CN113466916A - 一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,通过测试待校准测氡仪闪烁室的本底;将基准测氡仪、待校准测氡仪闪烁室、抽气泵和子体过滤器连接形成一个循环闭合系统,对循环闭合系统内氡值本底进行测试;将装有水样的鼓气瓶加入循环闭合系统,打开抽气泵测试,测试过程以预设流量循环鼓泡预设时间后关闭抽气泵;将待校准测氡仪闪烁室进出口端管夹住后静置,使基准测氡仪保持测试,根据预设的时间间隔进行测试值记录;利用基准测氡仪测得的循环闭合系统的氡体积活度,将氡体积活度经温度、气压校正后,作为每次校准的氡体积活度约定真值。本发明解决氡室稀缺、校准周期长,固体氡源校准中存在的氡源紧缺、装置老化严重、故障频发、运输困难、维修技术要求高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及测氡仪技术领域,具体涉及一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法。
背景技术
目前,我国地震氡观测网有300多个氡测点,测氡仪数百台,这些仪器主要采用氡气固体源进行校准。我国用于地震观测仪器校准的固体氡气源有加拿大Pylon公司生产的RN-150型固体氡气源和八十年代末国产FD-3024型氡气固体源。固体氡气源校准操作简便,周期短、效率高,不受人为和环境条件变化的影响,校准精度高,准确可靠。
但这些固体氡气源由于长时间使用,使得部分固体氡气源上的阀门损坏,有的内部管道渗漏等问题无法使用,造成部分装置已报废停止使用。由于高体积活度氡气固体源购买审批手续复杂,购买难度大。根据相关法律法规的规定,一旦购买后要长期接受环保管理部门的放射性监管,由于国家放射性物质运输管理制度严格,给氡源的定期质检也带来极大困难。基于上述问题,目前许多地震监测台站的氡观测仪器校准工作受到影响,有的台站甚至停止对仪器校准,已经影响氡观测资料的准确性。对测氡仪器进行定期校准是保证测量结果准确性和可靠性的关键。
现有的测氡仪为2020年新准入地震系统的新设备,该设备出厂校准为氡室校准,其校准方法如图2所示。即将待校准测氡仪与基准测氡仪串联,分别在三个不同浓度氡室连接进行循环取气测量,设置测量周期,在每个氡室条件下取若干数据用于K值计算。测量期间,每个氡室内的氡浓度参考值由基准测氡仪读数提供。每个氡室条件下的Kj值计算公式如下:
式中:为第j个氡室条件下后5个测量值(计数率)的平均值;Nb为待校准测氡仪闪烁室的固有本底;Qj为第j个氡室内标准氡浓度参考值;为3个氡室条件下K值的平均值;Ej为待校准测氡仪在3个氡室条件下K值的相对固有误差。
但是,氡室建设技术要求高、建设成本高、需长期接受环保管理部门的放射性监管。氡室校准周期长,将所有新准入地震系统的该设备统一集中到某标准氡室校准也不现实。
综上所述,亟需一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的技术方案。
发明内容
为此,本发明提供一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,以解决氡室稀缺、校准周期长,固体氡源校准中存在的运输困难、维修技术要求高无法进行定期校准等问题,为地震氡观测仪器校准技术提供一种新的途径。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,包括以下步骤:
测试待校准测氡仪闪烁室的本底;将基准测氡仪、待校准测氡仪闪烁室、抽气泵和子体过滤器连接形成一个循环闭合系统,对所述循环闭合系统内氡值本底进行测试;
将装有水样的鼓气瓶加入所述循环闭合系统,打开所述抽气泵进行测试,测试过程以预设流量循环鼓泡预设时间后关闭抽气泵;
将所述待校准测氡仪闪烁室进出口端管夹住后静置,使基准测氡仪保持测试,根据预设的时间间隔进行测试值记录;
利用基准测氡仪测得的所述循环闭合系统的氡体积活度,将所述氡体积活度经温度、气压校正后,作为每次校准的氡体积活度约定真值。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,待校准测氡仪闪烁室校准K值的计算方式为:
式中:C校为基准测氡仪扣除循环闭合系统本底并经温度和气压校正后的氡体积活度,单位Bq/m3;K为待校准测氡仪闪烁室的校准K值,单位cpm/Bq·m-3;N为待校准测氡仪的校准读数,单位cpm;N0为待校准测氡仪闪烁室本底读数,单位cpm。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,所述温度和气压校正的低量程校正方式为:
式中,C校为气温、气压校正后的氡值;C测为基准测氡仪在循环闭合系统中的仪器显示测值;P为测量时的环境气压;T为测量时环境温度,修正范围2~30000Bq/m3。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,所述温度和气压校正的高量程校正方式为:
式中,C校为气温、气压校正后的氡值;C测为基准测氡仪在循环闭合系统中的仪器显示测值;P为测量时的环境气压;T为测量时环境温度,修正范围30000~2000000Bq/m3。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,当所述基准测氡仪数据测试完成后,将所述待校准测氡仪闪烁从所述循环闭合系统取出,开启抽气泵,让基准测氡仪连通空气以降低本底。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,当待校准测氡仪闪烁室测试完成后,用真空泵对闪烁室抽气降本底。
作为利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法优选方案,所述基准测氡仪采用Alpha GUARD P2000F测氡仪;所述待校准测氡仪采用BG2015R型测氡仪。
本发明具有如下优点:通过测试待校准测氡仪闪烁室的本底;将基准测氡仪、待校准测氡仪闪烁室、抽气泵和子体过滤器连接形成一个循环闭合系统,对循环闭合系统内氡值本底进行测试;将装有水样的鼓气瓶加入循环闭合系统,打开抽气泵进行测试,测试过程以预设流量循环鼓泡预设时间后关闭抽气泵;将待校准测氡仪闪烁室进出口端管夹住后静置,使基准测氡仪保持测试,根据预设的时间间隔进行测试值记录;利用基准测氡仪测得的循环闭合系统的氡体积活度,将氡体积活度经温度、气压校正后,作为每次校准的氡体积活度约定真值。本发明可以有效解决氡室稀缺、校准周期长,固体氡源运输需专业车辆和向当地环保部门报备审批等繁琐的行政审批手续(因地震观测台站分布于各省的重点监测区域,点多而分散,仪器校准时需将固体氡源带到现场进行校准),解决目前固体氡源校准中存在的氡源紧缺、装置老化严重、故障频发、运输困难、维修技术要求高、国家环保部门监管严格等问题,为地震氡观测仪器校准技术找到了一种新的途径,为地震氡观测台网的可持续发展提供技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是示例性的,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例中提供的利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法流程图;
图2为本发明实施例中提供的氡室校准示意图;
图3为本发明实施例中提供的循环闭合系统示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1,本发明实施例中提供一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,包括以下步骤:
S1、测试待校准测氡仪闪烁室的本底;将基准测氡仪、待校准测氡仪闪烁室、抽气泵和子体过滤器连接形成一个循环闭合系统,对所述循环闭合系统内氡值本底进行测试;
S2、将装有水样的鼓气瓶加入所述循环闭合系统,打开所述抽气泵进行测试,测试过程以预设流量循环鼓泡预设时间后关闭抽气泵;
S3、将所述待校准测氡仪闪烁室进出口端管夹住后静置,使基准测氡仪保持测试,根据预设的时间间隔进行测试值记录;
S4、利用基准测氡仪测得的所述循环闭合系统的氡体积活度,将所述氡体积活度经温度、气压校正后,作为每次校准的氡体积活度约定真值。
对比图2,参见图3,本实施例中,根据国标《测氡仪:JJG825-2013》,依据中国地震局台网中心发布的《JSLT201903测氡仪定型技术要求》和《CSLT201903测氡仪定型测试大纲》的内容要求,基于Alpha GUARD P2000F测氡仪可作为传递标准的功能,利用已通过标准氡室检定的Alpha GUARD P2000F测氡仪作为标准仪器,水中溶解的氡气为介质,对氡观测仪器进行校准。将Alpha GUARD P2000F测氡仪、BG2015R型测氡仪闪烁室、装有水样的鼓气瓶、Alpha抽气泵及子体过滤器等串联,形成闭合循环系统。打开抽气泵,循环鼓泡10min,鼓气瓶水中溶解的氡气被脱出,关闭抽气泵,Alpha GUARD P2000F测氡仪测得整个循环闭合系统的氡体积活度,该氡体积活度经温度、气压校正后,视作为每次校准的氡体积活度约定真值。BG2015R型测氡仪测量闪烁室的计数率(cpm),经如下公式即可求得闪烁室的K值。
式中:C校为Alpha GUARD P2000F测氡仪扣除系统本底后并经温度和气压校正后的氡体积活度(单位Bq/m3);K为BG2015R型测氡仪闪烁室的校准K值(单位cpm/Bq·m-3);N为BG2015R型测氡仪的校准读数(cpm);N0为BG2015R型测氡仪闪烁室本底读数(cpm)。
实验表明,无论是闪烁法还是电离法测氡,都会受温度和气压的影响,因此需要对每一个测试结果都进行气压与温度校正。Alpha GUARD P2000F测氡仪的气压与温度校正是仪器厂家直接提供的计算程序,具体计算公式如下:
式中:C校为气温、气压校正后的氡值;C测为AlphaGUARDP2000F在循环闭合系统中的仪器显示测值;P为测量时的环境气压;T为测量时环境温度。其中上式适合低量程校正,修正范围2~30000Bq/m3,下式适合高量程校正,修正范围30000~2000000Bq/m3。
本实施例中,水中溶解氡校准过程采用的设备及材料包括:Alpha GUARD P2000F测氡仪1台,BG2015R型测氡仪1台(每台配套闪烁室2个),Aqua KIT鼓气瓶500mL,水样,Alpha抽气泵,无油真空泵,子体过滤器,Aqua KIT自带硅胶管,水汽分离器,止血钳。
具体的,测试BG2015R型测氡仪闪烁室的本底,记作N0;将AlphaGUARDP2000F测氡仪(工作模式设置为主动模式,测量周期设置为10min,“据研究发现循环采样法采样时间为10min的采样效率最高,故测量周期选为10min”)、BG2015R型测氡仪闪烁室、Alpha抽气泵及子体过滤器等连接形成一个循环闭合系统,测试系统内氡值本底,记作C0;将装有水样的Aqua KIT鼓气瓶加入上述循环闭合系统,准备开泵测试;将采样泵的流量设置为1L/min,打开抽气泵,以该流量循环鼓泡10min后关闭采样泵;将闪烁室进出口端管子用止血钳夹住后静置,AlphaGUARDP2000F测氡仪则保持测试,每10min记录一个值,共测试4个值后停止测试,舍去第1个测值,取后3个值的平均值,记作C1;当AlphaGUARDP2000F测氡仪4组数据测试完成后,将闪烁室从闭合系统取出(保持密封),开启抽气泵,让AlphaGUARDP2000F测氡仪连通空气,对其降本底;闪烁室静置3h后,BG2015R型测氡仪应用“手动”模式下开始测量该闪烁室计数率,“手动”测量周期设置为30min,记作N,闪烁室测试完成后,用真空泵对闪烁室抽气降本底。
综上所述,本发明的方法操作容易,只需要一台经中国计量院认证的标准氡室检定的AlphaGUARDP2000F测氡仪,利用观测点的水样即可进行氡仪器的校准工作。该仪器设备轻巧便携,运输、移动不受限制,可以有效解决固体氡源运输需专业车辆和向当地环保部门报备审批等繁琐的行政审批手续(因地震观测台站分布于各省的重点监测区域,点多而分散,仪器校准时需将固体氡源带到现场进行校准)。
目前为止,全国地震系统的固体氡源都已经多年没有进行检测,原因是没有一个权威机构或者实验室能检测,该固体氡源提供的标准活度是否真实无法确定。但是,对于一个未知的氡气体积活度环境,当氡测量仪体积活度响应因子的不确定度相当时,AlphaGUARDP2000F测氡仪采用主动模式可以得到一个相对较准确的测量结果。因此,只要将AlphaGUARDP2000F测氡仪、BG2015R型测氡仪闪烁室、装有水样的脱气瓶(最好选用500ml)、抽气泵及子体过滤器等串联,形成闭合循环系统,AlphaGUARDP2000F测氡仪显示的氡体积活度大于5000Bq/m3,即可进行水中溶解氡校准。且氡体积活度越大,效果越理想。
目前地震系统使用的固体氡源的出厂活度均是接受当地环保部门监管的放射性源,根据国家有关规定,必须无条件接受环保部门监管。每年许多纷繁的各种检查、检测,提供各种辐射环境报告等工作以及从业人员安全意识的提高,没有人愿意从事固体氡源管理工作。使用AlphaGUARDP2000F测氡仪校准方法,很好的解决了这个问题。
基于Alpha GUARD系列测氡仪具有极高的稳定性和可靠性,以及国际公认的标准计量传递仪器,利用AlphaGUARDP2000F测氡仪及水氡测量组件进行水中溶解氡校准方法,可以代替目前固体氡气源校准,可以解决氡室稀缺、校准周期长,固体氡源校准中存在的氡源紧缺、装置老化严重、故障频发、运输困难、维修技术要求高、国家环保部门监管严格等问题,为地震氡观测仪器校准技术找到了一种新的途径,为地震氡观测台网的可持续发展提供技术支撑。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,其特征在于,包括以下步骤:
测试待校准测氡仪闪烁室的本底;将基准测氡仪、待校准测氡仪闪烁室、抽气泵和子体过滤器连接形成一个循环闭合系统,对所述循环闭合系统内氡值本底进行测试;
将装有水样的鼓气瓶加入所述循环闭合系统,打开所述抽气泵进行测试,测试过程以预设流量循环鼓泡预设时间后关闭抽气泵;
将所述待校准测氡仪闪烁室进出口端管夹住后静置,使基准测氡仪保持测试,根据预设的时间间隔进行测试值记录;
利用基准测氡仪测得的所述循环闭合系统的氡体积活度,将所述氡体积活度经温度、气压校正后,作为每次校准的氡体积活度约定真值。
5.根据权利要求1所述的一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,其特征在于,当所述基准测氡仪数据测试完成后,将所述待校准测氡仪闪烁从所述循环闭合系统取出,开启抽气泵,让基准测氡仪连通空气以降低本底。
6.根据权利要求1所述的一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,其特征在于,当待校准测氡仪闪烁室测试完成后,用真空泵对闪烁室抽气降本底。
7.根据权利要求1所述的一种利用水中溶解氡对测氡仪进行校准的方法,其特征在于,所述基准测氡仪采用Alpha GUARD P2000F测氡仪;所述待校准测氡仪采用BG2015R型测氡仪。
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