中國(guó)輻射防護(hù)研究院

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氡析出率測(cè)量方法研究

2011-8-23  閱讀(418)

 

氡析出率測(cè)量方法研究
1. 靜電收集測(cè)量氡析出率方法與原理
1.1靜電收集裝置內(nèi)氡濃度的變化

收集室扣在介質(zhì)表面后,令t=0時(shí),收集室中的氡濃度為C0,則⑴式的解為:

 

如果進(jìn)行時(shí)間間隔為T的連續(xù)測(cè)量,則相鄰兩次測(cè)得的收集室中的氡濃度有如下關(guān)系:

1.2 多點(diǎn)測(cè)量的zui小二乘法

由(14)式可知,Ci和Ci-1為一直線關(guān)系,這里需要注意的是由于Ci和Ci-1都有誤差,因此與此相應(yīng)的直線是一正交回歸直線,為方便,令X= Ci-1,Y= Ci。于是正交回歸直線為:y=A+BX ,而

求得A和B,即可計(jì)算出氡析出率。

1.3方法的誤差分析

該方法的誤差可按下式計(jì)算:
1.4靜電收集氡析出測(cè)量裝置的刻度
實(shí)際上氡析出率裝置的刻度是通過已知的標(biāo)準(zhǔn)源標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)的,其測(cè)得的計(jì)數(shù)的增長(zhǎng)率與標(biāo)準(zhǔn)源的氡析出率之間有一定的,而且溫度、濕度、氣壓的變化也是影響測(cè)量誤差的因素。在日常使用時(shí)應(yīng)定期對(duì)其刻度,至少每年一次,平時(shí)經(jīng)常用α標(biāo)準(zhǔn)源檢驗(yàn)裝置的效率,如有變化應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)或刻度。
1. 5氡析出測(cè)量的應(yīng)用方法
    實(shí)際測(cè)量氡析出率時(shí),按照所需的時(shí)間間隔連續(xù)測(cè)量n個(gè)計(jì)數(shù),以測(cè)量時(shí)間為自變量,計(jì)數(shù)為因變量進(jìn)行線性回歸,求出直線的斜率,即計(jì)數(shù)的增長(zhǎng)率,該增長(zhǎng)率乘以相應(yīng)的刻度系數(shù)即得所測(cè)量的氡析出率。
 
2.測(cè)量結(jié)果分析與處理
2.1 表面氡析出測(cè)量影響因素
根據(jù)輻射效應(yīng)委員會(huì)的1991度報(bào)告統(tǒng)計(jì),建材、土壤、礦石和建筑物地面等在單位時(shí)間內(nèi)氡的析出為60kBqd-1,其析出率為2×10-3Bqm-2s-1,科學(xué)研究證明,氡的析出能力除與鐳含量有關(guān)外,還與土壤、建材、礦石等介質(zhì)的孔隙度、顆粒的大小、孔隙的幾何形狀、含水量以及外界環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力的變化有關(guān)。表面氡析出率可用下式表示:R=λ·ρ·C·F·L·Tanh(L1/L2) 。式中:λ為氡的衰變常數(shù)2.1×10-6S-1;ρ為材料密度,kgm-3;C為材料中鐳的比活度,Bqkg-1;F為射氣系數(shù);L1為材板的半厚度,L2為氡在材料中的擴(kuò)散長(zhǎng)度,m。
2.2 REM-III氡析出率儀操作與測(cè)量數(shù)據(jù)處理
由于氡測(cè)量與取樣方法類型多而復(fù)雜,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件也難于考慮選擇合適的測(cè)量方法,環(huán)境氡測(cè)量本身所受的影響因素也比較多,即在同一地點(diǎn)的不同時(shí)刻、不同時(shí)間(早、中、晚)、不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)所測(cè)量的結(jié)果均有明顯的差別。對(duì)于表面介質(zhì)氡析出率測(cè)量來說,它比環(huán)境空氣中氡測(cè)量更加復(fù)雜,主要氡的收集與其探測(cè)方法選擇比較復(fù)雜。早年采用“箱式法”即通過一定體積與一定時(shí)間內(nèi)固定表面的氡累積來計(jì)算表面氡析出,操作煩瑣復(fù)雜,系統(tǒng)誤差不可避免;中輻院氡研究組在長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了快速氡析出儀(號(hào)為ZL200420096051.0),克服了“箱式法”操作的不便與使誤差減少到zui小,但為了測(cè)量結(jié)果更近于真值,在測(cè)量操作與數(shù)據(jù)處理上有嚴(yán)格的要求。
2.2.1REM-III測(cè)量操作詳見使用說明書,但需注意以下幾點(diǎn):
   1)一般現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用只需要采用方式2(即mode2,定時(shí)測(cè)量模式)。可根據(jù)氡析出水平高低從1-99分鐘選擇測(cè)量時(shí)間間隔,即按照所選擇的時(shí)間間隔,“實(shí)時(shí)”測(cè)量即得出結(jié)果,該測(cè)量方式主要適宜于鈾鐳尾礦、建筑材料表面、土壤表面等的普通應(yīng)用,為退役治理、環(huán)境評(píng)價(jià)、材料選擇、民用工程驗(yàn)收等提供參考依據(jù)。
需要說明的是方式1為連續(xù)測(cè)量,主要應(yīng)用在地質(zhì)找礦、山體滑坡、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)備監(jiān)測(cè)與相關(guān)科學(xué)研究分析等需要氡/釷及其子體析出研究的應(yīng)用。
   2)測(cè)量前,必須保證儀器充電飽滿,充電一次可用6小時(shí)左右,注意要關(guān)機(jī)充電。嚴(yán)禁使用至顯示器不顯示后才考慮充電導(dǎo)致儀器內(nèi)部電池耗壞。
   3)測(cè)量計(jì)數(shù)與結(jié)果只有相關(guān)性,而不是正比關(guān)系。
   4)數(shù)據(jù)處理與γ劑量率測(cè)量不同,不能同一點(diǎn)無數(shù)個(gè)測(cè)量值的平均,測(cè)量重復(fù)性與γ劑量率測(cè)量相比有系統(tǒng)誤差的局限性,克服了“箱式法”操作不便。
5)根據(jù)儀器開發(fā)過程中的試驗(yàn)與刻度技術(shù)要求:同一點(diǎn)測(cè)量次數(shù)的選擇與應(yīng)用的要求不同而選擇(如2.2.2 測(cè)量方法與數(shù)據(jù)處理)。
6)該儀器目前無專門的劑量刻度標(biāo)準(zhǔn)(有關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)正在申報(bào)),只能間接用氡析出檢驗(yàn)源校準(zhǔn),其校準(zhǔn)方法按照如下中2.2.2所描述的測(cè)量與數(shù)據(jù)處理方法,也是測(cè)量報(bào)告數(shù)據(jù)處理的依據(jù)。
7)該儀器采用相對(duì)測(cè)量法,主要為了達(dá)到更近于真值的目的,低水平環(huán)境可增加測(cè)量時(shí)間,如大理石測(cè)量可采用20分鐘以上。當(dāng)然也不是選擇時(shí)間越長(zhǎng)越好,還與環(huán)境條件的影響有關(guān),如測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)了,濕度影響就稍明顯。
2.2.2 REM-III型儀測(cè)量方法與數(shù)據(jù)處理
(以選擇時(shí)間間隔T=15min為例,低水平環(huán)境可增加測(cè)量時(shí)間來達(dá)到更近于真值的目的)
 1)快速抽樣測(cè)量:把儀器置于需測(cè)量的物質(zhì)表面約5分鐘以上,同時(shí)讓儀器底邊密封與用保鮮膜捂住抽屜口(目的為保證測(cè)量效果),然后開機(jī)測(cè)量,15分鐘后即得測(cè)量結(jié)果。與測(cè)量真值的差別稍微大,適宜大面積的定性調(diào)查。(刻度系數(shù)K1=   
2)快速測(cè)量:把儀器置于需測(cè)量的物質(zhì)表面約15分鐘以上,同時(shí)讓儀器底邊密封與用保鮮膜捂住抽屜口(目的為保證測(cè)量效果),然后開機(jī)測(cè)量,15分鐘后即得第1個(gè)測(cè)量結(jié)果,在同位置不動(dòng),再測(cè)量15分鐘得出第2個(gè)結(jié)果,兩個(gè)結(jié)果取平均值即為測(cè)量結(jié)果。該結(jié)果與測(cè)量真值的差別不大,適宜要求不高的定量分析與環(huán)境評(píng)價(jià),一般環(huán)境水平可采用該方法實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。(刻度系數(shù)K0=    ,我們給用戶的刻度系數(shù)均為該方法就標(biāo)準(zhǔn)源的刻度值。)
3)測(cè)量:把儀器置于待測(cè)表面約180分鐘以上,再打開電源開始測(cè)量,15分鐘后即得第1個(gè)測(cè)量結(jié)果,在原位置不動(dòng),再測(cè)15分鐘得出第2個(gè)結(jié)果,在原位置不動(dòng),按測(cè)量鍵,再測(cè)量15分鐘得出第3個(gè)結(jié)果,把后兩個(gè)結(jié)果取平均值即為結(jié)果。該結(jié)果與測(cè)量真值的差別很小,適宜要求定量分析與衛(wèi)生安全評(píng)價(jià),如建材的選擇等。(刻度系數(shù)K2=   
以上三種測(cè)量操作方法中,如果均按照方法2)中刻度系數(shù)K0進(jìn)行測(cè)量,是可以的,用它測(cè)量所得結(jié)果與真值的誤差相對(duì)于氡隨時(shí)間與環(huán)境的變化來說可忽略(或簡(jiǎn)單修正)。因此,我們給用戶的刻度系數(shù)為方法2)中的K值。
在以上測(cè)量操作方法中,方法2)與方法3)中,如果多個(gè)測(cè)量結(jié)果中出現(xiàn)的異常的不可靠數(shù)據(jù)應(yīng)該刪除,在原位置(儀器也不要關(guān)機(jī))按測(cè)量鍵,另多測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù),采集該數(shù)據(jù)作為測(cè)量數(shù)據(jù)與前有效數(shù)據(jù)來求平均值。
 
2.1氡析出率儀刻度檢驗(yàn)方法
1)原理
通過已知標(biāo)準(zhǔn)氡析出率的含鐳礦石粉源R0,在某一環(huán)境條件下(T、RH、P),對(duì)氡析出率儀作單點(diǎn)測(cè)量的刻度實(shí)驗(yàn),不同時(shí)間間隔有不同的刻度系數(shù),同時(shí)受濕度的影響較大,應(yīng)進(jìn)行濕度修正。
1)氡析出率
    介質(zhì)表面單位面積、單位時(shí)間內(nèi)釋放的放射性氡活度,單位為:BQ/M2S。
2)氡析出率測(cè)量?jī)x
    用于測(cè)量介質(zhì)表面氡析出率的儀器,這里指的是直讀式氡析出率測(cè)量?jī)x,而不是經(jīng)典箱式法或活性炭盒法裝置。
3)收集效率
    探測(cè)器表面收集到的粒子數(shù)與同一時(shí)間間隔內(nèi)收集室內(nèi)產(chǎn)生的該種粒子數(shù)之比。
2)快速氡析出率測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理與基本組成
本技術(shù)所規(guī)定的氡析出率儀(指中輻院開發(fā)的REM-III型,實(shí)用新型號(hào)200420096051.0)是通過以下方法實(shí)現(xiàn)其測(cè)量的,測(cè)量時(shí)將收集裝置扣在待測(cè)材料表面,這時(shí)收集室內(nèi)氡濃度的變化主要有以下幾種機(jī)制:①材料內(nèi)的氡原子在擴(kuò)散與滲流過程逸出材料表面進(jìn)入收集室;②收集室中的一部分氡經(jīng)擴(kuò)散返回材料中(稱為反擴(kuò)散);③一部分氡經(jīng)收集室與材料表面接觸處泄漏出去;④收集室中的氡衰變產(chǎn)生氡子體。在這四種機(jī)制作用下收集室中氡濃度的變化可用下式描述[5]:dC/dt=RS/V-Cλe 。
它由探頭(探測(cè)器、氡收集室)和高壓電源及電子線路等幾部分構(gòu)成,在收集室內(nèi)形成收集電場(chǎng), 其收集鋁膜鑲嵌在特殊設(shè)計(jì)的抽屜式結(jié)構(gòu)中。在靜電場(chǎng)作用下,帶正電的氡子體218Po+被探測(cè)器前的鋁膜收集,氡子體衰變產(chǎn)生的α粒子被探測(cè)器記錄,由α計(jì)數(shù)即可推算表面的氡析出率。該裝置測(cè)量時(shí)間間隔在10~60分鐘內(nèi)據(jù)其氡析出水平自行設(shè)置,測(cè)量范圍為5×10-5~102Bq/(m2·s)。該產(chǎn)品符合核軍工、核退役污染治理以及GB30325-2006年版(民用)就氡析出率測(cè)量要求。
 
 
                                               中輻院氡研究課題組長(zhǎng)
                                               張文濤
                                          2009年3月10

 



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