氡析出率测量方法研究

氡析出率测量方法研究

1. 静电收集测量氡析出率方法与原理

1.1静电收集装置内氡浓度的变化

收集室扣在介质表面后，令t=0时，收集室中的氡浓度为C₀，则⑴式的解为：

如果进行时间间隔为T的连续测量，则相邻两次测得的收集室中的氡浓度有如下关系：

1.2 多点测量的小二乘法

由（14）式可知，C_i和C_i-1为一直线关系，这里需要注意的是由于C_i和C_i-1都有误差，因此与此相应的直线是一正交回归直线，为方便，令X= C_i-1，Y= C_i。于是正交回归直线为：y=A+BX ，

求得A和B，即可计算出氡析出率。

1．3方法的误差分析

该方法的误差可按下式计算：

1．4静电收集氡析出测量装置的刻度

实际上氡析出率装置的刻度是通过已知的标准源标定来实现的，其测得的计数的增长率与标准源的氡析出率之间有一定的联系，而且温度、湿度、气压的变化也是影响测量误差的因素。在日常使用时应定期对其刻度，至少每年一次，平时经常用α标准源检验装置的效率，如有变化应进行检验或刻度。

1．  5氡析出测量的应用方法

    实际测量氡析出率时，按照所需的时间间隔连续测量n个计数，以测量时间为自变量，计数为因变量进行线性回归，求出直线的斜率，即计数的增长率，该增长率乘以相应的刻度系数即得所测量的氡析出率。

2．测量结果分析与处理

2.1 表面氡析出测量影响因素

根据辐射效应委员会的1991度报告统计，建材、土壤、矿石和建筑物地面等在单位时间内氡的析出为60kBqd^-1，其析出率为2×10^-3Bqm^-2s^-1，科学研究证明，氡的析出能力除与镭含量有关外，还与土壤、建材、矿石等介质的孔隙度、颗粒的大小、孔隙的几何形状、含水量以及外界环境温度、湿度、大气压力的变化有关。表面氡析出率可用下式表示：R=λ·ρ·C·F·L·Tanh(L₁/L₂) 。式中：λ为氡的衰变常数2.1×10^-6S^-1；ρ为材料密度，kgm^-3；C为材料中镭的比活度，Bqkg^-1；F为射气系数；L1为材板的半厚度，L2为氡在材料中的扩散长度，m。

2.2  REM-III氡析出率仪操作与测量数据处理

由于氡测量与取样方法类型多而复杂，根据现场应用条件也难于考虑选择合适的测量方法，环境氡测量本身所受的影响因素也比较多，即在同一地点的不同时刻、不同时间（早、中、晚）、不同季节（春、夏、秋、冬）所测量的结果均有明显的差别。对于表面介质氡析出率测量来说，它比环境空气中氡测量更加复杂，主要氡的收集与其探测方法选择比较复杂。早年采用“箱式法”即通过一定体积与一定时间内固定表面的氡累积来计算表面氡析出，操作烦琐复杂，系统误差不可避免；中辐院氡研究组在长期现场实验的基础上，开发了快速氡析出仪（专利号为ZL200420096051.0）,克服了“箱式法”操作的不便与使误差减少到小，但为了测量结果更近于真值，在测量操作与数据处理上有严格的要求。

2.2.1REM-III测量操作详见使用说明书，但需注意以下几点：

   1）一般现场应用只需要采用方式2（即mode2,定时测量模式）。可根据氡析出水平高低从1-99分钟选择测量时间间隔，即按照所选择的时间间隔，“实时”测量即得出结果，该测量方式主要适宜于铀镭尾矿、建筑材料表面、土壤表面等的普通应用，为退役治理、环境评价、材料选择、民用工程验收等提供参考依据。

需要说明的是方式1为连续测量，主要应用在地质找矿、山体滑坡、地质灾害预备监测与相关科学研究分析等需要氡/钍及其子体析出研究的应用。

   2）测量前，必须仪器充电饱满，充电一次可用6小时左右，注意要关机充电。严禁使用至显示器不显示后才考虑充电导致仪器内部电池耗坏。

   3）测量计数与结果只有相关性，而不是正比关系。

   4）数据处理与γ剂量率测量不同，不能同一点无数个测量值的平均，测量重复性与γ剂量率测量相比有系统误差的局限性，但克服了“箱式法”操作不便。

5）根据仪器开发过程中的试验与刻度技术要求：同一点测量次数的选择与应用的要求不同而选择（如2.2.2 测量方法与数据处理）。

6）该仪器目前无专门的剂量刻度标准（有关技术机构正在申报），只能间接用氡析出检验源校准，其校准方法按照如下中2.2.2所描述的测量与数据处理方法，也是测量报告数据处理的依据。

7）该仪器采用相对测量法，主要为了达到更近于真值的目的，低水平环境可增加测量时间，如大理石测量可采用20分钟以上。当然也不是选择时间越长越好，还与环境条件的影响有关，如测量时间长了，湿度影响就稍明显。

2.2.2 REM-III型仪测量方法与数据处理

（以选择时间间隔T=15min为例，低水平环境可增加测量时间来达到更近于真值的目的）

  1）快速抽样测量：把仪器置于需测量的物质表面约5分钟以上，同时让仪器底边密封与用保鲜膜捂住抽屉口（目的为测量效果），然后开机测量，15分钟后即得测量结果。与测量真值的差别稍微大，适宜大面积的定性调查。（刻度系数K1=    ）

2）快速测量：把仪器置于需测量的物质表面约15分钟以上，同时让仪器底边密封与用保鲜膜捂住抽屉口（目的为测量效果），然后开机测量，15分钟后即得第1个测量结果，在同位置不动，再测量15分钟得出第2个结果，两个结果取平均值即为测量结果。该结果与测量真值的差别不大，适宜要求不高的定量分析与环境评价，一般环境水平可采用该方法实现测量目的。（刻度系数K₀=    ，我们给用户的刻度系数均为该方法就标准源的刻度值。）

3）测量：把仪器置于待测表面约180分钟以上，再打开电源开始测量，15分钟后即得第1个测量结果，在原位置不动，再测15分钟得出第2个结果，在原位置不动，按测量键，再测量15分钟得出第3个结果，把后两个结果取平均值即为结果。该结果与测量真值的差别很小，适宜要求定量分析与卫生安全评价，如建材的选择等。（刻度系数K2=    ）

以上三种测量操作方法中，如果均按照方法2）中刻度系数K₀进行测量，是可以的，用它测量所得结果与真值的误差相对于氡随时间与环境的变化来说可忽略（或简单修正）。因此，我们给用户的刻度系数为方法2）中的K值。

在以上测量操作方法中，方法2）与方法3）中，如果多个测量结果中出现的异常的不可靠数据应该删除，在原位置（仪器也不要关机）按测量键，另多测一个数据，采集该数据作为测量数据与前有效数据来求平均值。

2．1氡析出率仪刻度检验方法

1）原理

通过已知标准氡析出率的含镭矿石粉源R₀，在某一环境条件下（T、RH、P），对氡析出率仪作单点测量的刻度实验，不同时间间隔有不同的刻度系数，同时受湿度的影响较大，应进行湿度修正。

（1）氡析出率

    介质表面单位面积、单位时间内释放的放射性氡活度，单位为：BQ/M2S。

（2）氡析出率测量仪

    用于测量介质表面氡析出率的仪器，这里指的是直读式氡析出率测量仪，而不是经典箱式法或活性炭盒法装置。

（3）收集效率

    探测器表面收集到的粒子数与同一时间间隔内收集室内产生的该种粒子数之比。

2） 快速氡析出率测量仪的测量原理与基本组成

本技术所规定的氡析出率仪（指中辐院开发的REM-III型，实用新型专利号200420096051.0）是通过以下方法实现其测量的，测量时将收集装置扣在待测材料表面，这时收集室内氡浓度的变化主要有以下几种机制：①材料内的氡原子在扩散与渗流过程逸出材料表面进入收集室；②收集室中的一部分氡经扩散返回材料中（称为反扩散）；③一部分氡经收集室与材料表面接触处泄漏出去；④收集室中的氡衰变产生氡子体。在这四种机制作用下收集室中氡浓度的变化可用下式描述^[5]：dC/dt=RS/V-Cλ_e 。

它由探头（探测器、氡收集室）和高压电源及电子线路等几部分构成，在收集室内形成收集电场, 其收集铝膜镶嵌在特殊设计的抽屉式结构中。在静电场作用下，带正电的氡子体²¹⁸Po⁺被探测器前的铝膜收集，氡子体衰变产生的α粒子被探测器记录，由α计数即可推算表面的氡析出率。该装置测量时间间隔在10~60分钟内据其氡析出水平自行设置，测量范围为5×10^-5~10²Bq/（m²·s）。该产品符合核军工、核退役污染治理以及GB30325-2006年版（民用）就氡析出率测量要求。

                                               中辐院氡研究课题组长

                                               张文涛

                                          2009年3月10日