直接法测氡仪的研制汲长松
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
样气在透过入口滤膜之后， 在渡越过程中产生的RaA子体，
以气溶胶的形式存在。
到达出口滤膜时被收集于出口滤膜上。
2018/11/1
百度文库14
2.4对出口滤膜上α发射体的探测
在“滤膜测量位”上测出“C”的计数X。据X，由 托马斯公式直接依据仪器的结构与运行各参数值得到被 测样气的氡含量。
2018/11/1
2018/11/1
19
2018/11/1
20
3.5自吸收因子β
理论与实验证实，含氡样气采样后的滤膜，作为α 粒子放射源， 其对α 粒子的自吸收效应是不能被忽略的。 采用双层滤膜法对滤膜的自吸收因子进行了实验测定 并引入改进的托马斯公式。
2018/11/1
21
3.6 能谱修正系数S
仪器被市场接受。
2018/11/1
9
1 直接测氡浓度方法的产生背景
双滤膜测氡法是在1960年前后提出
由于缺少可以根据出口滤膜的计数准确计算被测气体中氡浓度的 方程式，较长时间被用作测氡浓度的相对方法。
1969年托马斯（Thomas）推导出了托马斯双滤膜绝对测氡公式
经实验验证成立。 双滤膜测氡法成为氡浓度的绝对测量方法。
3 现今氡浓度测量方法与仪器研制
主要任务的限定
• • • ×放射性事故与高危场合 ×职业放射性工作场合 √环境放射性监测典型灵敏度—— 【 1~10Bq/m3】量级氡浓度监测 （海、湖边→陆地）
氡浓度的相对测定九种主要方法
电离电流法【电离室法、静电计法】 闪烁室【卢卡斯Lucas室】法
静电场法
活性炭吸附法 双滤膜相对法 气球法 径迹蚀刻法 α卡法及改进的α卡法 α能谱法
2018/11/1
7
氡浓度的相对测定方法的共同特点
在应用于氡浓度测定之前必须对所用仪器、装置或设备，用已
知浓度的标准氡进行刻度（或标定）获得测量示值与氡浓度间的转 换系数，俗称k值
测量结果与约定标准值进行比较的相对测量方法
2018/11/1
8
绝对法（直接法）氡浓度测量方法与仪器
该类仪器经二十几年的不断发展,已经形成系列商品
该方法的测量结果不受氡与其子体放射性平衡程度的影响
及无须刻度
2018/11/1
10
2 双滤膜直接测氡浓度原理
2018/11/1
11
2.1子体过滤与RaA子体的产生
样气穿过入口滤膜A，样气中的氡钍射气子体基本上被入口滤膜滤净。 从该时刻开始，氡以T1/2＝3.82d的半衰期衰变而产生RaA子体。 由于样气通过衰变室的渡越时间远小于RaA子体的半衰期（3.05min）。 因此可以认为，在样气由入口滤膜A至出口滤膜C之间的渡越过程中， 由RaA衰变出的RaB子体原子数极少，忽略不计。 即，在样气渡越中，只考虑由氡衰变出的RaA子体核。 对RaB子体的忽略进入测量误差
第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会
直接法测氡仪的研制
汲长松、张树衡
[中核（北京）核仪器厂]
2018/11/1
1
直接法测氡仪的研制
本工作介绍研制成功的无须刻度、 通过测量参数、
应用托马斯公式
直接获得受测气体样品中氡浓度的测量仪器系列。
2018/11/1
2
氡浓度测量特点
级联衰变特性
惰性元素 放射性气体
V－衰变室的容积 L；Z－衰变修正因数；Ff－扩散修正因子； —过滤效率；—自吸收；S—能谱修正系数；Ω —探头几何修正因数；
G—重力沉降损失修正系数。
2018/11/1
16
3托马斯氡浓度直接测定公式参数
3.1探测效率E
E为探头对采样滤膜源的探测效率，习惯上称作4探测效率。
3.2衰变修正因数Z 样气穿过入口滤膜A进入衰变室B后，至结束对出口滤膜上α 粒子发射的测量过程中， 存在4个动态过程：1—氡不断地衰变出RaA子体等； 2—出口滤膜C不断收集RaA子体，并在滤膜上衰变成RaB、RaC子体等； 3—停止采样后，RaA子体向C上的沉积过程终止，但在C上的RaA等子体以RaA为母体的级 联衰变继续进行；
4—测量α 计数过程中，级联衰变继续进行。
衰变修正因数Z是考虑上述四个动态过程，以氡浓度为准进行修正的因数。托马斯据级联 衰变方程组计算得出了变修正因数Z值。
2018/11/1
17
]
3.3扩散修正因子Ff
样气由入口滤膜A向出口滤膜C的渡越过程中产生的RaA子体，由于布朗运动而导致向
衰变室B的室壁的沉积—扩散损失。Ff是考虑RaA子体这一扩散损失的修正因子。 托马斯给出了通过一根圆形截面管而不沉积的粒子份额的精确公式，并计算了以 ＝DL/q 为变量的Ff（）函数值。
2018/11/1
3
实用目的的氡浓度测量实验方法进化
1 测量对象 氡子体测量——子体浓度、子体潜能浓度测定 氡浓度测量——氡222、氡220测量 氡与氡子体平衡系数测量
2018/11/1
4
2监测目的进展与变化
• 铀镭矿普查勘探【50～60年代】 • 铀镭矿开采现场涉氡辐射防护监测 【60 ～80年代】 典型灵敏度≥103Bq/m3 • 人类环境(住房与室外环境)放射性监测 【80 年代～ 至今】 典型灵敏度≤400Bq/m3（室内） 典型灵敏度～10 Bq/m3（室外）
2018/11/1
12
2.2渡越过程中氡浓度的变化
样气通过入口滤膜的渡越过程中，氡浓度随时间是变化的。 估算表明在渡越时间为1/3min量级时，氡的浓度减小仅为十万分之四。 即，从进入衰变室至穿过出口滤膜的时间间隔内，
完全有理由认为在采样过程中，衰变室内氡的浓度 是不变的。
2018/11/1
13
2.3出口滤膜对RaA子体的收集
=3.1416
D—扩散常数，对RaA原子取D＝0.085cm2/s L—衰变室长度，cm q—采样流速，cm3/ s。 文献中以列表的形式给出部分Ff（）
2018/11/1
18
3.4过滤效率Σ
托马斯公式中实际上取过滤效率＝1，改进后的托马斯公式中采用实际测定的过滤效 率值。 * 原托马斯公式
15
3托马斯氡浓度直接测定公式
托马斯氡浓度直接测定公式实验的低速采样、直管式衰变室、测氡灵 敏度较低等特点，当将其扩展到需要较高灵敏度的环境氡浓度（＜10Bq/m3 量级）测定时，部分原被忽略的参数的影响已不可忽略。观察到明显的负 值系统偏差。需加以修正。
CRn—氡浓度；X－粒子的计数；E－（4）探测效率；
以气溶胶的形式存在。
到达出口滤膜时被收集于出口滤膜上。
2018/11/1
百度文库14
2.4对出口滤膜上α发射体的探测
在“滤膜测量位”上测出“C”的计数X。据X，由 托马斯公式直接依据仪器的结构与运行各参数值得到被 测样气的氡含量。
2018/11/1
2018/11/1
19
2018/11/1
20
3.5自吸收因子β
理论与实验证实，含氡样气采样后的滤膜，作为α 粒子放射源， 其对α 粒子的自吸收效应是不能被忽略的。 采用双层滤膜法对滤膜的自吸收因子进行了实验测定 并引入改进的托马斯公式。
2018/11/1
21
3.6 能谱修正系数S
仪器被市场接受。
2018/11/1
9
1 直接测氡浓度方法的产生背景
双滤膜测氡法是在1960年前后提出
由于缺少可以根据出口滤膜的计数准确计算被测气体中氡浓度的 方程式，较长时间被用作测氡浓度的相对方法。
1969年托马斯（Thomas）推导出了托马斯双滤膜绝对测氡公式
经实验验证成立。 双滤膜测氡法成为氡浓度的绝对测量方法。
3 现今氡浓度测量方法与仪器研制
主要任务的限定
• • • ×放射性事故与高危场合 ×职业放射性工作场合 √环境放射性监测典型灵敏度—— 【 1~10Bq/m3】量级氡浓度监测 （海、湖边→陆地）
氡浓度的相对测定九种主要方法
电离电流法【电离室法、静电计法】 闪烁室【卢卡斯Lucas室】法
静电场法
活性炭吸附法 双滤膜相对法 气球法 径迹蚀刻法 α卡法及改进的α卡法 α能谱法
2018/11/1
7
氡浓度的相对测定方法的共同特点
在应用于氡浓度测定之前必须对所用仪器、装置或设备，用已
知浓度的标准氡进行刻度（或标定）获得测量示值与氡浓度间的转 换系数，俗称k值
测量结果与约定标准值进行比较的相对测量方法
2018/11/1
8
绝对法（直接法）氡浓度测量方法与仪器
该类仪器经二十几年的不断发展,已经形成系列商品
该方法的测量结果不受氡与其子体放射性平衡程度的影响
及无须刻度
2018/11/1
10
2 双滤膜直接测氡浓度原理
2018/11/1
11
2.1子体过滤与RaA子体的产生
样气穿过入口滤膜A，样气中的氡钍射气子体基本上被入口滤膜滤净。 从该时刻开始，氡以T1/2＝3.82d的半衰期衰变而产生RaA子体。 由于样气通过衰变室的渡越时间远小于RaA子体的半衰期（3.05min）。 因此可以认为，在样气由入口滤膜A至出口滤膜C之间的渡越过程中， 由RaA衰变出的RaB子体原子数极少，忽略不计。 即，在样气渡越中，只考虑由氡衰变出的RaA子体核。 对RaB子体的忽略进入测量误差
第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会
直接法测氡仪的研制
汲长松、张树衡
[中核（北京）核仪器厂]
2018/11/1
1
直接法测氡仪的研制
本工作介绍研制成功的无须刻度、 通过测量参数、
应用托马斯公式
直接获得受测气体样品中氡浓度的测量仪器系列。
2018/11/1
2
氡浓度测量特点
级联衰变特性
惰性元素 放射性气体
V－衰变室的容积 L；Z－衰变修正因数；Ff－扩散修正因子； —过滤效率；—自吸收；S—能谱修正系数；Ω —探头几何修正因数；
G—重力沉降损失修正系数。
2018/11/1
16
3托马斯氡浓度直接测定公式参数
3.1探测效率E
E为探头对采样滤膜源的探测效率，习惯上称作4探测效率。
3.2衰变修正因数Z 样气穿过入口滤膜A进入衰变室B后，至结束对出口滤膜上α 粒子发射的测量过程中， 存在4个动态过程：1—氡不断地衰变出RaA子体等； 2—出口滤膜C不断收集RaA子体，并在滤膜上衰变成RaB、RaC子体等； 3—停止采样后，RaA子体向C上的沉积过程终止，但在C上的RaA等子体以RaA为母体的级 联衰变继续进行；
4—测量α 计数过程中，级联衰变继续进行。
衰变修正因数Z是考虑上述四个动态过程，以氡浓度为准进行修正的因数。托马斯据级联 衰变方程组计算得出了变修正因数Z值。
2018/11/1
17
]
3.3扩散修正因子Ff
样气由入口滤膜A向出口滤膜C的渡越过程中产生的RaA子体，由于布朗运动而导致向
衰变室B的室壁的沉积—扩散损失。Ff是考虑RaA子体这一扩散损失的修正因子。 托马斯给出了通过一根圆形截面管而不沉积的粒子份额的精确公式，并计算了以 ＝DL/q 为变量的Ff（）函数值。
2018/11/1
3
实用目的的氡浓度测量实验方法进化
1 测量对象 氡子体测量——子体浓度、子体潜能浓度测定 氡浓度测量——氡222、氡220测量 氡与氡子体平衡系数测量
2018/11/1
4
2监测目的进展与变化
• 铀镭矿普查勘探【50～60年代】 • 铀镭矿开采现场涉氡辐射防护监测 【60 ～80年代】 典型灵敏度≥103Bq/m3 • 人类环境(住房与室外环境)放射性监测 【80 年代～ 至今】 典型灵敏度≤400Bq/m3（室内） 典型灵敏度～10 Bq/m3（室外）
2018/11/1
12
2.2渡越过程中氡浓度的变化
样气通过入口滤膜的渡越过程中，氡浓度随时间是变化的。 估算表明在渡越时间为1/3min量级时，氡的浓度减小仅为十万分之四。 即，从进入衰变室至穿过出口滤膜的时间间隔内，
完全有理由认为在采样过程中，衰变室内氡的浓度 是不变的。
2018/11/1
13
2.3出口滤膜对RaA子体的收集
=3.1416
D—扩散常数，对RaA原子取D＝0.085cm2/s L—衰变室长度，cm q—采样流速，cm3/ s。 文献中以列表的形式给出部分Ff（）
2018/11/1
18
3.4过滤效率Σ
托马斯公式中实际上取过滤效率＝1，改进后的托马斯公式中采用实际测定的过滤效 率值。 * 原托马斯公式
15
3托马斯氡浓度直接测定公式
托马斯氡浓度直接测定公式实验的低速采样、直管式衰变室、测氡灵 敏度较低等特点，当将其扩展到需要较高灵敏度的环境氡浓度（＜10Bq/m3 量级）测定时，部分原被忽略的参数的影响已不可忽略。观察到明显的负 值系统偏差。需加以修正。
CRn—氡浓度；X－粒子的计数；E－（4）探测效率；