[发明专利]自适应开环式测量氡析出率方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种介质表面氡析出率测量方法及装置。

背景技术

氡析出率是指在单位时间内穿过单位面积的介质表面析出到空气中的氡的活度。测量介质表面的氡析出率是评价天然辐射水平和评价铀矿山退役治理是否合格的重要手段之一。累积法、开环式和活性炭吸附法是测量氡析出率的常用方法。活性炭吸附法需要较长的测量时间，不能很快得到测量结果；累积法就是在射气介质的表面扣一个集氡罩，周边用不透气的材料密封，被测介质表面析出的氡被集氡罩收集，罩内氡浓度随时间延长而增加，由此得到氡析出率。使用累积法的静电收集式氡析出率仪以其简便迅速、可即时测量给出结果得到了较广泛的应用。累积法测量氡析出率需要考虑泄露和反扩散的影响，还要考虑²¹⁸Po非平衡修正，计算较为复杂；开环方式测量氡析出率，不需要考虑泄露和反扩散的影响，计算简单，得到的介质表面氡析出率与参考值符合得较好。但是开环方式测量氡析出率测量中有一个很重要的参数是泵的流率，对于高析出率介质，采用较高的流率，可以减小氡浓度达到恒定的时间，提高测量效率；对于低析出率介质，采用较高的流率，会导致集氡罩内的氡浓度值偏低，统计涨落较大，甚至会使得集氡罩内的氡浓度值难以测量。需要寻找一种能够自适应调节泵的流率，提高测量精度的自适应开环测量氡析出率的方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种自适应开环式测量氡析出率方法及装置。

本发明的技术方案是：一种自适应开环式测量氡析出率方法，测量时将集氡罩扣在待测介质1的表面，然后开启气泵不断从外界泵入干净的空气（一般来说，室外空气氡浓度为几个Bq/m³，可近似为零。），集氡罩中氡浓度的变化可用式（1）描述:

       （1）

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩空间体积；L为泵的流量；为集氡罩内氡的衰变引起的氡浓度变化；λ为氡的衰变常数()；C(t)为集氡罩内积累t时刻的氡浓度；R为氡的泄漏和反扩散率；t为集氡的时间。

由于λ和R非常小，远远小于，式（1）可简化为：

          （2）

令集氡罩内氡的初始浓度为零，解得：

          （3）

当t足够大时，式（3）可简化为：

                 （4）

即：            （5）

这样利用式（5）就可快速得到氡析出率。从式（4）中可以清楚的看到集氡罩内氡的浓度与气泵的流率的关系是成反比的。对于低析出率介质，气泵的流率过大，就会导致集氡罩内的氡浓度值偏低，统计涨落较大，甚至会使得集氡罩内的氡浓度值难以测量；对于高析出率介质，气泵的流率较低会使得集氡罩内氡的浓度趋于恒定值的时间较长，降低了测量效率。但是如何设定气泵流率是一个问题。

假设集氡罩内的氡浓度大于C₀，测氡仪就能够较准确的测量氡浓度，然后利用前几个测量周期的测量数据，自动得到氡析出率的近似值J₁，再自适应的调节气泵的流率大小，最终较准确的测量得到氡析出率。

在测量开始的几个周期，利用控制器调节气泵的初始流率L₀，当L₀非常小时，集氡罩内氡浓度变化规律仍可用式（2）来近似描述：

对式（2）中的可以按泰勒级数近似展开保留1次项，式(2)变化为：

            （6）

由于管道的空隙体积非常小，可忽略，测氡仪的测量室内的氡浓度为：

            (7)

式中为测量室的体积，式（7）的解为：

      （8）

对按泰勒级数展开，保留二次项，式（8）可变化为：

                （9）

可以近似认为测氡仪内测量室内氡浓度按式（8）式或（9）变化，测氡仪测量前几个测量周期的氡浓度变化规律，利用数据拟合，就可得到氡析出率的近似值J₁，根据式（4）和C₀的值，就可以确定使得集氡罩内氡浓度大于C₀，气泵的流率的大小L₁，自动调节气泵的流率到L₁，气泵运行一段时间就可以使得集氡罩内氡浓度趋于恒定且大于C₀，就可以较准确的测量得到氡析出率。