全尘采样的气溶胶连续测量技术.doc

全尘采样的气溶胶连续测量技术
采用半导体探测器作为测量器件，由于半导体探测器分辨率高，可以用能量甄别的方法快速测量低浓度α气溶胶。
一方面在天然放射性情况下，进行取样测量，并求得天然放射性的本底校正系数，以后测量，仪器可自动快速得出α气溶胶浓度。
1． 浓缩取样
本仪器采用“过滤器收集”法。让被测空气通过过滤器，使气溶胶被过滤器（本仪器采用微孔滤膜）阻挡而沉积在滤膜上。在实际测量中，认为抽气流量率为一恒量Q抽气， 如抽气时间为t抽气， 则采样空气总体积为Q抽气·t抽气。 考虑过滤效率η过滤，设空气中α气溶胶为C气溶胶，那么，沉积在滤纸上的气溶胶为：
A滤纸气溶胶＝η过滤·C气溶胶·Q抽气·t抽气 ·························（１）
其中，C气溶胶为气溶胶的浓度。
故C气溶胶= A滤纸气溶胶/（η过滤·Q抽气·t抽气）···························（2）
2． 停放等待
为克服天然氡子体对人工核素（如钚-239）α的干扰，取样后停放等待是采用的措施之一。由于人工放射性核素寿命长，在浓缩过程中，其强度随浓度时间线性增长快，而天然放射性核素寿命短，强度随时间增长的慢，同时在取样后停放一段时间t停放后，使RaA完全衰变，余下的氡子体的干扰重要是RaC。
3． 能量甄别
当取样时氡子体和人工核素同时被收集在滤纸上，经停放后，测得谱形如下计数
E
道数
239Pu
RaC’
RaA
ThC’
A
B
C
D
F

图中 A—B段：称为人工道，其中积分计数以N人工总表达。
C—D段：称为补偿道，其中积分计数以N补偿表达。
E—F段：称为甄别道，为氡子体的积分计数，以N氡子体表达。

显然，在人工道A—B段内， 其积分计数不仅涉及人工α放射性核素奉献，尚有氡子体的奉献。定义氡钍子体α谱形迟延到A—B道内的积分计数为N1。
则人工道内人工α放射性核素的积分计数为：
N人工＝N人工总－Ｎ1······································（3）
当空气中中无人工污染时，只对氡子体取样，此时对以选定的滤纸和测量条件下可测出：
K=N1/N补偿 N1=K·N补偿· ·······················(4)
式中：K称为补偿系数。
定义多次测量得K的平均值为K平均。
则由（3），（4）有：
N人工＝Ｎ人工总－Ｋ平均·Ｎ补偿······················（5）
而N人工总、N补偿分可分别从人工道及补偿道测得。
设探测器探测效率（对４π而言）为η探测；设测量时间为t测量；设沉积于滤纸之上的人工α放射性气溶胶为Ａ滤纸人工α气溶胶；设空气中人工α放射性气溶胶浓度为Ｃ人工α气溶胶。
类同（１）式，有：
A滤纸人工α气溶胶＝η过滤·C人工α气溶胶·Q抽气·t抽气 ·················（6）
再考虑到其他因素的影响，引入效率修正系数ｆ效率修正；
则有：
A滤纸人工α气溶胶＝f效率修正·η过滤·C人工α气溶胶·Q抽气·t抽气 ·········（7）
显然，有：
N人工＝η探测·t测量 ·A滤纸人工α气溶胶 ·········（8）
将（7）代入（8）有：
N人工＝η探测·t测量· f效率修正·η过滤·C人工α气溶胶·Q抽气·t抽气····（9）
C人工α气溶胶＝N人工/（η探测·t测量· f效率修正·η过滤·Q抽气·t抽气）···（10）
将（5）代入（10）有：
C人工α气溶胶＝（Ｎ人工总－Ｋ平均·Ｎ补偿）/（ η探测· t测量· f效率修正·
η过滤·Q抽气·t抽气）··························································（11）
(11)式中各量的单位为：
C人工α气溶胶：Bq/ L； Q抽气：L/s； t抽气：s； t测量：s。
如以以下量纲表达式中各量时：
C人工α气溶胶：居里/升；Q抽气：升/分；t抽气：分钟；t测量：分钟。
由1分钟=60秒，1居里=3.7×1010Bq，1Bq=1s-1，有
C人工α气溶胶=（Ｎ人工总－Ｋ平均·Ｎ补偿）/（ K变换系数·η探测· t测量·η过滤·Q抽气·t抽气）································································（12）
引入了量纲变换而带来的变换系数K变换系数=2.22×1012。
由甄别道总计数N氡子体可求得氡本底浓度，公式如下：
C氡子体=λ2 ·N氡子体/﹝Q抽气·η过滤·η探测·f效率修正·（1-e-λt抽气）·
e-λt停放·（1-e-λt测量）﹞·········································（13）
式中： λ=ln2/T1/2平均
T1/2平均=2100s，是氡子体的平均半衰期。
式中各量量纲为：
C氡子体：Bq/ m3； Q抽气：m3/s； t停放：s；
t抽气：s；t测量：s ； T1/2平均：s。
如以以下量纲表达式中各量时：
C人工α气溶胶：居里/升； Q抽气：升/分； t抽气：分钟；
t测量：分钟； T1/2平均：分钟。
则引入因量纲变换而带来的变换系数K变换系数=2.22×1012，有：
C氡子体=λ2 ·N氡子体/﹝Q抽气·K变换系数·η过滤·η探测·f效率修正·
（1-e-λt抽气）·e-λt停放·（1-e-λt测量）﹞····················（14）
仪器灵敏度估计从略。
3. 重要技术特性
3.1 测量灵敏度
测量周期60分钟（可设立），对239Pu α气溶胶可达0.1Bq/m3
3.2 测量范围0.1 Bq/m3-10000 Bq/m3
3.3 仪器工作环境
温度：0~40ºC (±2ºC)
湿度：不大于90（30ºC）
电源：AC 220V（194V—242V）
3.4 正常条件下仪器探测效率，对239Puα粒子h≥30%
3.5 正常条件下仪器的基本误差不大于±10%
3.6 正常条件下，仪器工作8小时其探测效率变化不大于±10%
3.7 有效取样面积为Φ30mm
3.8 取样流量≥0.05m3/min(取样滤膜孔经为0.22μm，过率效率为99%)。
3.9 计数的容量为108-1。
4.安装调试
4.1仪器的安装环节
第一步 连接好取样器，注意气路部分橡胶软管的连接处密封性良好。接通电源时，应无异常声音。
第二步 依照图文连接各插道。
第三步 检查电源保护地线是否接通，否则接通保护地线。
第四步 打开电源，完毕以上操作，仪器安装完毕。
4.2仪器的调试
4.2.1取样器
设立抽气时间为10Min，放置滤纸后打开电源，五分钟后调节流量计到50L/Min（注意视角与浮子的上平面在同一水平上，流量以浮子的上平面为准）。抽气结束后，取滤纸检查滤纸是否平整、周边有没有由于漏气而导致的灰尘沉淀，若发现漏气则检查密封圈是否完好以及压环是否压紧。