[发明专利]一种μBq/m3

说明书

本发明公开一种μBq/m³量级的气体氡浓度测量装置，包括液氮罐、气体除湿装置、氡富集装置和氡探测器；液氮罐设置有液氮出口；液氮出口管路分成两路，一路依次连接第一电磁阀、和第一杜瓦罐，另一路依次连接第二电磁阀、和第二杜瓦罐；储水罐在第一杜瓦罐内；储水罐上设有第一进气管和第一出气管；活性炭腔室在第二杜瓦罐内；活性炭腔室上设有第二进气管和第二出气管；第一阀门入口为取样口；第一阀门出口依次连接第一质量流量计、储水罐的第一进气管、储水罐的第一出气管、活性炭腔室的第二进气管、活性炭腔室的第二出气管和氡探测器。本发明实现零本底的除湿装置；高效的氡富集以及高灵敏的氡浓度探测，整个装置联合可以实现μBq/m³量级的气体氡浓度探测，具有灵敏度高、测量精度高、测量时间短等众多优点。

技术领域

本发明涉及一种μBq/m³量级的气体氡浓度测量装置，属于氡浓度测量领域。

背景技术

氡是一种无色无味的惰性气体，可溶于水，易溶于有机溶剂。氡的同位素主要有²²²Rn、²²⁰Rn以及²¹⁹Rn，此三种均为不稳定核素，其中²²⁰Rn与²¹⁹Rn半衰期仅为秒量级无法长期存在，半衰期为3.8天的²²²Rn是自然界中氡气的主要成份。²²²Rn是²³⁸U经由²²⁶Ra的衰变产物，²²⁶Ra和²³⁸U普遍存在于土壤岩石之中，因此²²²Rn是无处不在的；²²²Rn会进一步衰变成²¹⁸Po，并最终衰变成稳定的²⁰⁶Pb，在衰变过程中会发出数个α、β粒子以及大量的γ射线。氡是低本底实验中一个重要的本底来源，世界上多家低本底实验都曾受到氡气带来的“大麻烦”，比如中微子实验Kamland实验为降低氡气引入的本底而不得不对其靶物质液闪进行蒸馏，无中微子双β衰变实验Nemo-3为去除氡本底而增加了在线的除氡设备，暗物质直接探测实验DEAP-3600为去除氡的本底而把有机玻璃表层磨掉500μm。能否做好氡的防护将直接关系到实验的物理目标是否可以实现。

目前国内尚无μBq/m³量级的气体氡浓度测量装置，灵敏度最高的装置为本项目团队2018年获得授权的专利CN206876605U：mBq/m³量级氡浓度测量设备。该设备的具体结构如图1所示。其主要原理是利用常温下的活性炭对一定体积的氡气进行富集，之后再将其高温解析至探测器腔室之中进行氡浓度的探测，mBq/m³量级氡浓度测量设备100主要装置包含：取样容器110，干燥剂150，质量流量计142，循环泵141，活性炭腔室120和加热温控装置以及氡探测腔体131。进行气体循环的气体循环系统140包括如下部件：循环泵141和质量流量计142。mBq/m³量级氡浓度测量设备100使用方法为：首先将一定量的含氡气体至于取样腔室之中，之后开启循环泵141和质量流量计142，同时打开阀门143B、阀门143C，并关闭阀门143A、阀门143D时，取样容器110与富集腔体120之间可以形成一条封闭的循环气路，此时富集腔体120外部的加热装置不工作，富集腔体120内部的活性炭将对循环至富集腔体120处的待测气体中的氡气进行吸附；当关闭质量流量计142，同时打开阀门143A、阀门143B以及阀门143D，并关闭阀门143C时，富集腔体120与α粒子探测装置130之间可以形成另一条封闭的循环气路，此时富集腔体120外部的加热装置加热并稳定在300℃，富集腔体120内部的活性炭在高温下将解吸其所吸附的氡气，并将氡气转移至探测腔体131之中，以进行后续的探测工作。传感器腔体132可以包括温度传感器和湿度传感器，分别用于感测待测气体的温度和湿度。该装置有以下几个缺陷：

第一，该装置使用常温下的活性炭对氡气进行富集，而常温下的活性炭其对氡气的吸附系数及吸附效率较低，因此无法一次性将通过活性炭的气体中的氡气全部吸附，因此需要在循环泵的作用下多次使待测气体经过活性炭腔室。