釷源代替氡源校準流氣式測氡儀的可行性分析

張 軍 楊亞新 張葉 劉明 付勇明

（東華理工大學核工程與地球物理學院，江西 南昌 330013）

0 引言

氡氣作為一種放射性氣體，對人體健康及環境危害很大。為了采取有效地防護措施，需要準確的測量環境中氡的濃度。本次設計選擇RAD7作為流氣式測氡儀的代表，由于其使用方便、性能優良、克服了空氣濕度對檢測結果的影響等原因，在檢測中受到廣泛應用，屬普及型儀器。按照儀器操作規范，儀器每年至少要到標準實驗室校準一次。每次校準都會花費一定的人力物力，本課題致力于使用氡實驗室自制的標準220Rn源代替222Rn源實現對流氣式測氡儀的校準，從而實現用戶對流氣式測氡儀的自行校準。本文分別從理論分析與實驗驗證兩方面證明了標準220Rn代替標準222Rn源刻度流氣式測氡儀的可行性，并且最后給出刻度方法。

1 可行性分析

1.1 在不停的抽氣測量過程中，金硅面壘探測器上發生著以下3種過程（以測量222Rn為例）：

（1）容器中的222Rn不斷衰變產生的218Po離子被吸附到金硅面壘探測器上。

（2）被吸附到探測器上的218Po離子有一部分會被電中和、氣流沖擊等原因離開探測器，又回到容器空間。

（3）吸附到探測器上的218Po離子一部分會發生衰變，使得探測器上的218Po離子數量減少。

分析以上過程可以得到：

其中：N1為探測器記錄到粒子數，λ為半衰期，N0為容器中的粒子數。

通過以上的的理論推導，可以發現進入內腔后，探測效率的差異主要在于218Po與216Po半衰期的差異，通過對釷射氣進行半衰期修正后得到：

式中：V為內腔體積；q為流速；SRn為儀器測量222Rn的刻度系數；STn為儀器測量220Rn的刻度系數。

根據儀器測量原理有：

式中：T為轉化系數；N為評價計數；C為放射性氣體濃度。

式中：K為儀器刻度系數；C0為實際釷射氣濃度；C1為測量釷射氣濃度；N為平均計數率。

因此在對220Rn進行流率衰變等修正后，對儀器進行222Rn和220Rn的探測效率的比值為一固定的常數。

1.2 實驗原理

對于兩臺編號分別為為甲、乙的RAD7流氣式測氡儀。在實際測量中存在以下換算關系：

由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）得到：

所以用220Rn源代替222Rn源對儀器進行刻度理論上可行。

2 測量結果及分析

2.1 實驗結果

實驗中選用了兩臺編號分別為2220和2188的流氣式測氡儀。分別在標準氡室與不同流速下固體釷源下測量，記錄下兩儀器穩定后濃度并由此計算出相應的K值如表1所示。

表1 實驗K值

結果分析：由表1可知，在誤差準許的范圍之內，基本可以認定實驗結果與預期相符。

2.2 刻度源比較

氣流氡學及其計算方法：

式中：A1為222Rn源的活度；A2220Rn源的活度；Q流速；λ1222Rn的衰變常數；λ2220Rn的衰變常數。

分析：以上推斷均假設流體流動狀態為層流，實際上流體狀態介于層流與紊流之間。儀器單位時間內測量到的粒子數越多其不確定度就越小，測量結果也就越精確。由以上推斷可知要獲得相同的入腔222Rn濃度與220Rn濃度，222Rn源的活度必須達到220Rn源活度的2856倍。本次實驗所用標準220Rn源僅為15Bq，由于其活度很低，且制造工藝具有固有安全性，該放射源對環境、公眾和工作人員的影響很小。如發生個別220Rn放射源的丟失事件，也不作為輻射事故處理。

2.3 排空時間比較

每次使用標準源進行刻度時，必須將以積累的222Rn和220Rn排掉以獲得穩定的放射性氣體濃度。

圖1 222Rn濃度隨時間變化曲線

圖2 220Rn濃度隨時間變化曲線

分析：該222Rn源為氡實驗室自制1×104Bq標準刻度源。由圖可知222Rn的濃度在1h左右達到穩定水平，在日常的使用中標準源可能會放置數天、數月，可以推算排空時間將會更長。220Rn源濃度在五分鐘之內即保持穩定，排空時間僅為5分鐘左右。

結論：由圖1、圖2可知，220Rn源的排空時間相比222Rn源要小很多。

3 結論

由以上實驗設計驗證了用標準220Rn源代替標準222Rn源實現對流氣式測氡儀的刻度的可行性。優越性首先表現在刻度源的活度方面，使用標準220Rn源的活度要比使用標準222Rn源的活度低2000多倍；其次使用標準220Rn源的排空時間也是大大的低于使用標準222Rn源的排空時間。這樣就初步解決了流氣式測氡儀器的簡易刻度。

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