CN113484898A - 静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置及方法 - Google Patents

静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置及方法 Download PDF

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Abstract

静电收集法测量Po‑216迁移率和中和率的装置及方法，测量装置包括测量箱、氡‑220室、泵及高压模块。测量箱为一个矩形的箱体，在箱体两个对应的侧壁上分别设有第一接头及第二接头，箱体的面板及底板均为导电金属板，在面板上设有圆形半导体探测器。测量箱的第一接头与氡‑220室的第一接头连接，测量箱的第二接头与泵的一端连接，泵的另一端与氡‑220室的第二接头连接，测量箱的面板与高压模块的负极连接，测量箱的底板与高压模块的正极连接。测量时，打开高压模块，在圆形半导体探测器与底板之间形成圆柱形的均匀静电场，带正电的Po‑216被收集到圆形半导体探测器的表面，得到不同电压下对Po‑216的收集效率，然后对收集效率进行拟合就能够得到Po‑216中和率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和迁移率
Figure 461514DEST_PATH_IMAGE002
的值。

Description

静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置及方法
技术领域
本发明涉及到一种核辐射测量技术，特别是一种采用静电收集法测量空气中氡子体Po-216迁移率和中和率的装置及方法。
背景技术
Po-216(ThA)是由氡(Rn-220)衰变形成的，也具有放射性，吸入后对人体呼吸系统产生内照射。因此其物理、化学性质对于了解子体在室内空气中的行为非常重要。氡衰变后产生的Po-216被发现其半衰期约为0.15秒。由于半衰期较短，因此，静电收集法测氡仪的收集效率要考虑Po-216半衰期。除此之外，静电收集法测氡仪对带正电的Po-216的收集效率还取决于Po-216离子的迁移率和中和率，而Po离子的迁移率是其大小和电荷的函数。有人提出通过静电沉积去除氡子体，作为降低工作和生活环境空气中放射性水平的一种手段。为此，如何精准测量氡子体Po-216在电场漂移过程中的迁移率和中和率是一项具有挑战性的工作，需要专门设计和制造一个测量Po-216迁移率及中和率的装置，并且能够在确定的载气中和受控的湿度条件下测量新产生Po-216离子的迁移率及中和率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置及方法。
本发明的技术方案是：静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置，包括测量箱、氡-220室、泵及高压模块。
所述的测量箱为一个矩形的箱体，箱体内为测量腔，测量腔的长宽高分别为L1、L2、L3，箱体四周侧壁为塑料材质，在箱体两个对应的侧壁上分别设有第一接头及第二接头，箱体的面板及底板均为导电金属板，在面板上设有半径为R的圆形半导体探测器。
测量箱的第一接头通过管道与氡-220室的第一接头连接，测量箱的第二接头通过管道与泵的一端连接，泵的另一端通过管道与氡-220室的第二接头连接，从而在测量箱的第一接头与第二接头之间形成一个气体回路。
测量箱的面板通过导线与高压模块的负极连接，测量箱的底板通过导线与高压模块的正极连接。在高压模块打开的状态下，测量箱测量腔内的面板与底板之间能形成均匀的平行电场。
测量时，圆形半导体探测器与测量仪表连接。
本发明进一步的技术方案是：采用静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置通过静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的方法，包括测量过程和计算过程，其具体操作过程如下：
A、测量过程：
在恒温恒湿条件下，打开泵，氡-220室内的空气通过泵快速抽送进入测量箱的测量腔中，并将氡-220室中氡及其子体传送到测量腔中，经过一段时间后混合均匀。打开高压模块，在测量箱的测量腔内，面板与底板之间形成均匀的静电场，其中面板上半径为R的圆形半导体探测器与底板之间形成圆柱形的均匀静电场，带正电的Po-216在均匀静电场的作用下被收集到圆形半导体探测器的表面。
Po-216衰变产生的α粒子进入圆形半导体探测器产生电脉冲，经过前放和多道分析器处理形成能谱，能谱识别后得到Po-216衰变产生的脉冲数，并记录每秒钟产生的脉冲数N。其脉冲数N表示圆形半导体探测器每秒钟探测到N个Po-216衰变产生的α粒子。
在测量过程中，气体回路一直处于循环状态，分别记录不同电压下每秒Po-216产生的脉冲数。
B、计算过程：
当电压为U0，设测量箱测量腔内某一个氡衰变的Po-216距圆形半导体探测器的距离为x，测量腔中圆形半导体探测器与测量箱底板之间形成圆柱形的均匀电场E，E为常数：
Figure BDA0003122884620000031
收集时间t与初始位置距形半导体探测器的距离x的关系：
Figure BDA0003122884620000032
其中k为Po-216的迁移率。
Figure BDA0003122884620000033
Figure BDA0003122884620000034
当x＝0时，t＝0，则c＝0
Figure BDA0003122884620000035
收集效率公式为：
Figure BDA0003122884620000041
时，
Figure BDA0003122884620000042
Figure BDA0003122884620000043
其中Vn是带正电的Po-216的中和率，λ是带正电的Po-216的衰变常数，X为Rn-220衰变为带正电的Po-216的百分比。
氡-220室浓度为C1，通过对泵抽送的气体流速、测量箱测量腔的体积以及传送距离的计算，得到测量腔内的氡浓度为C2，即圆柱形探测区域内每立方米每秒钟产生C2个Po-216，半径为R的圆形半导体探测器与测量箱底板形成圆柱形静电场，且圆柱形静电场的体积为V。圆柱形探测区域内产生的Po-216总数为VC2，则圆柱形探测区域的圆形半导体探测器对Po-216的收集效率为：
Figure BDA0003122884620000044
其中η为圆形半导体探测器对收集到其表面的Po-216衰变产生的α粒子的探测效率。
将(7)式代入(6)式进行计算:
Figure BDA0003122884620000045
实验得到不同电压下圆柱形探测区域的圆形半导体探测器对Po-216的收集效率，根据公式(8)，进行拟合就能够得到Po-216中和率Vn和迁移率k的值。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明提供的测量装置简单易操作，并提高测量Po-216迁移率和中和率的准确度，为理论上准确计算Po-216的收集效率及精确估算氡浓度提供参考。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明提供的静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置结构示意图；
附图2为测量箱的结构示意图；
附图3为附图2的A-A剖视图。
具体实施方式
实施例一、如附图1-附图3所示，静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置，包括测量箱1、氡-220室2、泵3及高压模块4。
所述的测量箱1为一个矩形的箱体，箱体内为测量腔，测量腔的长宽高分别为L1、L2、L3，箱体四周侧壁为塑料材质，在箱体两个对应的侧壁上分别设有第一接头1-4及第二接头1-5，箱体的面板1-1及底板1-2均为导电金属板，在面板1-1上设有半径为R的圆形半导体探测器1-3。
测量箱1的第一接头1-4通过管道与氡-220室2的第一接头2-1连接，测量箱1的第二接头1-5通过管道与泵3的一端连接，泵3的另一端通过管道与氡-220室2的第二接头2-2连接，从而在测量箱1的第一接头1-4与第二接头1-5之间形成一个气体回路。
测量箱1的面板1-1通过导线与高压模块4的负极连接，测量箱1的底板1-2通过导线与高压模块4的正极连接。在高压模块4打开的状态下，测量箱1测量腔内的面板1-1与底板1-2之间能形成均匀的平行电场。
测量时，圆形半导体探测器1-3与测量仪表连接。
实施例二、采用如实施例一所述的静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置通过静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的方法，包括测量过程好计算过程，其具体操作过程如下：
A、测量过程：
在恒温恒湿条件下，打开泵3，氡-220室2内的空气通过泵3快速抽送进入测量箱1的测量腔中，并将氡-220室2中氡及其子体传送到测量腔中，经过一段时间后混合均匀。打开高压模块4，在测量箱1的测量腔内，面板1-1与底板1-2之间形成均匀的静电场，其中面板1-1上半径为R的圆形半导体探测器1-3与底板1-2之间形成圆柱形的均匀静电场，带正电的Po-216在均匀静电场的作用下被收集到圆形半导体探测器1-3的表面。
Po-216衰变产生的α粒子进入圆形半导体探测器1-3产生电脉冲，经过前放和多道分析器处理形成能谱，能谱识别后得到Po-216衰变产生的脉冲数，并记录每秒钟产生的脉冲数N。其脉冲数N表示圆形半导体探测器1-3每秒钟探测到N个Po-216衰变产生的α粒子。
在测量过程中，气体回路一直处于循环状态，分别记录不同电压下每秒Po-216产生的脉冲数。
B、计算过程：
当电压为U0，设测量箱1测量腔内某一个氡衰变的Po-216距圆形半导体探测器1-3的距离为x，测量腔中圆形半导体探测器1-3与测量箱1底板1-2之间形成圆柱形的均匀电场E，E为常数：
Figure BDA0003122884620000071
收集时间t与初始位置距形半导体探测器1-3的距离x的关系：
Figure BDA0003122884620000072
其中k为Po-216的迁移率。
Figure BDA0003122884620000073
Figure BDA0003122884620000074
当x＝0时，t＝0，则c＝0
Figure BDA0003122884620000075
收集效率公式为：
Figure BDA0003122884620000076
时，
Figure BDA0003122884620000077
Figure BDA0003122884620000078
其中Vn是带正电的Po-216的中和率，λ是带正电的Po-216的衰变常数，X为Rn-220衰变为带正电的Po-216的百分比。
氡-220室2浓度为C1，通过对泵3抽送的气体流速、测量箱1测量腔的体积以及传送距离的计算，得到测量腔内的氡浓度为C2，即圆柱形探测区域内每立方米每秒钟产生C2个Po-216，半径为R的圆形半导体探测器1-3与测量箱1底板1-2形成圆柱形静电场，且圆柱形静电场的体积为V。圆柱形探测区域内产生的Po-216总数为VC2，则圆柱形探测区域的圆形半导体探测器1-3对Po-216的收集效率为：
Figure BDA0003122884620000081
其中η为圆形半导体探测器1-3对收集到其表面的Po-216衰变产生的α粒子的探测效率。
将(7)式代入(6)式进行计算:
Figure BDA0003122884620000082
实验得到不同电压下圆柱形探测区域的圆形半导体探测器1-3对Po-216的收集效率，根据公式(8)，进行拟合就能够得到Po-216中和率Vn和迁移率k的值。

Claims (2)

1.静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置，其特征是：包括测量箱、氡-220室、泵及高压模块；
所述的测量箱为一个矩形的箱体，箱体内为测量腔，测量腔的长宽高分别为L1、L2、L3，箱体四周侧壁为塑料材质，在箱体两个对应的侧壁上分别设有第一接头及第二接头，箱体的面板及底板均为导电金属板，在面板上设有半径为R的圆形半导体探测器；
测量箱的第一接头通过管道与氡-220室的第一接头连接，测量箱的第二接头通过管道与泵的一端连接，泵的另一端通过管道与氡-220室的第二接头连接，从而在测量箱的第一接头与第二接头之间形成一个气体回路；
测量箱的面板通过导线与高压模块的负极连接，测量箱的底板通过导线与高压模块的正极连接，在高压模块打开的状态下，测量箱测量腔内的面板与底板之间能形成均匀的平行电场。
2.采用如权利要求1所述的静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的装置通过静电收集法测量Po-216迁移率和中和率的方法，其特征是：包括测量过程和计算过程，其具体操作过程如下：
A、测量过程：
在恒温恒湿条件下，打开泵，氡-220室内的空气通过泵快速抽送进入测量箱的测量腔中，并将氡-220室中氡及其子体传送到测量腔中，经过一段时间后混合均匀。打开高压模块，在测量箱的测量腔内，面板与底板之间形成均匀的静电场，其中面板上半径为R的圆形半导体探测器与底板之间形成圆柱形的均匀静电场，带正电的Po-216在均匀静电场的作用下被收集到圆形半导体探测器的表面；
Po-216衰变产生的α粒子进入圆形半导体探测器产生电脉冲，经过前放和多道分析器处理形成能谱，能谱识别后得到Po-216衰变产生的脉冲数，并记录每秒钟产生的脉冲数N。其脉冲数N表示圆形半导体探测器每秒钟探测到N个Po-216衰变产生的α粒子；
在测量过程中，气体回路一直处于循环状态，分别记录不同电压下每秒Po-216产生的脉冲数；
B、计算过程：
当电压为U0，设测量箱测量腔内某一个氡衰变的Po-216距圆形半导体探测器的距离为x，测量腔中圆形半导体探测器与测量箱底板之间形成圆柱形的均匀电场E，E为常数：
Figure FDA0003122884610000021
收集时间t与初始位置距形半导体探测器的距离x的关系：
Figure FDA0003122884610000022
其中k为Po-216的迁移率；
Figure FDA0003122884610000023
Figure FDA0003122884610000024
当x＝0时，t＝0，则c＝0
Figure FDA0003122884610000025
收集效率公式为：
Figure FDA0003122884610000031
时，
Figure FDA0003122884610000032
Figure FDA0003122884610000033
其中Vn是带正电的Po-216的中和率，λ是带正电的Po-216的衰变常数，X为Rn-220衰变为带正电的Po-216的百分比；
氡-220室浓度为C1，通过对泵抽送的气体流速、测量箱测量腔的体积以及传送距离的计算，得到测量腔内的氡浓度为C2，即圆柱形探测区域内每立方米每秒钟产生C2个Po-216，半径为R的圆形半导体探测器与测量箱底板形成圆柱形静电场，且圆柱形静电场的体积为V，圆柱形探测区域内产生的Po-216总数为VC2，则圆柱形探测区域的圆形半导体探测器对Po-216的收集效率为：
Figure FDA0003122884610000034
其中η为圆形半导体探测器对收集到其表面的Po-216衰变产生的α粒子的探测效率；
将(7)式代入(6)式进行计算:
Figure FDA0003122884610000035
实验得到不同电压下圆柱形探测区域的圆形半导体探测器对Po-216的收集效率，根据公式(8)，进行拟合就能够得到Po-216中和率Vn和迁移率k的值。
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Assignee: Xiangtan Sanxing Instrument Co.,Ltd.

Assignor: Hengyang Normal University

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Denomination of invention: Method for measuring the mobility and neutralization rate of Po-216 using electrostatic collection method

Granted publication date: 20220812

License type: Common License

Record date: 20230912