釷射氣濃度的校準(zhǔn)與測(cè)量方法研究.pdf

1、目的：
　　釷射氣(220Rn)是一種天然存在的放射性氣體，它是鐳射氣(222Rn，俗稱氡氣)的同位素。與222Rn及其子體一樣，高濃度220Rn及其子體的長(zhǎng)期吸入也可能誘發(fā)肺癌等健康疾患。另一方面，大氣環(huán)境中220Rn和222Rn通常共存且難以甄別，因此，高濃度220Rn的存在還會(huì)影響222Rn濃度的準(zhǔn)確測(cè)量與定值。鑒于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)220Rn濃度測(cè)量方法及其校準(zhǔn)裝置的研究尚少，且我國(guó)還存在有不少高220Rn濃度環(huán)境。為了保證環(huán)境

2、中220Rn濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，本研究在建立220Rn濃度測(cè)量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，深入研究流氣式和被動(dòng)累積式等220Rn濃度的準(zhǔn)確測(cè)量方法。其研究結(jié)果不僅可為開(kāi)展大氣環(huán)境中220Rn濃度的準(zhǔn)確測(cè)量、研究大氣中220Rn的分布及其行為規(guī)律等提供方法與手段，同時(shí)也可為開(kāi)展大氣環(huán)境中222Rn濃度的準(zhǔn)確測(cè)量提供參考和質(zhì)量保證，為正確評(píng)估大氣中的222Rn/220Rn及其子體吸入所致公眾的健康風(fēng)險(xiǎn)提供技術(shù)手段和劑量學(xué)依據(jù)。
　　方法：

3、>　　作為建立220Rn濃度測(cè)量與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)，首先基于離子交換技術(shù)研制樹(shù)脂顆粒狀釷射氣源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究定量掌握其離子交換效率等基礎(chǔ)特性。基于理論計(jì)算和分析，結(jié)合自行研制的釷射氣源特性和商用恒溫恒濕箱以及風(fēng)扇系統(tǒng)的特性，設(shè)計(jì)一個(gè)腔體內(nèi)220Rn濃度相對(duì)穩(wěn)定且分布均勻、空間大小適合于開(kāi)展常用220Rn濃度測(cè)量?jī)x器或探測(cè)器校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)裝置;通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究確證該裝置的220Rn濃度可調(diào)范圍、均勻性、穩(wěn)定性和平衡時(shí)間等特性?；赯nS(Ag)

4、閃爍體對(duì)α粒子的探測(cè)原理，考慮220Rn在采樣管道和閃爍室內(nèi)衰變的修正，提出流氣式測(cè)量220Rn濃度的準(zhǔn)確方法、研制測(cè)量裝置，并通過(guò)與德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)的比對(duì)實(shí)驗(yàn)以確立本研究建立的測(cè)量方法。為拓展本測(cè)量方法的應(yīng)用，基于加權(quán)最小二乘法與計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，還對(duì)抓取式220Rn/222Rn甄別方法的測(cè)量時(shí)間表進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)C++編程編寫(xiě)抓取式方法220Rn/222Rn濃度反推軟件。為進(jìn)一步提高利用固體核徑跡氡探測(cè)器開(kāi)展220Rn

5、/222Rn濃度被動(dòng)累積測(cè)量的準(zhǔn)確性，為探測(cè)器設(shè)計(jì)合適的換氣率與尺寸;結(jié)合熱力學(xué)定理和蒙特卡洛計(jì)算方法，著重探討了大氣環(huán)境條件（氣壓、溫度、濕度、凝露）對(duì)常見(jiàn)固體核徑跡氡探測(cè)器測(cè)量結(jié)果的影響。另外，本研究還基于BaFX對(duì)放射性的成像技術(shù)，通過(guò)蒙特卡洛模擬和實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了用BaFX板測(cè)量220Rn濃度及其空間分布的新方法。
　　結(jié)果：
　　制作的樹(shù)脂顆粒狀釷射氣源離子交換效率高（高于98.5％），性能穩(wěn)定。研制的釷射氣室有效體積

6、約218L，具有良好的穩(wěn)定性（波動(dòng)小于3％）與均勻性（不均勻度小于5.5％），220Rn濃度在4.05～12.35 kBq m-3范圍內(nèi)可調(diào)，可迅速平衡，混雜222Rn濃度極低，可作為釷射氣濃度校準(zhǔn)裝置。對(duì)于流氣式220Rn測(cè)量方法，流氣式采樣時(shí)衰變效應(yīng)不可忽略，建議增大流速至2L/min以上，縮短采樣管道以減少衰變損失及衰變修正系數(shù)的不確定性。研制的ZnS(Ag)閃爍室流氣式刻度系數(shù)為53.70 Bq m-3/cpm，在60分鐘連續(xù)測(cè)

7、量時(shí)，探測(cè)下限可到達(dá)23Bq m-3。抓取式220Rn/222Rn甄別方法的測(cè)量時(shí)間表建議采用每1min為一個(gè)測(cè)量段，共測(cè)量10段，結(jié)合加權(quán)最小二乘法可降低220Rn測(cè)量誤差。優(yōu)化設(shè)計(jì)的固體核徑跡氡探測(cè)器具有較高的刻度系數(shù)，換氣率適于甄別220Rn/222Rn。氣壓或溫度變化對(duì)尺寸較大的固體核徑跡氡探測(cè)器影響較大(5.7％～28％)，準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)需加以修正;由高濕度或氣溫驟降引起的凝露現(xiàn)象會(huì)破壞探測(cè)器的探測(cè)能力，應(yīng)盡量避免。建立的BaFX

8、成像板測(cè)量220Rn濃度方法，刻度系數(shù)為3.05±0.08 countcm-2/(Bq m-3 h)。因探測(cè)器面積大，被動(dòng)式測(cè)量無(wú)擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于測(cè)量220Rn濃度分布。
　　結(jié)論：
　　本研究自主研制了一個(gè)220Rn濃度穩(wěn)定、可控、分布均勻的釷射氣室，可用于開(kāi)展常見(jiàn)類型220Rn濃度測(cè)量?jī)x器（或探測(cè)器）的校準(zhǔn)。同時(shí)可為開(kāi)展220Rn的相關(guān)研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。研制的盧卡斯閃爍室測(cè)量裝置，經(jīng)德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)22