闭环式快速测量氡析出率的方法

摘要

一种闭环式快速测量氡析出率的方法，它包括测量过程和计算过程。测量时采用较长的时间间隔测量，既5-120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等。由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，通过对测量值进行修正，能够快速得到较准确的氡析出率。

主权项

一种闭环式快速测量氡析出率的方法，其特征是：它包括测量过程和计算过程；一、测量过程：将一面开口的集氡罩扣在待测介质表面上，由于介质内的氡原子在扩散与渗流作用下，逸出表面进入集氡罩，导致集氡罩内氡浓度变化；泵一直以恒定流速将集氡罩内的氡通过干燥管及过滤器的滤膜滤出子体后泵入测量室，流速0.5‑15升/分钟，使得测量室的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡；测量室内有一半导体探测器，半导体探测器与二次仪表连接，探测²¹⁸Po衰变放出的α粒子计数，在测量室的内壁与半导体探测器之间加以50‑200伏/厘米的电场，使得氡衰变后产生的带正电的²¹⁸Po在电场作用下高速吸附到半导体探测器面上，以提高探测效率；测量时采用较长的时间间隔测量，既5‑120分钟测量一次，一次为一个周期，通过两个周期的测量数据就能够通过简单的计算方法快速得到较准确的氡析出率，测量时两个测量周期的时间相等；二、计算过程：由于泵的流率较大，测量室内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，测量室内的氡浓度C为：$\frac{dC}{dt}=\frac{JS}{V}-{\lambda }_{e}C---\left(1\right)$λ_e＝λ+λ_b+λ_leak                     (2)J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩1的底面积；V为集氡罩与测量室及管道的总空间体积；λ_e为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；式(1)的解为：$C\left(t\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\lambda }}_e}(1-e^{-{\lambda }_{e}t})+C_0{e}^{-{\lambda }_{e}t}---\left(3\right)$C₀为环境氡浓度，的值非常小，舍去该项，两个测量周期的时间都为T，由于测氡仪给出的是在测量周期的平均氡浓度，线性近似后可认为是每个测量周期中点的氡浓度，在第一个测量周期中点，氡浓度为：$C\left(\frac{T}{2}\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\lambda }}_e}(1-e^{-0.5{\lambda }_{e}T})---\left(4\right)$在第二个测量周期中点，氡浓度为：$C\left(\frac{3T}{2}\right)=\frac{JS}{{\mathrm{V\lambda }}_e}(1-e^{-1.5{\lambda }_{e}T})---\left(5\right)$利用式(4)、(5)就能解得氡析出率；由于常用静电收集法测氡仪实际测量的是²¹⁸Po的浓度，有较明显的测量延迟，静电收集法测氡仪跟踪测量变化的氡浓度时，其测量值必须进行修正，在泵流率较大的条件下，测量室内的氡浓度与集氡罩内氡浓度相等，根据放射性衰变规律简化为：$C_{Po}\left(nT\right)=C_n(1-e^{-{\lambda }_{Po}T})+C_{Po}\left[(n-1)T\right]e^{-{\lambda }_{Po}T}---\left(6\right)$$C_n=\frac{C_{Po}\left[(n-1)T\right](1-e^{-{\lambda }_{Po}T})-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^n}{(1-e^{-{\lambda }_{Po}T}-{\lambda }_{Po}T)}---\left(7\right)$C_n表示第n个周期测量室内的实际氡浓度；C_Po(nT)表示第n个周期测量室内的²¹⁸Po浓度；Cⁿ表示第n个周期仪器的读数；λ_Po是²¹⁸Po的衰变常数；初始时，测量室内的氡及²¹⁸Po浓度均为0，由此得到：$C_{Po}\left(T\right)=C_1(1-e^{-{\lambda }_{Po}T})---\left(8\right)$$C_1=\frac{-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-e^{-{\lambda }_{Po}T}-{\lambda }_{Po}T)}---\left(9\right)$$C_2=\frac{C_{Po}\left(T\right)(1-e^{-{\lambda }_{Po}T})-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^2}{(1-e^{-{\lambda }_{Po}T}-{\lambda }_{Po}T)}---\left(10\right)$当T的值非常大时，式(8)、(9)、(10)简化为：$C_1=\frac{-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-{\lambda }_{Po}T)}---\left(11\right)$$C_2=\frac{\frac{-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^1}{(1-{\lambda }_{Po}T)}-{\lambda }_{Po}{\mathrm{TC}}^2}{(1-{\lambda }_{Po}T)}---\left(12\right)$利用式(8)、(9)、(10)或(11)、(12)可得到测量室内两个测量周期的实际氡浓度，并将C₁,C₂的值代入式(4)、(5)中的就能计算得到修正后的氡析出率。