[发明专利]开环式单周期测量水中镭浓度的方法

权利要求书

1.开环式单周期测量水中镭浓度的方法，基于开环式单周期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、流量计和三通电磁阀；

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、将开环式单周期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，控制气泵的流率，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；

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；

水样测量瓶中的水中的氡来源于水中镭的衰变；设水样的体积为V，水中镭活度为A_Ra，则水中镭浓度C_Ra为：

C_Ra＝A_Ra/V (1)

水样测量瓶中的水中氡浓度C’_Rn的变化规律为：

dC'_Rn/dt＝C_Raλ_Rn-LC_Rn/V (2)

式中λ_Rn是氡的衰变常数，C_Rn是开环气路水样测量瓶中氡的浓度，L为气泵的流率；

根据测量时的温度查表得到水样中氡与气态氡平衡时的浓度比X，有：

C'_Rn(t)＝XC_Rn(t) (3)

将式(3)代入式(2)得：

式(4)的解为：

由于气泵的流率适中，能够认为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；根据静电收集法测氡仪的原理可知，其测量腔内Po-218浓度的变化规律为：

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(5)代入式(6)得：

式(7)的解为：

式(8)为静电收集法测氡仪的测量腔内Po-218浓度的变化规律；

测量一个较长周期T，该周期T为20-200分钟，式(8)可变化为：

对式(7)在(0，T)区间积分得到：

根据静电收集法测氡仪的原理，某测量周期读数Cⁿ为该周期的平均Po-218浓度，有：

式(10)可变化为：

式(9)减去式(12)得：

当T较大时，和的值都非常小，式(13)可以简化为：

据式(13)或(14)利用一个较长测量周期的测量值计算出水中镭浓度。