CN109655874A - 闪烁室测氡装置和方法 - Google Patents

Abstract

闪烁室测氡装置和方法，涉及核辐射探测技术领域，闪烁室测氡装置包括多个单层闪烁室，所有单层闪烁室均包括壳体，所述壳体由下往上层叠并连接在一起，在壳体内腔中设有隔板，隔板将壳体的内腔分隔成多个扇形腔室，扇形腔室的内壁面上涂覆闪烁晶体，扇形腔室内任意两点间的距离均小于²²²Rn衰变所产生α粒子的射程，所有扇形腔室依次连通，壳体内腔中穿设波长位移光纤，波长位移光纤的末端连接至光电倍增管或者硅光电倍增器，光电倍增管或者硅光电倍增器连接电子学读出系统，波长位移光纤用于收集α粒子撞击扇形腔室内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，根据电子学读出系统甄别并记录的α粒子计数与氡浓度的关系即可确定氡浓度。

Description

闪烁室测氡装置和方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，特别涉及一种闪烁室测氡装置和方法。

背景技术

氡是一种放射性气体,氡子体是放射性气溶胶,吸入人体产生的辐照可诱发肺癌。UNSCEAR 2000年报告指出,氡及其子体产生的年有效剂量占天然电离辐射源所致成人年有效剂量2.4mSv的54.2％。因此氡的研究一直是辐射防护和环境保护的重要课题。随着科学技术水平发展，新的测量氡浓度的方法和仪器有许多种，按测量方式分有：电离室法、闪烁室法、静电收集α能谱法、双滤膜法、气球法、活性炭吸附γ能谱法等测量方法。上述各种不同的测量方法均有其优点和不足。闪烁室法探测不受湿度影响的优点使其在测氡中得到了广泛的应用。

闪烁室又叫“Lucas室”，是Lucas首先制作的，目前闪烁室α探测器大多是内壁涂有硫化锌闪烁晶体的圆柱形或球形容器，顶部有两个气嘴用于取样，底部是未涂硫化锌的透明玻璃窗口。它与光电倍增管及前置放大器和定标器相连构成气体α放射性的测量装置。现用的闪烁室测氡的测量室受光电倍增管结构影响，使得其探测灵敏体积较小，测量时总计数率较低，测量结果统计涨落较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高氡测量的计数率、减少测量结果统计涨落的闪烁室测氡装置。基于上述闪烁室测氡装置，本发明还提供一种测氡方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下方案：一种闪烁室测氡装置，包括波长位移光纤、多个单层闪烁室、电子学读出系统以及光电倍增管或者硅光电倍增器；

所有单层闪烁室均包括圆筒形且不透光的壳体，所述多个单层闪烁室的壳体由下往上层叠并连接在一起，所有壳体的底端均设有端盖，位于最上层的单层闪烁室的壳体的顶端设有顶盖，所述顶盖及所有端盖上均开设有气孔，所述顶盖及位于最底层壳体端盖上的气孔分别对应连接进气管路和排气管路，所述进气管路上设有子体过滤器；

在所述壳体的内腔中设有多块隔板，所述隔板将壳体的内腔分隔成多个扇形腔室，所述扇形腔室的内壁面上涂覆有闪烁晶体，所述扇形腔室内任意两点之间的距离均小于²²²Rn衰变所产生α粒子的射程，所述隔板上开设通孔，所有扇形腔室通过隔板上的通孔以及端盖上的气孔依次连通，使得所述进气管路中的含氡空气可以流入所有扇形腔室再排出至排气管路；

所述波长位移光纤穿设至壳体的内腔中，所述波长位移光纤的末端连接至光电倍增管或者硅光电倍增器，所述光电倍增管或者硅光电倍增器连接电子学读出系统，所述波长位移光纤用于收集α粒子撞击扇形腔室内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，通过所述波长位移光纤将光信号传输至光电倍增管或者硅光电倍增器完成光电转换，再由电子学读出系统完成粒子能量甄别并计数，得到α粒子计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度。

进一步地，该闪烁室测氡装置，还包括一根透明套管，所述透明套管从最底层壳体的内腔中往上依次穿过其它壳体的端盖并从顶盖上方穿出，所述透明套管与壳体同轴设置，所述波长位移光纤穿设在透明套管中。

或者，所述波长位移光纤的数量为多根，在任意一个单层闪烁室所包含的多个扇形腔室中，每个扇形腔室都对应通过一根单独的波长位移光纤收集α粒子撞击其内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，所有波长位移光纤的末端均连接至光电倍增管或者硅光电倍增器。

此外，在上述包含多根波长位移光纤的实施方案中，还包括一根用于定位安装波长位移光纤的中轴，所述中轴从最底层壳体的内腔中往上依次穿过其它壳体的端盖并从顶盖上方穿出，所述中轴与壳体同轴设置，所述中轴的外周面上沿其轴向平行间隔设置有多条定位槽，所述波长位移光纤铺设在定位槽中。

进一步地，所述中轴采用不透光的材料制成。

优选地，所述壳体、端盖、顶盖及隔板均采用黑色塑料制成。

其中，所述闪烁晶体为掺银硫化锌。

基于上述闪烁室测氡装置，本发明所涉闪烁室测氡方法包括以下步骤：

采样前，先排空所有扇形腔室内空气并测出扇形腔室的本底计数N₀，然后利用真空泵抽对所有扇形腔室抽真空，接着通过取样泵使含氡空气以一定的流率经进气管路的子体过滤器过滤子体后进入扇形腔室中；

取样完成后静止3小时以上，之后开始测量，扇形腔室内的氡及其子体衰变发射的α粒子撞击扇形腔室内壁面的闪烁晶体并产生闪光，根据电子学读出系统得出的α粒子计数并按下式计算氡浓度：

C＝K(N₁-N₀) (1)；

式(1)中，C为被测环境氡浓度，N₁表示电子学读出系统得出的氡及其子体的α粒子总计数，K为测氡刻度因子。

与现有技术相比，本发明在测量原理和方法学上进行了改进，具体而言，本发明先通过子体过滤器过滤含氡空气中的氡子体，然后采用由多个扇形腔室串联而成闪烁室来测氡，理论可以确保所有的α粒子都能打到闪烁晶体上，激发闪烁晶体发光。本发明通过上述扇形腔室串联的多层结构大大提高了闪烁室的探测灵敏度，提高了氡测量的计数率，减少了测量结果的统计涨落。由于在扇形腔室任意位置衰变形成的α粒子都能打到闪烁晶体上，故本发明中所有的扇形腔室均为灵敏探测体积，与现有的闪烁室装置相比，本发明实现一种大灵敏探测体积(即在测氡装置总体积一样的情况下，本发明的灵敏探测体积更大)的闪烁室测氡装置。

附图说明

图1为实施例1中闪烁室测氡装置的整体结构示意图；

图2为图1所示闪烁室测氡装置的纵剖结构示意图；

图3为图1所示闪烁室测氡装置的横剖结构示意图；

图4为图1所示闪烁室测氡装置的内部结构示意图；

图5为图2中A部位的局部放大图；

图6为图3中A部位的局部放大图；

图7为实施例2中闪烁室测氡装置的整体结构示意图；

图8为图7所示闪烁室测氡装置的纵剖结构示意图；

图9为图7所示闪烁室测氡装置的横剖结构示意图；

图10为图7所示闪烁室测氡装置的内部结构示意图；

图11为图8中A部位的局部放大图；

图12为图9中A部位的局部放大图；

图13为氡及其短寿命子体的衰变曲线图；

图中：

1——波长位移光纤 2——单层闪烁室 3——透明套管

4——中轴 2a——壳体 2b——气孔

2c——隔板 2a1——端盖 2a2——顶盖

2a3——扇形腔室 2c1——通孔。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员更好地理解本发明相对于现有技术的改进之处，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：

如图1-6所示，一种闪烁室测氡装置，包括波长位移光纤1、多个单层闪烁室2、电子学读出系统以及光电倍增管或者硅光电倍增器(电子学读出系统、光电倍增管及硅光电倍增器为现有技术，其结构在附图中未示出).

所有单层闪烁室2均包括圆筒形且不透光的壳体2a，前述多个单层闪烁室2的壳体2a由下往上层叠并连接在一起，所有壳体2a的底端均设有端盖2a1，位于最上层的单层闪烁室2的壳体2a的顶端设有顶盖2a2，顶盖2a2及所有端盖2a1上均开设有气孔2b，顶盖2a2及位于最底层壳体2a的端盖2a1上的气孔2b分别对应连接进气管路和排气管路，进气管路上设有子体过滤器(进气管路、排气管路及子体过滤器为现有技术，其结构在附图中未示出)。

在壳体2a的内腔中设有多块隔板2c，隔板2c将壳体2a的内腔分隔成多个扇形腔室2a3，扇形腔室2a3的内壁面上涂覆有闪烁晶体，扇形腔室2a3内任意两点之间的距离均小于²²²Rn衰变所产生α粒子的射程，隔板2c上开设通孔2c1，所有扇形腔室2a3通过隔板2c上的通孔2c1以及端盖2a1上的气孔2b依次连通，使得进气管路中的含氡空气可以流入所有扇形腔室2a3再排出至排气管路。

波长位移光纤1穿设至壳体2a的内腔中，波长位移光纤1的末端连接至光电倍增管或者硅光电倍增器，光电倍增管或者硅光电倍增器连接电子学读出系统，波长位移光纤1用于收集α粒子撞击扇形腔室2a3内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，通过波长位移光纤1将光信号传输至光电倍增管或者硅光电倍增器完成光电转换，再由电子学读出系统完成粒子能量甄别并计数，得到α粒子计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系即可确定氡浓度。

此外，在上述闪烁室测氡装置中还包括一根透明套管3，如图5和6所示，透明套管3从最底层壳体2a的内腔中往上依次穿过其它壳体2a的端盖2a1并从顶盖2a2上方穿出，透明套管3与壳体2a同轴设置，波长位移光纤1穿设在透明套管3中。

为屏蔽环境光线对测量结果的影响，优选的，前述壳体2a、端盖2a1、顶盖2a2及隔板2c均采用黑色塑料制成。其中，涂覆在扇形腔室2a3内壁面上的闪烁晶体优选为掺银硫化锌。

利用上述闪烁室测氡装置测氡的方法为：采样前，先排空所有扇形腔室2a3内空气并测出扇形腔室2a3的本底计数N₀，然后利用真空泵抽对所有扇形腔室2a3抽真空，接着通过取样泵使含氡空气以一定的流率经进气管路的子体过滤器过滤子体后进入扇形腔室2a3中。见图13所示，随着短寿命子体的增加，扇形腔室内总活度不断增加，在180分钟到360分钟内总活度变化不超过1％，故取样完成后静止3小时以上即可开始测量，当扇形腔室2a3内的氡及其子体衰变发射的α粒子撞击扇形腔室2a3内壁面后，闪烁晶体产生闪光，根据电子学读出系统得出的α粒子计数并按下式即可计算氡浓度：

C＝K(N₁-N₀) (1)；

式(1)中，C为被测环境氡浓度，N₁表示电子学读出系统得出的氡及其子体的α粒子总计数，K为测氡刻度因子。

与现有技术相比，本实施例在测量原理和方法学上进行了改进，具体而言，本实施例先通过子体过滤器过滤含氡空气中的氡子体，然后采用由多个扇形腔室2a3串联而成闪烁室来测氡，理论可以确保所有的α粒子都能打到闪烁晶体上，激发闪烁晶体发光。本发明通过上述扇形腔室2a3串联的多层结构大大提高了闪烁室的探测灵敏度，提高了氡测量的计数率，减少了测量结果的统计涨落。由于在扇形腔室2a3任意位置衰变形成的α粒子都能打到闪烁晶体上，故本实施例中所有的扇形腔室2a3均为灵敏探测体积，与现有的闪烁室装置相比，本实施例实现一种大灵敏探测体积(即在测氡装置总体积一样的情况下，本实施例的灵敏探测体积更大)的闪烁室测氡装置。

实施例2：

见图7-12所示，本实施例与实施例1的差别主要在于波长位移光纤1的数量为多根，在任意一个单层闪烁室2所包含的多个扇形腔室2a3中，每个扇形腔室2a3都对应通过一根单独的波长位移光纤1收集α粒子撞击其内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，所有波长位移光纤1的末端均连接至光电倍增管或者硅光电倍增器。此外，还包括一根用于定位安装波长位移光纤1的中轴4，中轴4从最底层壳体2a的内腔中往上依次穿过其它壳体2a的端盖2a1并从顶盖2a2上方穿出，中轴4与壳体2a同轴设置，中轴4的外周面上沿其轴向平行间隔设置有多条定位槽，波长位移光纤1铺设在定位槽中。优选的，中轴采用不透光的材料制成，或者也还可以在中轴的外周面(包括定位槽)上涂覆一层反光材料。本实施例其它部分的结构与实施例1基本一样，用本实施例所涉装置测氡的方法也与实施例1相同，在此不再赘述。

以上实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (8)

1.闪烁室测氡装置，其特征在于：包括波长位移光纤、多个单层闪烁室、电子学读出系统以及光电倍增管或者硅光电倍增器；

所有单层闪烁室均包括圆筒形且不透光的壳体，所述多个单层闪烁室的壳体由下往上层叠并连接在一起，所有壳体的底端均设有端盖，位于最上层的单层闪烁室的壳体的顶端设有顶盖，所述顶盖及所有端盖上均开设有气孔，所述顶盖及位于最底层壳体端盖上的气孔分别对应连接进气管路和排气管路，所述进气管路上设有子体过滤器；

在所述壳体的内腔中设有多块隔板，所述隔板将壳体的内腔分隔成多个扇形腔室，所述扇形腔室的内壁面上涂覆有闪烁晶体，所述扇形腔室内任意两点之间的距离均小于²²²Rn衰变所产生α粒子的射程，所述隔板上开设通孔，所有扇形腔室通过隔板上的通孔以及端盖上的气孔依次连通，使得所述进气管路中的含氡空气可以流入所有扇形腔室再排出至排气管路；

所述波长位移光纤穿设至壳体的内腔中，所述波长位移光纤的末端连接至光电倍增管或者硅光电倍增器，所述光电倍增管或者硅光电倍增器连接电子学读出系统，所述波长位移光纤用于收集α粒子撞击扇形腔室内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，通过所述波长位移光纤将光信号传输至光电倍增管或者硅光电倍增器完成光电转换，再由电子学读出系统完成粒子能量甄别并计数，得到α粒子计数，最后根据α粒子计数与氡浓度的关系即可确定氡浓度。

2.根据权利要求1所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：还包括一根透明套管，所述透明套管从最底层壳体的内腔中往上依次穿过其它壳体的端盖并从顶盖上方穿出，所述透明套管与壳体同轴设置，所述波长位移光纤穿设在透明套管中。

3.根据权利要求1所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：所述波长位移光纤的数量为多根，在任意一个单层闪烁室所包含的多个扇形腔室中，每个扇形腔室都对应通过一根单独的波长位移光纤收集α粒子撞击其内壁面上闪烁晶体所产生的闪光，所有波长位移光纤的末端均连接至光电倍增管或者硅光电倍增器。

4.根据权利要求3所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：还包括一根用于定位安装波长位移光纤的中轴，所述中轴从最底层壳体的内腔中往上依次穿过其它壳体的端盖并从顶盖上方穿出，所述中轴与壳体同轴设置，所述中轴的外周面上沿其轴向平行间隔设置有多条定位槽，所述波长位移光纤铺设在定位槽中。

5.根据权利要求4所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：所述中轴采用不透光的材料制成。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：所述壳体、端盖、顶盖及隔板均采用黑色塑料制成。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的闪烁室测氡装置，其特征在于：所述闪烁晶体为掺银硫化锌。

8.闪烁室测氡方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任意一项所述的闪烁室测氡装置检测氡浓度；

采样前，先排所有空扇形腔室内空气并测量扇形腔室的本底计数N₀，然后利用真空泵抽对所有扇形腔室抽真空，接着通过取样泵使含氡空气以一定的流率经进气管路的子体过滤器过滤子体后进入扇形腔室中；

取样完成后静止3小时，之后开始测量，扇形腔室内的氡及其子体衰变发射的α粒子撞击扇形腔室内壁面的闪烁晶体并产生闪光，根据电子学读出系统得出的α粒子计数并按下式计算氡浓度：

C＝K(N₁-N₀) (1)；

式(1)中，C为被测环境氡浓度，N₁表示电子学读出系统得出的氡及其子体的α粒子总计数，K为测氡刻度因子。