本发明涉及一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其测量装置包括采集器、计时器、低本底γ辐射能谱仪、氡及其各子体计算软件，所述方法如下：制备采集器，现场布放采集器，记录采样时间，采样结束后采用低本底γ辐射能谱仪对负载采集器内已吸附氡的活性炭进行活性炭γ测量，获得实测得到总γ净计数；同时记录静置时间，最后由氡及其子体计算软件根据测量参数获得空气氡浓度精准值。本发明方法不受采样时间、静置时间的影响，较传统方法具有便捷、精准的优点。
1.一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其测量装置包括采集器、计时器、低本底γ辐射能谱仪、氡及其各子体计算软件，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤S1：将活性炭烘烤后存入磨口瓶中,待用；
步骤S2:称取适量上述烘烤过的活性炭装入活性炭盒中，然后将活性炭盒密封包装以隔绝外界空气，即得到空载采集器；
步骤S3：按照国家标准中活性炭测量空气氡浓度方法的要求进行空载采集器的待测现场布置；
步骤S4：将活性碳盒的密封包装去除，使活性炭盒暴露于空气中以吸附氡，即开始采样，同时用计时器记录活性炭盒在空气中的暴露时间，即采样时间T1；
步骤S5：采样终止时，将已吸附氡的负载采集器密封，迅速送回实验室；
步骤S6：采用低本底γ辐射能谱仪对负载采集器内已吸附氡的活性炭进行活性炭γ测量，获得吸附后总γ计数，将该吸附后总γ计数扣除低本底γ辐射能谱仪本底的总γ计数，获得实测得到的总γ净计数COUNTS_M；
同时，用计时器记录负载采集器的静置时间T2，所述静置时间T2是指采样终止至活性炭γ测量开始的时间间隔；
步骤S7：根据上述得到的采样时间T1、静置时间T2、实测得到的总γ净计数COUNTS_M，由氡及其各子体计算软件获得空气氡浓度，具体如下：步骤S7-1：设定活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数为n；
步骤S7-2：基于活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n以及原子的衰变链分别确定在采样时间T1内任一时刻和静置时间T2内任一时刻的氡及其各子体原子数目的理论推导公式；
步骤S7-3：通过上述理论推导公式结合得到的采样时间T1和静置时间T2，获得静置时间终止时刻即开始活性炭γ测量时的理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C的计算公式；
步骤S7-4：将理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C与实测得到的总γ净计数COUNTS_M进行比较并不断校正n，得到精确的活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数为n′；
步骤S7-5：计算获得空气氡浓度C_Rn222，其计算公式如下：C_Rn222＝k*n′，其k为活性炭盒吸附氡刻度系数，即由刻度实验得到的活性炭盒单位时间从空气中吸附的氡原子量与所暴露空气中的氡浓度关系。
2.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：所述步骤S7-2，采样时间T1内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：NA(t)＝n+0.9999979NA(t-1)；
NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
所述步骤S7-2，静置时间T2内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：NA(t)＝0.9999979NA(t-1)；
NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)；
ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
其中，NA(t)为t秒时刻活性炭中222Rn原子数；
3.根据权利要求2所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：所述步骤S7-3：理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C的计算公式如下；
COUNTS_C＝0.00431NC(T1+T2)+0.00586ND(T1+T2)]η*TM其中，η为γ射线探测效率；TM为活性炭γ测量时间。
4.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：步骤S7-4中所述n的初始值为1，在n的校正过程中，以1为n的增量，计算理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C并与实测得到的总γ净计数COUNTS_M比较，直至理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C不小于实测得到的总γ净计数COUNTS_M时，将对应的n的值作为精确的活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n′。
5.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：所述步骤S7-4的校正过程借由计算软件辅助实现。
6.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：所述的低本底γ辐射能谱仪为BH1936低本底多道γ能谱仪。
7.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，特征在于：所述步骤S1：活性炭在115-125℃下烘烤5至6小时。
8.根据权利要求1所述的一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其特征在于：所述氡及其各子体计算软件为根据氡及其各子体放射性衰变规律编写的软件。
一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及氡浓度测量领域，尤其涉及一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法。
背景技术
[0002] 氡气是一种示踪剂，它能够指示地下矿床、地质构造、地震等等，因此氡气测量广泛应用于矿产地质、水文地质、工程地质、灾害地质、环境地质等方面。氡气的放射性对人体的健康是有害的，十几年前，美国环保局(EPA)在《NATURE》杂志上公开指出：氡是关系到公共健康的大众问题；氡气作为自然放射物存在于土壤、砖、水泥、花岗岩等主要的建筑装修材料中，被认为是仅次于吸烟的第二大致癌因素，世界卫生组织已将氡列为使人致癌的19种最主要的物质之一。随着我国居民生活水平的不断提高，人们在追求宽敞的住房面积、优美的住房周边环境和豪华室内装修的同时，对居室的环境也越来越重视，人们不仅关注装修材料中的有害化学物质(如甲醛，苯等)所带来的危害，也关注另外一个“隐形杀手”氡的危害。因此，室内氡的检测具有巨大的市场需求。
[0003] 活性炭是一种多孔性含碳物质，其发达的微孔构造和巨大的比表面积，使其对多种物质具有较强的吸附能力，并在空气净化、废水治理等许多领域得到广泛应用。由于活性炭对氡具有很强的吸附能力，对吸附了氡气的活性炭进行γ测量，可以推算活性炭所在环境的氡浓度。目前，活性炭γ能谱测氡法因其价格低廉、测量灵敏度高、操作简单等特点已经成为当前环境空气中主流测氡方法之一。
[0004] 目前，传统的活性炭测氡方法需要活性炭采集完氡后密封静置3h后才开始测量氡及其子体的γ计数，当需要同时测量多个样本时，该方法较为不便。另外，按照我国采用“拟合值”t0.49进行校正的方法，当采样时间相差较大时，校正误差也会很大。
发明内容
[0005] 本发明目的在于提供一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，该方法能够便捷、精准地测量空气氡浓度，可以满足样本批量测量的要求。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其测量装置包括采集器、计时器、低本底γ辐射能谱仪、氡及其子体计算软件，所述方法包括以下步骤：
[0008] 步骤S1：将活性炭烘烤后存入磨口瓶中,待用；
[0009] 步骤S2:称取适量上述烘烤过的活性炭装入活性炭盒中，并在活性炭盒口盖以滤膜，然后将活性炭盒密封包装以隔绝外界空气，即得到空载采集器；
[0010] 步骤S3：按照国家标准中活性炭测量空气氡浓度方法的要求进行空载采集器的待测现场布置；
[0011] 步骤S4：将活性碳盒的密封包装去除，使活性炭盒暴露于空气中以吸附氡，即开始采样，同时用计时器记录活性炭盒在空气中的暴露时间，即采样时间T1；
[0012] 步骤S5：采样终止时，将已吸附氡的负载采集器密封，迅速送回实验室；
[0013] 步骤S6：采用低本底γ辐射能谱仪对负载采集器内已吸附氡的活性炭进行活性炭γ测量，获得吸附后总γ计数，将该吸附后总γ计数扣除低本底γ辐射能谱仪本底的总γ计数，获得实测得到的总γ净计数COUNTS_M；
[0014] 同时，用计时器记录负载采集器的静置时间T2，所述静置时间T2是指采样终止至活性炭γ测量开始的时间间隔；
[0015] 步骤S7：根据上述得到的采样时间T1、静置时间T2、实测得到的总γ净计数COUNTS_M，由氡及其各子体计算软件获得空气氡浓度，具体如下：
[0016] 步骤S7-1：设定活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数为n；
[0017] 步骤S7-2：基于活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n以及原子的衰变链分别确定在采样时间T1内任一时刻和静置时间T2内任一时刻的氡及其各子体原子数目的理论推导公式；
[0018] 步骤S7-3：通过上述理论推导公式结合得到的采样时间T1和静置时间T2，获得静置时间终止时刻即开始活性炭γ测量时的理论计算得到的总γ净计数 COUNTS_C的计算公式；
[0019] 步骤S7-4：将理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C与实测得到的总γ净计数COUNTS_M进行比较并不断校正n，得到精确的活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数为n′；
[0020] 步骤S7-5：计算获得空气氡浓度C_Rn222，其计算公式如下：C_Rn222＝k*n′，其k为活性炭盒吸附氡刻度系数，即由刻度实验得到的活性炭盒单位时间从空气中吸附的氡原子量与所暴露空气中的氡浓度关系。
[0021] 进一步，所述步骤S7-2，采样时间T1内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：
[0022] NA(t)＝n+0.9999979NA(t-1)；
[0023] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
[0024] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)
[0025] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
[0026] 所述步骤S7-2，静置时间T2内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：
[0027] NA(t)＝0.9999979NA(t-1)；
[0028] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
[0029] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)；
[0030] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
[0031] 其中，NA(t)为t秒时刻活性炭中222Rn原子数；
[0032] NB(t)为t秒时刻活性炭中218Po原子数；
[0033] NC(t)为t秒时刻活性炭中214Pb原子数；
[0034] ND(t)为t秒时刻活性炭中214Bi原子数。
[0035] 所述步骤S7-3：理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C的计算公式如下；
[0036] COUNTS_C＝0.00431NC(T1+T2)+0.00586ND(T1+T2)]η*TM
[0037] 其中，η为γ射线探测效率；TM为活性炭γ测量时间，300s。
[0038] 进一步，步骤S7-4中所述n的初始值为1，在n的校正过程中，以1为n 的增量，计算理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C并与实测得到的总γ净计数 COUNTS_M比较，直至理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C不小于实测得到的总γ净计数COUNTS_M时，将对应的n的值作为精确的活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n′。
[0039] 所述步骤S7-4的校正过程借由计算软件辅助实现。
[0040] 所述的低本底γ辐射能谱仪为BH1936低本底多道γ能谱仪。
[0041] 所述步骤S1：活性炭在115-125℃下烘烤5至6小时。
[0042] 所述氡及其各子体计算软件为根据氡及其子体放射性衰变规律编写的软件。
[0043] 所述计时器为具有秒表功能的电子手表等设备。
[0044] 本发明采用上述技术方案，通过氡及其子体计算软件对传统的活性炭测氡方法做出改进，在活性炭盒测氡实验中认为活性炭盒均匀地从空气中吸附氡原子，且单位时间吸附的量正比于空气的氡浓度，由氡及其各个子体开始采样计时时刻各自的原子数目(为0)以及它们各自在采样时间段随时间变化的一阶微分方程关系式可以推得采样时间内任一时刻氡及其各个子体原子数目，采样时间终止时刻氡及其各个子体的原子数目即作为静置时间段初始时刻的氡及其各个子体的原子数目，再由它们各自在静置时间段随时间变化的一阶微分方程关系式可以推得静置时间内任一时刻氡及其各个子体原子数目，因此可以得到静置时间终止时刻(即活性炭γ测量开始时刻)氡及其各个子体的原子数目。由放射性核子数及其衰变常数可以计算活性炭盒在γ测量放出的总γ射线数，由探测效率可以获得理论计算得到总γ净计数。通过理论计算与实测结果来不断校正n(初始设为1，比实际的偏小)，直到得到n的精准值为止。因此，采样时间或静置时间的不同不会影响n的计算值，且在n的校正过程中，每次n的增量为1，n的校正误差绝对值不会超过1。最后由n乘以活性炭盒的刻度系数即得到空气氡浓度值。
[0045] 传统的活性炭测氡方法，活性炭吸附氡终止后需密封静置3h作为校正，而不同的采样时间会对最终结果产生不同程度的误差，需要的静置时间不同，因此不能完全校正；本发明方法不受采样时间、静置时间的影响，可根据需要自行安排静置时间，然后由氡及其各子体计算软件给出精准校正，因此本发明方法较传统方法具有便捷、精准的优点。
附图说明
[0046] 图1为活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n的校正过程示意图。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图及实施例对本发明 做进一步说明。
[0048] 如图1所示，一种利用活性炭盒测量空气氡浓度的方法，其测量装置包括采集器、计时器、低本底γ辐射能谱仪、氡及其各子体计算软件，所述氡及其子体计算软件为根据氡及其各子体放射性衰变规律编写的软件，所述方法包括以下步骤：
[0049] 步骤S1：将活性炭在115-125℃下烘烤5至6小时后,存入磨口瓶中,待用；
[0050] 步骤S2:称取适量上述烘烤过的活性炭装入活性炭盒中，并在活性炭盒口盖以滤膜，然后将活性炭盒密封包装以隔绝外界空气，即得到空载采集器；
[0051] 步骤S3：按照国家标准中活性炭测量空气氡浓度方法的要求进行空载采集器的待测现场布置；
[0052] 步骤S4：将活性碳盒的密封包装去除，使活性炭盒暴露于空气中以吸附氡，即开始采样，同时用计时器记录活性炭盒在空气中的暴露时间，即采样时间T1；
[0053] 步骤S5：采样终止时，将已吸附氡的负载采集器密封，迅速送回实验室；
[0054] 步骤S6：采用低本底γ辐射能谱仪对负载采集器内已吸附氡的活性炭进行活性炭γ测量，获得吸附后总γ计数，将该吸附后总γ计数扣除低本底γ辐射能谱仪本底的总γ计数，获得实测得到的总γ净计数COUNTS_M；
[0055] 同时，用计时器记录负载采集器的静置时间T2，所述静置时间T2是指采样终止至活性炭γ测量开始的时间间隔；
[0056] 步骤S7：根据上述得到的采样时间T1、静置时间T2、实测得到的总γ净计数COUNTS_M，由氡及其各子体计算软件获得空气氡浓度，具体如下：
[0057] 步骤S7-1：设定活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数为n(当计时单位为妙时取每秒吸附的氡原子数，为分时取每分钟吸附的氡原子数)，假定n 的初始值为1，在后续n的校正过程中，每次n的增量为1；
[0058] 步骤S7-2：基于活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n以及原子的衰变链分别确定在采样时间T1内任一时刻和静置时间T2内任一时刻的氡及其各子体原子数目的理论推导公式；
[0059] 具体的，采样时间T1内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：
[0060] NA(t)＝n+0.9999979NA(t-1)；
[0061] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
[0062] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)
[0063] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
[0064] 静置时间T2内任一时刻t的氡及其各子体原子数目的理论推导公式如下：
[0065] NA(t)＝0.9999979NA(t-1)；
[0066] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)；
[0067] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)；
[0068] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)；
[0069] 步骤S7-3：通过上述理论推导公式结合得到的采样时间T1和静置时间T2，获得静置时间终止时刻即开始活性炭γ测量时的理论计算得到的总γ净计数 COUNTS_C的计算公式，具体如下:
[0070] COUNTS_C＝0.00431NC(T1+T2)+0.00586ND(T1+T2)]η*TM
[0071] 其中，η为γ射线探测效率；TM为活性炭γ测量时间，300s。
[0072] 步骤S7-4：将理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C与实测得到的总γ净计数COUNTS_M进行比较并不断校正n，n的初始值为1，在n的校正过程中，以1 为n的增量，计算理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C并与实测得到的总γ净计数COUNTS_M比较，直至理论计算得到的总γ净计数COUNTS_C不小于实测得到的总γ净计数COUNTS_M时，将对应的n的值作为精确的活性炭盒单位时间内从空气中吸附的氡原子数n′。校正过程借由计算软件辅助实现，具体如图1所示；
[0073] 步骤S7-5：计算获得空气氡浓度C_Rn222，其计算公式如下：C_Rn222＝k*n′，其k为活性炭盒吸附氡刻度系数，即由刻度实验得到的活性炭盒单位时间从空气中吸附的氡原子量与所暴露空气中的氡浓度关系。
[0074] 在活性炭盒测氡实验中认为活性炭盒均匀地从空气中吸附氡原子，且单位时间吸附的量正比于空气的氡浓度，由氡及其各个子体开始采样计时时刻各自的原子数目(为0)以及它们各自在采样时间段随时间变化的一阶微分方程关系式可以推得采样时间内任一时刻氡及其各个子体原子数目，采样时间终止时刻氡及其各个子体的原子数目即作为静置时间段初始时刻的氡及其各个子体的原子数目，再由它们各自在静置时间段随时间变化的一阶微分方程关系式可以推得静置时间内任一时刻氡及其各个子体原子数目，因此可以得到静置时间终止时刻(即活性炭γ测量开始时刻)氡及其各个子体的原子数目。由放射性核子数及其衰变常数可以计算活性炭盒在γ测量放出的总γ射线数，由探测效率可以获得理论计算得到总γ净计数。通过理论计算与实测结果来不断校正n(初始设为1，比实际的偏小)，直到得到n的精准值为止。具体推导过程，详细说明如下：
[0075] 衰变链：
[0076]
[0077] 当t＝0时：
[0078] NA(0)＝0；
[0079] NB(0)＝0；
[0080] NC(0)＝0；
[0081] ND(0)＝0；
[0082] 当0
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] 当T1
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092] NA(t)—t秒时刻活性炭中222Rn原子数；
[0093] NB(t)—t秒时刻活性炭中218Po原子数；
[0094] NC(t)—t秒时刻活性炭中214Pb原子数；
[0095] ND(t)—t秒时刻活性炭中214Bi原子数；
[0096] 以1秒为时间步长，将上述微分方程组写成差分方程组：
[0097] 0
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102] T1
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107] 因此，
[0108] 0
[0109] NA(t)＝n+(1-λA)NA(t-1)
[0110] NB(t)＝λANA(t-1)+(1-λB)NB(t-1)
[0111] NC(t)＝λBNB(t-1)+(1-λC)NC(t-1)
[0112] ND(t)＝λCNC(t-1)+(1-λD)ND(t-1)
[0113] T1
[0114] NA(t)＝(1-λA)NA(t-1)
[0115] NB(t)＝λANA(t-1)+(1-λB)NB(t-1)
[0116] NC(t)＝λBNB(t-1)+(1-λC)NC(t-1)
[0117] ND(t)＝λCNC(t-1)+(1-λD)ND(t-1)
[0118] 将λA＝2.1×10-6s-1
[0119] λB＝3.79×10-3s-1
[0120] λC＝4.31×10-4s-1
[0121] λD＝5.86×10-4s-1
[0122] 代入上式得
[0123] 0
[0124] NA(t)＝n+0.9999979NA(t-1)
[0125] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)
[0126] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)
[0127] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)
[0128] T1
[0129] NA(t)＝0.9999979NA(t-1)
[0130] NB(t)＝0.99621NB(t-1)+2.1×10-6NA(t-1)
[0131] NC(t)＝0.999569NC(t-1)+0.00379NB(t-1)
[0132] ND(t)＝0.999414ND(t-1)+0.000431NC(t-1)
[0133] 根据编写的程序可以计算开始γ测量时的NA(T1+T2)，NB(T1+T2)， NC(T1+T2)，ND(T1+T2)，此时的理论计算总γ净计数为：
[0134] [λCNC(T1+T2)+λDND(T1+T2)]η*TM
[0135] η为γ射线探测效率；TM为γ测量时间300s。
[0136] 本发明通过氡及其子体计算软件对传统的活性炭测氡方法作出改进，因采样时间、静置时间作为输入参数对输出结果不产生影响，因此较传统方法在准确度上有所提高。此外，本发明可以根据需要合理安排静置时间，在进行多个样本的测量时较为便捷、精准。
