新型放射性气溶胶连续监测仪的实验研究

值 Ci在物理意义和对污染浓度的响应时间等
方面多少有些差异 。其技术细节也请参见参考
文献[ 3 ,4 ] 。
2 CAM23 监测仪的现场应用实验
CAM23 型监测仪投入人工放射性场所实 验之前 ,在天然氡钍场所进行了充分的调试和 预实验 ,在对各项技术指标 (其中主要包括监测 仪的探测限指标等) 进行了充分实验的基础上 , 选择了某人工放射性场所设施进行了现场预实 验。
在此基础上 ,在 CAM23 型监测仪中 ,还利
用了另外两种数据处理计算模式 ,其具体的运
作方式和数据处理方法可参见参考文献[ 3 ,4 ] 。
下面只将其具体的数学表达式列出 :
Ci (2)
=
Ni
ε·Q
-N
·ts
i- j
·t
m
=
ΔN i (2) ε·Q ·ts ·tm
( ts , tm = Δt , j = ts / Δt , i > j)
(中国辐射防护研究院 ,太原 030006)
摘要 :主要介绍一种新型α/β放射性气溶胶连续监测仪 ,对其在天然及有人工放射性两种场所中
的实验数据 ,用累积式测量数据处理方法分别进行了三次不同的数据处理 ,并对其处理结果进行了研究 和评述 。在对天然氡钍场所的实验数据处理中 ,分别给出了三次处理的“灵敏度”(判断阈和探测限) 指 标 ,并对这些指标也进行了研究和评述 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
21 1 天然氡钍场所的预试验 在实验室对 CAM23 监测仪按调试好的技
术指标 (如 :探测效率 ,采样流量等) ,对无污染 的空气 (没有人工放射性气溶胶 ,只有天然氡及 Th 子体气溶胶) 进行了累积的连续采样和计数 测量 。按照 Δt = 5min 不断读取相应时刻的累 积计数 ∑N i ,进而根据 ∑N i 得出每个Δt 时间 间隔 (即每个 Δt = 5min) 的污染浓度 Ci , 按 ts = tm =Δt = 5min 、ts = 20min , tm = Δt = 5min 以及 ts = tm =Δt = 20min 三组参数 ,分别按等式 (2) 、 (3) 和 (4) 计算污染浓度 ,其结果分别用 Ci ( 1) 和 Ci ( 2) , Ci ( 3) 表示 。未经特殊声明 ,仪器的 4π探测效率ε均为 :30 %。在表 1 中 ,只针对α 气溶胶监测作了数据处理 ,β气溶胶监测的数 据处理方法与α气溶胶监测完全相同 。处理结
第 29 卷 第 4 期 2009 年 7 月
核电子学与探测技术 Nuclear Elect ro nics & Detectio n Technology
Vol. 29 No . 4 J ul. 2009
新型放射性气溶胶连续监测仪的实验研究
李建龙 ,谭玲龙 ,王 彦 ,王瑞俊
N i- 1 ) -
∑ ∑ (
N i- 1 -
N i- 2 ) =
∑ ∑ ∑ N i - 2 N i- 1 +
N i- 2
(1)
假定采样流量为 Q ,探测器的计数效率为ε,则
在时间间隔 Δt ( i) 内的污染浓度将是 :
Ci (1)
=
Ni
ε·Q
-N
·ts
i- 1
·t
m
=
ΔN i (1) ε·Q ·ts ·tm
但是 ,用等式 (2) 等三种方法处理数据各有 其优缺点 ,总体来说 ,探测限越低者 ,其响应时 间越慢 ,从采样起始到可以开始报告监测结果 的时间越长 ,这可以从表 1 中体会出来 。其具 体技术细节 ,请参见相关参考文献[ 3 ,4 ] 。 21 2 CAM23 的人工放射性气溶胶场所预实验
922
于是等时间间隔 (例如 :每 5 分钟) 读取放射性
累积计数 , 因此有 ti - ti - 1 = ti + 1 - ti = ti + 2 - ti + 1 = …=Δt ,则任何一个时间间隔 Δt ( i) 内 , 因采
到放射性气溶胶而引起的计数 ΔN i则为 :
∑ ∑ ΔN i = N i - N i- 1 = ( N i -
关键词 :连续监测仪 ;放射性气溶胶 ;数据处理 中图分类号 : X85 文献标识码 : A 文章编号 : 025820934 (2009) 0420921204
新型α/β气溶胶连续监测仪 ( CAM23 型) , 是在之前气溶胶连续监测仪的基础上[1 ,2 ] , 在 采样方法和测量方法上通过比较大的技术改进 而研制的一种新型的累积式放射性气溶胶连续 监测仪 。经过反复的实验 ,确定了相关的技术 参数 。本文把 CAMቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 型α/β放射性气溶胶连 续监测仪 (以下未做特殊说明 ,统称为 CAM23 型监测仪) 在天然氡钍场所及天然氡钍与人工 放射性混合的两种场所中的实验数据进行了研 究和评述 。
由表 1 可以看出 , CAM23 监测仪按 ( t = 5min 的时间间隔读取数据时 ,分别用等式 (2) , (3) 和 (4) 的方法处理数据 ,所得出的表征监测 仪灵敏度指标的判断阈 ( L C ) 和探测限 ( LD ) 是 不一样的 。其中 ,以等式 (4) 的方法处理数据 , 其判断阈和探测限最低 ( 相当于“灵敏度”最 高) 。
采样收集 滤 纸 由 一 个 滤 纸 带 传 送 系 统 提 供 。符合一定的走纸条件 (与采样时间 、流量 、 计数率等相关) 后 ,滤纸带系统可以自动移动适 当的距离 ,使已经采集了过多粉尘的滤纸样品 走过探测器所能探测的范围 ,换上新的滤纸实 施新一轮的累积采样测量 。整套气溶胶监测仪 的采样 、探测 、计数 、监测结果报告和整机的逻
应用累积采样与累积测量模式进行放射性 气溶胶监测的 CAM23 型监测仪 ,其基本功能 必须要不断报告某一时段被监测场所中放射性 气溶胶的污染浓度 (特别是人工产生的α放射 性气溶胶和β气溶胶的污染浓度) 。否则 ,就将 失去连续监测仪的本来意义 。这里 ,必须解决 两个问题 : (1) 如何消除空气中存在的氡子体 (包括 Th 子体) 的影响 ; (2) 如何进行正确的数 据处理以及从累积的放射性计数中正确给出任 何一个时间段的空气污染浓度 。关于消除氡子 体的 (α/β) 放射性计数对我们所监测的人工核 素α/β放射性计数的影响 ,方法很多 ,在 CAM2 3 型监测仪中 ,综合应用了其中一些方法 (如多 道分析器实行分区计数 ,即是其中之一) ,本文 将不做介绍 。本文只针对问题 (2) 从累积采样 、 累积计数测量的运行模式中 ,对如何正确给出 监测仪任何时段的“微分”浓度或“瞬时”浓度的 数据处理方法问题做一介绍 。
在 CAM23 型监测仪中 ,采样与计数测量 一直在同时而且累积式进行 , 在采样测量过程 中 ,等时间间隔读取放射性的累积计数 。采样 与测量的起始时刻 (设为 t = 0) , 到持续运行至 t = ti - 1 时刻 ,相应的累积计数为 ∑N i - 1 , 持续至 t = ti 时刻 , ( ti > ti - 1 ) 相应的累积计数为 ∑N i ( ∑N i ≥∑N i - 1 , ) 。于是 , ti - 1 到 ti 这个时间段 的计数为 : ∑N i - ∑N i - 1 = N i 。截止 ti + 1 时刻 的累积计数为 ( N i + 1 , ti 到 t i + 1 这个时间段的计 数为 : ∑N i + 1 - ∑N i = N i + 1 。如果在这个相邻 的时间段内 , 采样滤纸上没有采到放射性气溶 胶 (尽管采样在持续进行) , 必然有 N i + 1 = N i , 即 : N i + 1 - N i = 0 。如果在 ti 到 t i + 1 这个时间段 内采集了放射性气溶胶 (例如 ti到 t i + 1 这个时间 段内空气中有了污染) , 必然有 N i + 1 > N i 。由
以及由σ1 ,σ2 和σ3 可以分别得出按等式 (2) , ( 3)
和 (4) 处理数据时所得出的 CAM23 型监测仪
判断阈 ( L C) 和探测限 ( L D ) 。
表 1 CAM23 型监测仪在天然本底条件的运行结果
公式 (2) Ci (1)
公式 (3) Ci (2)
公式 (4) Ci (3)
(3)
i
i- j
i- 2j
∑ ∑ ∑ N i - 2 N i +
Ni
Ci (3) = i = 0
i =0
i =0
ε·Q ·ts ·tm
=
ΔN i (3) ε·Q ·ts ·t
m
( ts = tm = Δt , j = ts/ Δt , i ≥2 j) (4)
按等式 (2) 、等式 (3) 及等式 (4) 计算的浓度
子体所引起的计数贡献及计数涨落 , 这种涨落
必将干扰和影响监测结果 Ci (1) , Ci (2) 或者 Ci
(3) ,使之不可能为 0 , 而围绕 Ci = 0 有一定的
涨落 (见 :图 3) 。这种围绕平均值的涨落的大
小可以用下式估算 :
∑ σ1 ( Ci ) =
( x - xi ) 2 1/ 2
(5)
n- 1
公式 (5) 中的 x 为所有 Ci ( 1) , Ci ( 2) 或者
Ci (3) 的平均值 , xi 是 Ci ( 1) , Ci ( 2) 或者 Ci ( 3)
的任何一次测量值 , n 为运行次数 。根据等式
(5) 得出 Ci (1) , Ci (2) 和 Ci ( 3) 各自的标准偏差
ts = tm = Δt
(2)
式中 : ts 为采样时间 , tm 为计数测量时间 , 对于 (2) 式有 : ts = tm =Δt 。这就是以累积采样
测量模式运行的监测仪报告任何一个时间段
Δt 内空气中放射性污染浓度计算的基本数据
处理模式 。(2) 式中的 Δt 也相当于在任何时间
间隔内的采样时间 t s = Δt 和计数测量时间 t m =Δt 。
Ci 均值 , Bq/ m3 σ( Ci) , Bq/ m3
L C , Bq/ m3 L D , Bq/ m3
(Bq/ m3) 0. 007 0. 201 0. 3317 0. 663
(Bq/ m3) 0. 003 0. 053 0. 0874 0. 175
(Bq/ m3) 0. 004 0. 025 0. 0412 0. 082
果见图 3 。
图 3 CAM23 在天然本底下的运行情况
图 3 中的监测结果 ,即 : 污染浓度 Ci ( 1) ,
Ci (2) 和 Ci ( 3) 由于是在无人工放射性污染的
空气中进行的采样测量 , 按理应有 Ci ( 1) = Ci
(2) = Ci (3) = 0 , 但是 , 由于采集在滤纸上的氡
1 监测仪的基本结构和数据处理方法
11 1 结构原理 CAM23 型监测仪其基本结构示意图如图
1 所示 。该监测仪应用的是连续累积采样和测 量的运行方式 。放射性气溶胶被连续累积采集 在滤纸上 ,在收集滤纸上方固定一个可同时测 量α放射性和β放射性的探测器 ,探测器计数 信号经过电子学信号处理 ,输入到一个多道分 析器进行分区计数 。对α信号的计数分区如图
收稿日期 :2009202224 作者简介 :李建龙 (1981 —) ,男 ,山西文水人 ,核工程 与核技术专业 。
图 1 CAM23 型监测仪的结构原理示意图
2 所示 ,人工计数区记录属于人工α 放射性气 溶胶 (如 :铀 、钚等形成的气溶胶) 所贡献的α计 数 ,天然计数区分别记录属于空气中氡子体 RaA (α 能 量 6. 0MeV ) , RaC’(α 能 量 为 7. 68MeV) 以及 ThC’(α能量为 8. 78MeV) 等天 然核素所贡献的α计数 。另外 ,有一个计数器 , 专门用来记录滤纸中的β放射性计数 。
921
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
图 2 α放射性的分区计数
辑运行 ,完全由智能化软件控制系统自动控制 运行 。 11 2 数据处理方法