一种连续测量介质表面氡析出率的方法和装置

摘要

本发明公开了一种连续测量介质表面氡析出率的方法和装置，该方法包括以下步骤：步骤1：测量初始氡浓度C0；步骤2：计算介质表面氡析出率；先按以下方法确定A、B以及等效衰变常量λe：第n和n‑1次测量的集氡罩内氡的浓度之间的关系为：Cn＝A+BCn‑1；(b1)在氡累积过程，(b2)在氡动态平衡过程，该连续测量介质表面氡析出率的方法和装置能实现连续测量，测量效率高。

权利要求

1.一种连续测量介质表面氡析出率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量初始氡浓度C0；

开启取样泵用0.1-12L/min的流率取样被测环境中含氡空气，取样时间为ΔT，此时测量室内的氡浓度即为初始时刻t＝0时集氡罩的氡浓度即初始氡浓度C0；

步骤2：计算介质表面氡析出率；

(a)先按以下方法确定A、B以及等效衰变常量λe：将具有开孔且带搅拌功能的集氡罩扣在待测介质表面；以时间间隔为T对集氡罩内氡的浓度进行多次测量；

第n和n-1次测量的集氡罩内氡的浓度之间的关系为：Cn＝A+BCn-1；

其中n为自然数；

Cn为t＝n*T时刻的集氡罩内氡的浓度；

J为被测介质表面氡析出率；

S为集氡罩的底面积；

V表示集氡罩与测量室的总体积；

在氡累积过程中，经多次测量，采用最小二乘法确定公式Cn＝A+BCn-1的A和B；并求得再以 作为氡累积过程和氡动态平衡过程的分界点；测量时间 对应的过程为氡累积过程， 对应的过程为氡动态平衡过程；

(b1)在氡累积过程，

(b2)在氡动态平衡过程，

2.根据权利要求1所述的连续测量介质表面氡析出率的方法，其特征在于，取样泵的流率2L/min。

3.根据权利要求2所述的连续测量介质表面氡析出率的方法，其特征在于，ΔT不小于1分钟。

4.根据权利要求3所述的连续测量介质表面氡析出率的方法，其特征在于，T不小于10分钟。

5.根据权利要求4所述的连续测量介质表面氡析出率的方法，其特征在于，T为15分钟。

6.一种连续测量介质表面氡析出率的装置，其特征在于，包括测氡仪(5)和扣装在待测介质表面(6)上的集氡罩(1)；

集氡罩上设有泄露孔(1-4)，集氡罩内具有搅拌器(1-1)；

测氡仪中具有测量室(5-1)；

集氡罩的集氡罩抽气连接孔(1-3)与测氡仪的测量仪抽气连接孔(5-2)通过进气连接管(3)连接；

集氡罩的集氡罩回气连接孔(1-2)与测氡仪的测量仪回气连接孔(5-3)通过回气连接管(2)连接；

采用权利要求1-5任一项所述的方法测量待测介质表面氡析出率。

7.根据权利要求6所述的连续测量介质表面氡析出率的装置，其特征在于，进气连接管上设有氡子体过滤器(4)。

说明书

一种连续测量介质表面氡析出率的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种快速可靠连续测量介质表面氡析出率的方法及测量装置。

背景技术

[0002] 氡析出率是指单位面积、单位时间介质表面析出的氡的放射性活度。氡析出率测量受采样条件以及环境的温度、湿度和气压条件的影响，使得测量结果的准确度难以控制，测量结果往往难以再现和比较。但是，氡析出率测量是铀矿冶设施退役治理中评价废石场、尾矿库防氡覆盖治理效果的关键环节，也是环境氡污染治理中寻找源项的手段。2011年6月1日生效的国标《民用建筑工程室内环境污染控制规范(2013版)》-GB50325-2010把土壤和建筑材料氡析出率测量作为控制室内氡污染的基本手段。氡析出率连续可靠测量是提高我国环境氡污染监测与评价水平、建材氡析出率测量与控制水平、以氡为示踪核素的资源勘测、地学研究及地震预报水平的重要保证。

[0003] 发明专利《测量介质表面氡析出率的方法及装置》中提供了一种基于静电收集法的测量介质表面氡析出率的方法，虽能消除泄漏、反扩散、环境氡和钍射气的干扰，该方法是采用累积法测量氡析出率，受外界条件影响较少，虽然具有较高的测量精度，但是目前该方法为了提高测量精度，多次测量，用最小二乘法来计算A和B，最后求出λe和J，并没有进行连续测氡析出率，仅仅只是用于对介质表面氡析出率单次测量。发明专利《闭环式连续测量氡析出率的方法》中不能快速响应氡析出率的变化(氡的半衰期是3.825d)，存在严重的延时效应，难以实现以氡为示踪核素的地震预报等的快速响应需求。

[0004] 因此，有必要设计一种连续测量介质表面氡析出率的方法和装置。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种连续测量介质表面氡析出率的方法和装置，该连续测量介质表面氡析出率的方法和装置能实现连续测量，测量效率高。

[0006] 发明的技术解决方案如下：

[0007] 一种连续测量介质表面氡析出率的方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1：测量初始氡浓度C0；

[0009] 开启取样泵用0.1-12L/min的流率取样被测环境(是介质表面的外部环境)中含氡空气，取样时间为ΔT，此时测量室内的氡浓度即为初始时刻t＝0时集氡罩的氡浓度即初始氡浓度C0；

[0010] 步骤2：计算介质表面氡析出率；

[0011] (b)先按以下方法确定A、B以及等效衰变常量λe：

[0012] 将具有开孔且带搅拌功能的集氡罩扣在待测介质表面；以时间间隔为T对集氡罩内氡的浓度进行多次测量；

[0013] 第n和n-1次测量的集氡罩内氡的浓度之间的关系为：Cn＝A+BCn-1；

[0014] 其中n为自然数；

[0015] Cn为t＝n*T时刻的集氡罩内氡的浓度；

[0016]

[0017] J为被测介质表面氡析出率；

[0018] S为集氡罩的底面积；

[0019] V表示集氡罩(又称集氡室)与测量室的总体积；

[0020] 经多次测量，采用最小二乘法确定公式Cn＝A+BCn-1的A和B；并求得[0021] 再以 作为氡累积过程和氡动态平衡过程的分界点；测量时间 对应的过程为氡累积过程， 对应的过程为氡动态平衡过程；

[0022] (b1)在氡累积过程，

[0023] (b2)在氡动态平衡过程，

[0024] 取样泵的流率2L/min。

[0025] ΔT不小于1分钟。优选ΔT为500秒。

[0026] 作为优选，T不小于10分钟。

[0027] T为15分钟。

[0028] 一种连续测量介质表面氡析出率的装置，包括测氡仪(5)和扣装在待测介质表面(6)上的集氡罩(1)；

[0029] 集氡罩上设有泄露孔(1-4)，集氡罩内具有搅拌器(1-1)；

[0030] 测氡仪中具有测量室(5-1)；

[0031] 集氡罩的集氡罩抽气连接孔(1-3)与测氡仪的测量仪抽气连接孔(5-2)通过进气连接管(3)连接；

[0032] 集氡罩的集氡罩回气连接孔(1-2)与测氡仪的测量仪回气连接孔(5-3)通过回气连接管(2)连接；

[0033] 采用前述的方法测量待测介质表面氡析出率。

[0034] 进气连接管上设有氡子体过滤器(4)。

[0035] 有益效果：

[0036] 本发明提供的氡析出率连续测量的方法与传统的测量方法相比，具有测量操作简便、能快速响应氡析出率的变化情况。传统累积法测量氡析出率，受外界条件影响较少，虽然具有较高的测量精度，但是目前该方法仅能用于对介质表面氡析出率单次测量，并没有对集氡罩内氡浓度达到动态平衡后进行测量，不能实现连续监测氡析出率的变化。现有的闭环氡析出率连续测量方案，不仅没有累积过程中氡析出率测量，而且还不能实时响应氡析出率的变化情况，采用全密封的集氡罩λε较小，集氡罩内的氡浓度较高，不能及时响应该测量过程中氡析出率的变化情况。本方案中采用开孔带搅拌功能的集氡罩，集氡罩开孔以提高集氡罩内收集氡的泄露量，带搅拌功能一方面使得集氡罩内氡浓度均匀，以确保测量室内取样结束时刻的氡浓度与集氡罩内氡浓度相同，另一方面更有利于集氡罩内氡的泄露，从而使得集氡罩内氡的有效衰变常量λε增大。由(8)式可以得出，当集氡罩体积V和底面积S一定的条件下，当有效衰变常量λε较大时，测量得到的氡浓度C(n)的微小变化，析出率的值J就能快速反应，进而实现快速可靠连续测量氡析出率。该方案采用循环取样和测量相结合的过程，将动态测量转化为静态测量，不仅确保了氡浓度测量结果的准确，还有利于延长取样泵的寿命。

[0037] 方案1【即发明专利《测量介质表面氡析出率的方法及装置》】中所描述的方法只能用于对介质表面氡析出率进行单次测量，并没有对集氡罩内氡浓度达到动态平衡后进行测量，方案2【即发明专利《闭环式连续测量氡析出率的方法》】中提到的当测量周期数大于i后，集氡罩内的氡浓度仅仅与析出率的变化有关，并没有说明具体多少周期后，本方案中明确了氡累积测量氡析出率和动态平衡测量氡析出率的过程。由(8)式可以得出，当集氡罩体积V和底面积S一定的条件下，当有效衰变常量λε较大时，测量得到的氡浓度C(n)的微小变化，析出率的值J能快速反应，进而快速响应氡析出率的变化。

[0038] 综上所述，本发明的连续测量介质表面氡析出率的方法和装置能实现连续测量，测量效率高。

附图说明

[0039] 图1为连续测量介质表面氡析出率装置的示意图。

[0040] 图2为测量过程原理示意图。

[0041] 标号说明：

[0042] 1、集氡罩

[0043] 1-1搅伴器，1-2集氡罩回气连接孔，1-3集氡罩抽气连接孔，1-4泄露孔[0044] 2、回气连接管

[0045] 3、进气连接管

[0046] 4、氡子体过滤器

[0047] 5、测氡仪

[0048] 5-1测量室，5-2测量仪抽气连接孔，测量仪回气连接孔

[0049] 6、待测介质表面

具体实施方式

[0050] 以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

[0051] 一种连续测量介质表面氡析出率的方法，包括以下步骤：

[0052] 步骤1：测量初始氡浓度C0；

[0053] 开启取样泵用0.1-12L/min的流率取样被测环境(是介质表面的外部环境)中含氡空气，取样时间为ΔT，此时测量室内的氡浓度即为初始时刻t＝0时集氡罩的氡浓度即初始氡浓度C0；

[0054] 步骤2：计算介质表面氡析出率；

[0055] (c)先按以下方法确定A、B以及等效衰变常量λe：

[0056] 将具有开孔且带搅拌功能的集氡罩扣在待测介质表面；以时间间隔为T对集氡罩内氡的浓度进行多次测量；

[0057] 第n和n-1次测量的集氡罩内氡的浓度之间的关系为：Cn＝A+BCn-1；

[0058] 其中n为自然数；

[0059] Cn为t＝n*T时刻的集氡罩内氡的浓度；

[0060]

[0061] J为被测介质表面氡析出率；

[0062] S为集氡罩的底面积；

[0063] V表示集氡罩与测量室的总体积；

[0064] 在氡累积过程中，经多次测量，采用最小二乘法确定公式Cn＝A+BCn-1的A和B；并求得

[0065] 再以 作为氡累积过程和氡动态平衡过程的分界点；测量时间 对应的过程为氡累积过程， 对应的过程为氡动态平衡过程；

[0066] (b1)在氡累积过程，

[0067] (b2)在氡动态平衡过程，

[0068] 取样泵的流率2L/min。

[0069] ΔT不小于1分钟。

[0070] 作为优选，T不小于10分钟。

[0071] T为15分钟。

[0072] 一种连续测量介质表面氡析出率的装置，包括测氡仪5和扣装在待测介质表面6上的集氡罩1；

[0073] 集氡罩上设有泄露孔1-4，集氡罩内具有搅拌器1-1；

[0074] 测氡仪中具有测量室5-1；

[0075] 集氡罩的集氡罩抽气连接孔1-3与测氡仪的测量仪抽气连接孔5-2通过进气连接管3连接；

[0076] 集氡罩的集氡罩回气连接孔1-2与测氡仪的测量仪回气连接孔5-3通过回气连接管2连接；

[0077] 采用前述的方法测量待测介质表面氡析出率。

[0078] 进气连接管上设有氡子体过滤器4。

[0079] 连续测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算方法。

[0080] A、快速可靠连续测量氡析出率的过程：开启取样泵用Q L/min(常用2L/min，0.1-12L/min)的流率取样被测环境(是介质表面的外部环境)中含氡空气ΔT(不小于1分钟)时间，此时测量室内的氡浓度即为初始时刻t＝0时集氡罩的氡浓度即初始氡浓度C0，[0081] 再将一开孔带搅拌功能其体积为V-ΔV【V表示集氡罩与测量室的总体积】、底面积为S的集氡罩扣在待测介质表面上，再将一密闭测量室(体积为ΔV)与集氡罩连接形成一个回路，当收集一定时间T-ΔT后，开启取样泵用Q L/min的流率将积氡室与测量室内的氡混合ΔT时间，此时测量室内的氡浓度即为时刻T时积氡室的氡浓度C1，接着再以T(大于
10min)为一个周期反复测量，即可测得一系列等时间间隔的集氡罩内氡浓度数据Cn，集氡罩内氡浓度的变化分2个过程：即氡累积过程测量和氡动态平衡过程测量，其测量过程如图
2所示。

[0082] B、计算方法：

[0083] 集氡罩中氡浓度的变化可用式(1)描述：

[0084]

[0085] 为单位时间析出到集氡罩中氡引起氡浓度的变化；J为被测介质表面氡析出-6 -1率；S为集氡罩的底面积。λ是氡的衰变常量(2.1×10 s )；R为氡的泄漏和反扩散率，t为集氡的时间。

[0086] 令λe＝λ+R，λe为等效衰变常量；氡浓度为C(t)，即t＝0时刻，集氡罩内氡的浓度为C0。(1)式的解为

[0087]

[0088] 进行时间间隔为T的连续测量，则相邻两次测量集氡罩中氡浓度的变化如下关系：

[0089]

[0090] 令 则有：

[0091] Cn＝A+BCn-1      (4)

[0092] (1)氡累积过程测量

[0093] 氡累积过程测量，(2)式中 时，即测量时间 为了提高测量精度，多次测量，用最小二乘法来计算A和B，最后求出λe和J。

[0094]

[0095]

[0096] (2)氡动态平衡过程测量

[0097] 氡动态平衡过程测量，(2)式中 时，即测量时间

[0098]

[0099] 再根据前面氡累积测量过程中(6)式计算得到的J得：

[0100]

[0101] 上述方法采用的测量装置由开孔带搅拌功能的集氡罩、进气管、回气管、搅拌器及测氡仪组成，开孔带搅拌功能的集氡罩的通过进气管和回气管与测氡仪内的测量室相连。

[0102] 实验验证：

[0103] 将该测量方法和装置在南华大学氡析出率1号标准装置上进行连结测量，测量结果如表1所示。

[0104] 表1：连续测量结果

[0105] 测量条件：V＝0.0057m3，S＝0.066m2，T＝15min(900s)，ΔT＝5min(300s)氡析出率参考值J＝1.48Bq/m2/s。

[0106]

[0107]

[0108] 误差是测量值与参考值之间的比较

[0109] NRL-II型是一种由南华大学自己研制的静电收集式测氡仪(该测氡仪与南华大学氡室标准监控测氡仪PQ2000测量结果误差在3.0％以内)。

[0110] 前面提到氡析出率的测量公式中指出，析出率的测量是通过测量不同时刻氡浓度来计算得到氡析出率的。

[0111] 参考值是南华大学氡室长时间测量的一个平均值，由于析出率的测量受温度、湿度和气压条件的影响，故需对的氡析出进行实时监测。