[发明专利]α能谱测量空气中222Rn、220Rn子体的方法

摘要

一种α能谱测量空气中222Rn、220Rn子体的方法，采用空气采样泵将空气中氡子体采集到滤膜上，然后利用α能谱仪测量滤膜上的α放射性。采用短测量周期测量时，测量周期为2-20分钟，周期数量大于或等于3个，利用各个测量周期的不同特征峰的计数从而计算得到开始测量时刻的滤膜上的222Rn、220Rn子体数量，然后反推得到空气中222Rn、220Rn子体浓度；采用长测量周期测量时，测量周期只有2个，两个测量周期分别为30-300分钟，利用两个测量周期的不同特征峰的计数从而计算得到开始测量时刻的滤膜上的222Rn、220Rn子体数量，然后反推得到空气中222Rn、220Rn子体浓度。

主权项

1.一种α能谱测量空气中222Rn、220Rn子体的方法，采用空气采样泵将空气中氡子体采集到滤膜上，然后测量滤膜上的α放射性，从而计算得到氡子体空气浓度；本方法基于以下条件：1) 采样过程中222Rn、220Rn子体浓度和空气采样泵采样流率恒定不变；2) 滤膜的过滤效率和自吸收因子均为恒定常数，且不依气溶胶粒径改变； 在使用微孔滤膜时，可以认为没有自吸收；3) α能谱仪探测器的探测效率为恒定常数，且不依α粒子能量改变；本条件依赖于滤膜具有较小的自吸收和滤膜与α能谱仪探测器距离较小；222Rn、220Rn子体采样过程中，一方面，滤膜上的氡子体数量随着采样而不断增长，另一方面，其数量还会由于从母体核素衰变而增加和自身衰变而减少，可用下述微分方程组表述：(1)式中G为过滤效率，Q为采样流率，、、、分别为RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度，、、、分别为RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的半衰期，、、、分别为采样过程中滤膜上积累的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数；对式（1）求解能得到：采样时间T₁结束时滤膜上积累的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数与空气中RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度的关系；采样结束后，取下滤膜送入α能谱仪进行测量，该时间间隔为T₂；滤膜上的222Rn、220Rn子体以采样结束时刻的数量为初始值开始衰变，同时子体核素还由于母体核素的衰变而增加，可用下述微分方程组表述：(2)对式（2）求解就可得到采样结束后经过T₂时间衰变，滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数与采样结束时刻的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数的关系；α能谱仪开始对滤膜测量瞬间，滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数分别为、、、，根据式（1）、（2）能倒推得到空气中的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度；采样后，将滤膜送入α能谱仪，α能谱仪然后开始测量、、、；α能谱仪有两种测量方式：一是在空气中测量α能谱；二是在真空中测量α能谱；222Rn子体的特征能量峰包括：RaA(218Po)6.0MeV、RaC’(214Po)7.69MeV；220Rn子体的特征能量峰包括：ThC (212Bi) 6.05MeV、ThC’(212Po) 8.78MeV；即使在真空中测量α能谱，RaA(218Po)6.0MeV 和ThC (212Bi)6.05MeV两个特征能量峰堆叠在一起，无法区分；在空气中测量α能谱时其他特征能量峰也会出现严重的峰重叠，能利用重叠因子修正，得到各特征能量峰的计数；α能谱仪开始测量后，滤膜上的222Rn、220Rn子体仍然按式（2）衰变；解得测量过程中滤膜上任意时刻的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数为：（3）（4）（5）（6）（7）将式（3）、（4）、（5）、（6）、（7）转换为活度形式：（8）（9）（10）（11）（12）滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的活度分别为、、、；根据222Rn、220Rn放射性衰变规律，8.78MeV的特征峰计数来自于0.64×；7.69MeV的特征峰计数来自于；6.0MeV特征峰计数来自于+0.36×；其特征是：采用短测量周期测量，测量周期t为2-20分钟，周期数量大于或等于3个；8.78MeV的特征峰在每个测量周期的计数为，i为测量周期；7.69MeV的特征峰在每个测量周期的计数为，6.0MeV特征峰在每个测量周期的计数为；其计算方法有两种：A. 根据第i个测量周期的计数，，，求得第i个测量周期的单位时间的平均计数；由于测量周期较短，这些平均计数与，，在该测量周期中点的值近似相等，有：（13）E为探测器对α粒子的探测效率；（14）（15）利用式（13）对的数据进行非线性拟合，能得到，的值；将，的值带入式（15），利用式（15）对的数据进行非线性拟合，能得到的值；将的值带入式（14），利用式（14）对的数据进行非线性拟合，能得到，的值；得到、、、的值后，根据式（1）、（2）能倒推得到空气中RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度；B.求，，在第i个测量周期的积分：（16）（17）（18）应用最小二乘法求解222Rn,220Rn子体浓度，引入残差：（19）式中w_i是i测量周期的权重因子，权重因子的引入是考虑每个测量周期的计数统计误差不同对拟合结果的误差影响；根据最小二乘法原理，使得残差取最小值，能得到，的值；应用最小二乘法继续求解222Rn、220Rn子体浓度，引入残差：（20）将，的值带入式（20），使得残差取最小值，能得到的值；应用最小二乘法继续求解222Rn、220Rn子体浓度，引入残差：（21）将的值带入式（21），使得残差取最小值，能得到，的值；得到、、、的值后，根据式（1）、（2）能倒推得到空气RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度。