張 軍 楊亞新 張葉 劉明 付勇明

（東華理工大學(xué)核工程與地球物理學(xué)院，江西 南昌 330013）

0 引言

氡氣作為一種放射性氣體，對(duì)人體健康及環(huán)境危害很大。為了采取有效地防護(hù)措施，需要準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境中氡的濃度。本次設(shè)計(jì)選擇RAD7作為流氣式測(cè)氡儀的代表，由于其使用方便、性能優(yōu)良、克服了空氣濕度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響等原因，在檢測(cè)中受到廣泛應(yīng)用，屬普及型儀器。按照儀器操作規(guī)范，儀器每年至少要到標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)一次。每次校準(zhǔn)都會(huì)花費(fèi)一定的人力物力，本課題致力于使用氡實(shí)驗(yàn)室自制的標(biāo)準(zhǔn)220Rn源代替222Rn源實(shí)現(xiàn)對(duì)流氣式測(cè)氡儀的校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)流氣式測(cè)氡儀的自行校準(zhǔn)。本文分別從理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面證明了標(biāo)準(zhǔn)220Rn代替標(biāo)準(zhǔn)222Rn源刻度流氣式測(cè)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(cè)量過程中，金硅面壘探測(cè)器上發(fā)生著以下3種過程（以測(cè)量222Rn為例）：

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

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

（3）吸附到探測(cè)器上的218Po離子一部分會(huì)發(fā)生衰變，使得探測(cè)器上的218Po離子數(shù)量減少。

分析以上過程可以得到：

其中：N1為探測(cè)器記錄到粒子數(shù)，λ為半衰期，N0為容器中的粒子數(shù)。

通過以上的的理論推導(dǎo)，可以發(fā)現(xiàn)進(jìn)入內(nèi)腔后，探測(cè)效率的差異主要在于218Po與216Po半衰期的差異，通過對(duì)釷射氣進(jìn)行半衰期修正后得到：

式中：V為內(nèi)腔體積；q為流速；SRn為儀器測(cè)量222Rn的刻度系數(shù)；STn為儀器測(cè)量220Rn的刻度系數(shù)。

根據(jù)儀器測(cè)量原理有：

式中：T為轉(zhuǎn)化系數(shù)；N為評(píng)價(jià)計(jì)數(shù)；C為放射性氣體濃度。

式中：K為儀器刻度系數(shù)；C0為實(shí)際釷射氣濃度；C1為測(cè)量釷射氣濃度；N為平均計(jì)數(shù)率。

因此在對(duì)220Rn進(jìn)行流率衰變等修正后，對(duì)儀器進(jìn)行222Rn和220Rn的探測(cè)效率的比值為一固定的常數(shù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)于兩臺(tái)編號(hào)分別為為甲、乙的RAD7流氣式測(cè)氡儀。在實(shí)際測(cè)量中存在以下?lián)Q算關(guān)系：

由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）得到：

所以用220Rn源代替222Rn源對(duì)儀器進(jìn)行刻度理論上可行。

2 測(cè)量結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中選用了兩臺(tái)編號(hào)分別為2220和2188的流氣式測(cè)氡儀。分別在標(biāo)準(zhǔn)氡室與不同流速下固體釷源下測(cè)量，記錄下兩儀器穩(wěn)定后濃度并由此計(jì)算出相應(yīng)的K值如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)K值

結(jié)果分析：由表1可知，在誤差準(zhǔn)許的范圍之內(nèi)，基本可以認(rèn)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相符。

2.2 刻度源比較

氣流氡學(xué)及其計(jì)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(shù)；λ2220Rn的衰變常數(shù)。

分析：以上推斷均假設(shè)流體流動(dòng)狀態(tài)為層流，實(shí)際上流體狀態(tài)介于層流與紊流之間。儀器單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量到的粒子數(shù)越多其不確定度就越小，測(cè)量結(jié)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(dá)到220Rn源活度的2856倍。本次實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)環(huán)境、公眾和工作人員的影響很小。如發(fā)生個(gè)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(shí)間比較

每次使用標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行刻度時(shí)，必須將以積累的222Rn和220Rn排掉以獲得穩(wěn)定的放射性氣體濃度。

圖1 222Rn濃度隨時(shí)間變化曲線

圖2 220Rn濃度隨時(shí)間變化曲線

分析：該222Rn源為氡實(shí)驗(yàn)室自制1×104Bq標(biāo)準(zhǔn)刻度源。由圖可知222Rn的濃度在1h左右達(dá)到穩(wěn)定水平，在日常的使用中標(biāo)準(zhǔn)源可能會(huì)放置數(shù)天、數(shù)月，可以推算排空時(shí)間將會(huì)更長(zhǎng)。220Rn源濃度在五分鐘之內(nèi)即保持穩(wěn)定，排空時(shí)間僅為5分鐘左右。

結(jié)論：由圖1、圖2可知，220Rn源的排空時(shí)間相比222Rn源要小很多。

3 結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證了用標(biāo)準(zhǔn)220Rn源代替標(biāo)準(zhǔn)222Rn源實(shí)現(xiàn)對(duì)流氣式測(cè)氡儀的刻度的可行性。優(yōu)越性首先表現(xiàn)在刻度源的活度方面，使用標(biāo)準(zhǔn)220Rn源的活度要比使用標(biāo)準(zhǔn)222Rn源的活度低2000多倍；其次使用標(biāo)準(zhǔn)220Rn源的排空時(shí)間也是大大的低于使用標(biāo)準(zhǔn)222Rn源的排空時(shí)間。這樣就初步解決了流氣式測(cè)氡儀器的簡(jiǎn)易刻度。

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