[发明专利]开环式静电收集法部分积分测量水中镭浓度的方法

权利要求书

1.开环式静电收集法部分积分测量水中镭浓度的方法，基于开环式静电收集法部分积分测量水中镭浓度的装置，该装置包括水样测量瓶、瓶盖、进气管套、出气管套、进气管、出气管、气泵、静电收集法测氡仪、流量计及三通电磁阀；

进气管套及出气管套分别安装在瓶盖上，进气管插在进气管套上，出气管插在出气管套上，出气管通过软管与气泵的进气端连接，气泵的出气端通过软管与三通电磁阀的进气端连接，三通电磁阀的第一出气端通过软管与静电收集法测氡仪的进气端连接，三通电磁阀的第二出气端与大气环境相通，静电收集法测氡仪的出气端通过软管与流量计连接；

其特征是，包括测量过程和计算过程，其具体步骤如下：

一、测量过程

A、将开环式静电收集法部分积分测量水中镭浓度的装置放置在恒温的环境，并测量环境温度；

B、将待测水样倒入水样测量瓶内，并盖紧瓶盖，进气管的出气口在待测水样内并靠近水样测量瓶的瓶底，出气管的进气口位于待测水样液面上；

C、打开三通电磁阀的第二出气端，关闭三通电磁阀的第一出气端，启动气泵，调节气泵的流率，使得空气通过进气管进入待测水样中鼓泡，同时将待测水样中的氡携带出来，通过出气管进入气泵进入三通电磁阀，然后从三通电磁阀的第二出气端进入大气环境，由于气泵的流率非常大，气泵启动5-30分钟后，能够认为气路中氡的浓度为0；

D、关闭三通电磁阀的第二出气端，打开三通电磁阀的第一出气端，通过获取流量计读数来控制气泵调小流率，使得空气通过进气管进入待测水样中鼓泡，同时将待测水样中的氡携带出来，通过出气管进入气泵进入三通电磁阀，然后从三通电磁阀的第一出气端进入静电收集法测氡仪后，再通过流量计进入大气环境；在调小气泵流率时，气泵的流率保持适中，使得静电收集法测氡仪测量腔内的氡浓度与水样测量瓶内的气态氡浓度同步变化；

E、采用较短的时间间隔测量，即2-10分钟测量一次，一直测量到氡浓度趋于恒定值；

二、计算过程

根据环境温度、待测水样的体积、气泵的流率以及静电收集法测氡仪的读数计算水样中的镭浓度；

待测水样中的氡来源于水中镭的衰变，设待测水样的体积为V，水中镭活度为A_Ra，则水中镭浓度C_Ra为：

C_Ra＝A_Ra/V (1)

水中氡浓度C’_Rn的变化规律为：

式中λ_Rn是氡的衰变常数，C_Rn是水样测量瓶中气态氡的浓度，L为气泵的流率，λ_l是泄漏系数，V₁是从水样测量瓶到静电收集法测氡仪测量腔的气路体积，由于气泵流率较大，能够认为水样测量瓶到静电收集法测氡仪测量腔的气态氡浓度相同；

根据测量时的温度可以查表得到水氡与气态氡平衡时的浓度比X，有：

C'_Rn＝XC_Rn (3)

将式(3)代入式(2)得：

令

式中λ_e为有效衰变常数；

式(4)可简化为：

式(6)的解为：

对于静电收集法测氡仪，其实际测量的是氡衰变产生的Po-218的浓度，对于Po-218的浓度C_Po(t)有：

式中C_Po(t)为静电收集法测氡仪测量腔内Po-218浓度，λ_Po为Po-218衰变常数，静电收集法测氡仪测量腔内的氡浓度的初始值为0，测量腔内Po-218浓度的初始值也为0；

将式(7)代入式(8)得：

选取合适的t值，使得的值比较小，有：

将式(10)代入式(9)得：

对式(11)两边在0-T₁区间积分：

C_Po(0)是静电收集法测氡仪测量腔内初始Po-218浓度，其值为0，式(12)简化为：

设测量周期为T，由于静电收集法测氡仪并不能得到每个时间点的氡浓度，在较短的测量周期，理解为该测量周期中点的氡浓度，T₁位于第n个测量周期的中点，n为总测量周期数，n大于等于2，式(13)变化为：

C_Po(nT)是静电收集法测氡仪在第n个测量周期的读数，根据式(14)计算水中镭浓度。