[发明专利]利用低压单闪烁室对222Rn、220Rn浓度同步测量的方法

权利要求书

1.一种利用低压单闪烁室对 ²²²Rn、²²⁰Rn浓度同步测量的方法，其特征是：其具体步骤如下：

打开测量系统中的第一电磁阀和第二电磁阀，开启采样泵，将含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流速在测量系统回路中流动5-20min，含²²²Rn、²²⁰Rn的空气从流量计的进气管流入，从采样泵的排气管排出，从而使低压单闪烁室中的²²²Rn、²²⁰Rn气体与测量环境中²²²Rn、²²⁰Rn气体达到平衡，含²²²Rn、²²⁰Rn的空气以一定的流速经高效过滤器过滤掉子体后进入低压单闪烁室；由于采样泵流率较大，通过测量系统中的调节阀调节低压单闪烁室内的气压，使得低压单闪烁室内的气压低于一个大气压；假设低压单闪烁室内任意一点到闪烁室的内表面涂敷的闪烁体硫化锌表面最大距离为L，降低低压单闪烁室内的气压， ²²²Rn、²²⁰Rn及其子体衰变放出的α粒子具有不同的能量，相应的射程也不同，其中²²²Rn衰变放出的α粒子能量最小，射程也最小；调节气压使得²²²Rn衰变放出的α粒子在该气压下射程大于L，这样使得低压单闪烁室在低压下对²²²Rn、²²⁰Rn及其子体衰变放出的α粒子具有相同的探测效率；

平均一次α衰变，能测量到h个计数，用h来表示探测效率；

采样2-20分钟后，同步关闭第一电磁阀和第二电磁阀，同时关闭采样泵，此时低压单闪烁室内的气压保持不变，然后开始测量，利用测量得到的计数根据放射性衰变规律得到²²²Rn、²²⁰Rn的浓度；

在采样结束及测量开始的瞬间，设在低压单闪烁室内²²²Rn及其子体RaA、RaB、RaC的活度分别为 、、、；衰变常数分别为、、、；由于RaC’的半衰期只有164μs，其半衰期很短，将RaC’的放射性归结为RaC的放射性，由于ThA半衰期非常短，与²²⁰Rn很快达到平衡，设在低压单闪烁室内²²⁰Rn及其子体ThA的活度均为，²²⁰Rn 衰变常数为，本底活度为A₀，不考虑其他长寿命子体，则根据放射性衰变规律有：

                            （1）

          （2）

         （3）

         （4）

                             （5）

                            （6）

                                  （7）

对式（2）、（3）、（4）求解后，得到总的α放射性活度随时间的变化规律为：

        （8）

由于低压单闪烁室对不同能量的α粒子探测效率相同，都为h，有

    （9）

为闪烁室测量装置测量到的计数随时间的变化规律；

采用闪烁室测量装置测量计数的方法有两种：

A、短时间间隔测量：每个测量周期的测量时间T为1-5分钟，测量周期数量大于或等于6个，每个测量周期的计数为，i为测量周期；

以短时间间隔T为测量周期的计算方法有两种：

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，该平均计数与在该测量周期中点的总α放射性活度的关系为：

   （10）

利用式（10）对的数据进行非线性拟合，能得到、、、、、的值，然后依据式（11）、（12）求得²²²Rn、²²⁰Rn的浓度：

         (11)

式中为²²²Rn的浓度；V为低压单闪烁室的体积；P为低压单闪烁室内的气压；P₀为环境气压；

         (12)

式中为²²⁰Rn的浓度； 

b、求总α放射性活度在第i个测量周期的积分：

         （13）

式中是总α放射性活度；

      (14)

式中是总α放射性活度在第i个测量周期的积分；

应用最小二乘法求解，引入残差：

                           （15） 

式中w_i是i计数段的权重因子，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，然后依据式（11）、（12）求得²²²Rn、²²⁰Rn的浓度；

B、长时间间隔测量：每个测量周期的测量时间t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆分别为5-60分钟，测量周期为6个，六个测量周期的计数分别为，，，，，；

          （16）

        （17）

       （18）

     （19）

    （20）

  （21）

对式（16）、（17）、（18）、（19）、（20）、（21）求解，能得到、、、、、的值，然后依据式（11）、（12）求得²²²Rn、²²⁰Rn的浓度；

上述方法采用的测量系统由流量计、采样泵、第一电磁阀、真空表、低压单闪烁室、第二电磁阀、²²²Rn、²²⁰Rn子体过滤器、调节阀及闪烁室测量装置组成；通过管道依次将采样泵、第一电磁阀、真空表、低压单闪烁室、第二电磁阀、²²²Rn、²²⁰Rn子体过滤器、调节阀及流量计串联起来组成一个测量回路，其中：采样泵的一端通过管道与第一电磁阀的一端连接，第一电磁阀的另一端通过管道与真空表的一端连接，真空表的另一端通过管道与低压单闪烁室的一端连接，低压单闪烁室的另一端通过管道与第二电磁阀的一端连接，第二电磁阀的另一端通过管道与²²²Rn、²²⁰Rn子体过滤器的一端连接， ²²²Rn、²²⁰Rn子体过滤器的另一端通过管道与调节阀的一端连接，调节阀的另一端通过管道与流量计的一端连接。