氡浓度C(t)为：

λ_e＝λ+λ_b+λ_leak (2)

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；L为泵的流率；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

当时，且集氡罩内的氡浓度趋于恒定值时，即氡析出率就可以由式(1)变化得到：

式(2)就是传统的开环式氡析出率测量方法；

式(1)可改写为：

式(3)的解为：

对于静电收集法测氡仪，其实际测量的是氡衰变产生的Po-218的浓度，对于Po-218的浓度C_Po(t)有：

将式(4)带入式(5)得：

初始Po-218的浓度为0，式(6)的解为：

对式(7)在{0，T₁}和{T₁,T₁+T₂}区间分别积分，再分别除以T₁和T₂可以得到：

C¹，C²分别为静电收集法测氡仪在两个测量周期的读数；根据式(8)、(9)可以解得氡析出率J和有效衰变常数λ_e。

2.一种开环式测量介质表面氡析出率及有效衰变常数的装置，其特征在于，所述装置采用权利要求1所述的方法进行测量，所述测量装置由集氡罩、泵、干燥管、静电收集法测氡仪及流量计组成，所述集氡罩的出气口接头通过管道与泵的进气口连接，所述泵的出气口通过管道与干燥管连接，所述干燥管的另一端通过管道与静电收集法测氡仪的进气口连接，所述静电收集法测氡仪的出气口通过管道与流量计的进气口连接，所述流量计的出气口通过管道与外界空气相通。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述集氡罩包括开口集氡罩和密闭集氡罩。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述开口集氡罩为一个底端开口的矩形容器，所述开口集氡罩的顶板上设有进气口接头，其侧板上设有出气口接头。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述密闭集氡罩包括一个底端开口的矩形容器及密封板，所述矩形容器的顶板上设有进气口接头，其侧板上设有出气口接头，所述密封板与所述矩形容器的开口端采用螺钉连接，通过所述密封板将所述矩形容器的开口端封闭。