基于FD-3017A型测氡仪连续测氡的迭代修正因子理论计算与实验测定

中国地名·科技与信息

泸州长江环境科学研究中心四川泸州 646100 泸州市泸县生态环境监测和应急服务中心四川泸州 646100

打开文本图片集

摘要：本文采用了FD-3017A型测氡仪，在连续测定同一试样氡气体含量的理论方法中，此分析方法需确定上一次测定结果对该一次测定的影响程度，即为迭代校正因素。并导出了适合于以上连续性测氡方式的迭代校正因素的理论方法，并算出迭代校正因素的理论研究值。采用了以上算法，用FD-3017A型检测氡仪完成了所有迭代因素的计算，并对计算的主要干扰因素进行了讨论。结果显示，理论计算和实验检测的结果一致很好，而迭代修正因素则只和实际采样次数和理论计算时间相关。

关键词：氡气浓度；迭代修正因子；连续测氡

Abstract： In this paper， FD-3017A radon meter is adopted. In the theoretical method of continuously measuring the radon gas content of the same sample， this analysis method needs to determine the influence degree of the previous measurement results on the same measurement， that is， the iterative correction factor. The theoretical method of iterative correction factors suitable for the above continuous radon measurement method is derived， and the theoretical study value of the iterative correction factors is calculated. All the iterative factors were calculated by FD-3017A radon detector using the above algorithm， and the main interference factors were discussed. The results show that the theoretical calculation is in good agreement with the experimental results， while the iterative correction factor is only related to the actual sampling times and the theoretical calculation time.

Key words：radon concentration; iterative correction factor; continuous measurement radon

中图分类号：P631.1+3 文献标识码：A 文章编号：

壤中氡和水中氡的测量在铀矿找矿和辐射环境测量中得到广泛应用[1-2]。而静电收集式的瞬时测氡仪的测量对象主要包括壤中氡和水中氡[3]。以FD-3017A型静电收集式瞬时检测氡仪为例，由于它在检测过程中并不能迅速跟踪氡含量的变化趋势[4-5]，在持续测定一个采样孔或一个水质样本中的氡气含量时，由于前一次测定玷污在探测器表面的218Po粒子半衰期为3.05min，且在短时内不可能完全衰减，必定会对该次测定中218Po衰变放出的α粒子计数产生贡献，并因此影响了该次测定氡含量的正确性。大多数情况下这些影响可以忽略不计，但当铀含量高且需要精密测量的情况下，这些影响将难以忽视，必须对残留218Po粒子进行修正[6]。论文中提出了一个迭代修正因子，以修正在检测过程中玷污了探测器的218Po对检测结果的影响，并对FD-3017A型静电收集式瞬时检测氡仪的迭代修正因素进行了理论分析与试验检测。

1.仪器工作原理

FD-3017A型瞬时检测氡仪将由采样系统和检测装置二个部分构成，如图一所显示，它将具有贮存吸收氡子体的作用。当氡射子被吸收入筒体内时，立即进行衰变，从而形成了新的离子体RaA，在它的初始瞬间成为带阳电的粒子，该设备正是利用了它的高充能特点，并通过加电场技术的方法对其加以吸收，使RaA粒子在电场技术作用下被浓在带负高压的金属表面并吸收为片材，再通过较长时间加电吸收之后，抽出金属片并置于计算机检测器中计算RaA的α放射性值[7-8]，由于其强度将和铀含量成正比，按下式即可进行计算氡含量：

CRn=J·NaRaA （1）

式中：CRn－氡浓度；NaRaA－α计数；J－换算系数，此系数包括装置的子体收集效率和探测器效率等因素，由标定确定。

本仪器对α放射性的测量是采用金硅面垒型半导体探测器[9]，其具备了很大的敏感度和高分辨率，当α辐射进入到探针的灵敏层后，将成为电子-空穴对，并在电场技术作用下向两级移动，从而生成脉动输出，在负载电阻R上生成压力输出，经电荷敏感放大器或主放大器的增强后，再输入单道脉冲幅度甄别器，并通过检测RaA，最后再进入计数电路，得到α计数[8]。FD-3017A方框图如图2所示。

2.迭代修正因子的理论计算

设连续两次测量过程中，前次测量时收集室内氡浓度为C0（t），且温、湿度恒定不变，测量期间收集室内氡气衰变成带正电的218Po粒子，其在静电场作用下被收集在探测器表面，则收集室内氡和探测器表面上氡子体218Po粒子浓度变化的衰变方程分别为：

由式（9）可知，迭代修正因子仅与测量周期的设置即抽取气体（水样脱气）时与测定时间相关，而与采集质量和监测效果无关。由式（9）可计算出静电收集式连续测氡仪在任意测量周期和相应抽取气体（水样脱气）时间下的迭代修正因子，对残留氡子体进行修正。取tw=120s，λ1=3.79×10-3s-1，T分别为240、300、360ｓ，由式（9）可计算得到在不同测定时间下的迭代校正因子（表1）。由表一中可以得知，在固定采样时间的情形下，测量周期越长，迭代修正因子就会越小。

3.壤中氡迭代修正因子的实验测定

基于静电收集218Po粒子的FD-3017A型测氡仪在同一个土壤采样孔里连续测量壤中氡浓度的方法，采样体积为1.5L，采用尽量大流率采样，能减少温、湿度对探测效率的影响，并需加干燥管对抽气取样气体干燥[10-11]。本文选择了2台FD-3017A型测氡仪进行迭代因子的测量实验。

实验前对仪器腔室进行空气清洗排除残留氡，并设置三十d至铀及其子体全部衰变，然后分别在实验时间的240、300、360s进行测定。试验过程分为两步：1）测定仪器自身和环境中的本底计数为χb;2）选择了二个连续周期，第1个周期从环境中取样，测得高铀含量下218Po粒子辐射α粒子的总计数为χ'（α），第2个周期从氡含量少的土壤中采样，测得残留218Po粒子发射α粒子的总计数为Χ（α），二个周期的抽气持续时间均为120s。抽出空气后对仪器的腔室不加高压，因此218Po粒子的吸收效率基本为零，但由于已扩散附壁于探测器表面的218Po粒子量和由于大气干扰所产生的已附壁于探测器表面的218Po粒子脱落量都非常低，甚至可以忽略也不计，所以， 218Po粒子量的变化仅因自身变化所致。所以，将χ'（α）和Χ（α）分别乘以本底χb后的差值，即是实验中所得的迭代修正因子。然后分别用二个仪器，在实验时间为240、300、360s的状态下反复测定了三次，再根据三次测定的结果求平均值得出每台仪器设备的迭代修正因子，测量结果列于表1。表１ 2台FD-3017A型测氡仪连续测量迭代修正因子的实验测量值和理论值比较

4. 实验结果分析与讨论

由表1可知，实验测量值与理论计算值符合较好，说明实验结果可靠。二台实验仪器设备测定时间为240、300、360s的实验测定结果偏高，试验测量值也和理论测量值有些不同。产生差别的主要因素有：1）在采样测定过程中，由于测量腔室内残余的氡气体尚未清洗完毕，剩余的氡气体与抽气采样时偶然带入的室内氡气体所形成的218Po微粒会重叠在残留的218Po计数中，从而造成实验测量值的迭代调整因子偏高;2）在较长期的测定中，由于收集腔室内的气温、湿度长期达不到稳定不变，这些细微改变都会对218Po的效果造成干扰[3]，从而造成实验结果的重大变化;3）重叠因子，在每次计算过程中亦不能维持一定不变；4）放射性统计涨落。

5. 结论

对FD-3017A型测氡的迭代修正因子进行了原理推导，并提出了应用于FD-3017A型测氡仪的测氡对上一次测218Po粒子残留后对该次检测结果的影响作用和调整的计算公式，并设计出了三个不同阶段的迭代修正因子，使用了2个FD-3017A型氡连续检测仪进行了实测验证，实验中检测值和原理测算的结果吻合性较好。

参考文献：

[1] KOLAR P M， FILIPOVIC D M， MARINKOVI B P. Daily variations of indoor air-ion and radon concentrations [J]. Applied Radiation and Isotopes， 2009，67（11）： 2062-2067.

[2] FRANCESCO S D，PASCALE F T， CUOCO E，etal. Radon hazard in shallow groundwaters： Amplification and long term variability induced by rainfall [J]. Science of the Total Environment， 2010， 308（4）： 779-789.

[3]谭延亮，肖德涛，赵桂芝，等.静电收集法测氡仪温、湿度修正曲线快速确定方法[J].核电子学与探测技术，2011，31（10）：1163-1166.

[4] TAN Yanliang， XIAO Detao. A novel algorithm for quick and continuous tracing the change of radon concentration in environment [J]. Review of Scientific Instruments， 2011， 82（4）： 043503.

[5]董湘龙，丁卫撑，张文，等.土壤氡浓度α能谱快速测量技术[J].地质论评，2019，65（1）：303-304.

[6]沈权，吴和喜，杨波，等.多种测氡仪在氡浓度急剧变化测量中的性能研究[J].中国附属防护卫生，2015，24（2）：172-175.

[7]赵桂芝，肖德涛.土壤氡浓度的测量方法现状[J].核电子学与探测技术，2007，27（3）：583-587.

[8]陈爱荣.土壤氡浓度检测在建筑地基测量中的运用[J].广东化工，2019，46（22）：128-131.

[9]孙保山，张积运，周宗杰，等.FD-3017测氡仪的测量不确定度评定[J].科技创新导报，2015，61（1）：66-67.

[10]徐仁崇，桂苗苗，彭军芝，等.厦门市土壤氡浓度水平及其分布规律调查[J].辐射防护，2012，32（2）：125-128.

[11] TAKEUCHI Y，OKUMURA K， KAJITA T，etal. Development of high sensitivity radon detectors [J]. Nuclear Instruments and methods in Physics Research， 1999， 421（1）： 334-341.

[12] DUA S K，KOTRAPPA P，GUPTA P C. Influence of relative humidity on the charged fraction of decay products of radon and thoron [J]. Health Physics， 1983， 45（1）： 152-157.

[13]ROCA V，FELICE P D，ESPOSITO A M， etal.The influence of environment parameters in electrostatic cell radon monitor response [J]. Applied Radiation and Isotopes， 2004， 61（2）： 243-247.

*本文暂不支持打印功能