测量222Rn/220Rn子体浓度的α能谱-最小二乘法研究

摘要

氡（即222Rn）与钍射气（即220Rn）同属于放射性惰性气体，是天然辐射照射的主要来源之一，而222Rn/220Rn子体对人体造成的剂量高于222Rn/220Rn本身。项目组在前期已经建立了测量222Rn/220Rn子体的优化能谱法，对滤膜以及能谱仪的相关参数进行测量，实现了在2h内快速准确测量222Rn/220Rn子体；随后通过delphi软件编写程序，实现了任意时间段任意能量区间读取谱数据的功能，实现了除采样过程后全自动化测量。 为了更准确得到222Rn/220Rn子体浓度，本文基于优化能谱法理论公式，测量多个时间段222Rn/220Rn子体浓度计数，并联立多个子体浓度公式，采用加权最小二乘法处理数据，通过加权残余误差平方和对各子体浓度求偏导得到子体浓度矩阵；根据误差传递公式推导出子体相对偏差矩阵。 对理论模型误差公式中采样时间、总测量时间、测量计数段、权重因子四个关键参数进行优化。通过matlab模拟优化得到总α法与α能谱法测量222Rn/220Rn子体的采样时间与测量总时间。对于222Rn子体而言，总α法得到的优化采样时间为5min，α能谱法得到的优化采样时间为15min；对于220Rn子体而言，总α法与α能谱法得到的优化采样时间为30min。在提出优化因子后进一步优化了总测量时间，对于222Rn子体而言，总α法与α能谱法得到优化的总测量时间为70min；对于220Rn子体而言，总α法与α能谱法得到优化的总测量时间为170min。通过多段重组实验研究，作出RaB、RaC、ThB、ThC相对偏差堆积折线图，得到优化的测量计数段为12-15段之间。通过实验研究以及理论分析得到优化的权重因子为Ni。 不同方法比较分析，验证了α能谱多段法测量222Rn/220Rn子体的可靠性。并且在低浓度的情况下，α能谱多段法有更小的相对偏差。最后编写了多时间段测量222Rn/220Rn子体MATLAB-GUI界面程序，使得数据处理变得很方便，减少了人工计算的繁琐。本课题对原有α能谱法进行改进和完善，能够更准确得到222Rn/220Rn子体浓度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究目的及内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

第2章 基于α能谱多时间段测量 222Rn/220Rn子体理论模型的建立

2.1 222Rn/220Rn子体α能谱法测量简介

2.1.1 222Rn/220Rn衰变规律

2.1.2 222Rn/220Rn子体α能谱法测量简介

2.2 基于α能谱法测量 222Rn/220Rn子体基本公式

2.3 最小二乘法基本原理

2.4 最小二乘法测量 222Rn/220Rn子体原理

2.5 小结

第3章 标准装置中基本参数的测定

3.1 实验装置

3.1.1 采样系统装置

3.1.2 α谱仪工作站

3.2 滤膜的自吸收因子

3.3 滤膜的过滤效率

3.4 探测效率

3.5 重叠因子

3.6 小结

第4章 多段法测量 222Rn/220Rn子体关键参数优化

4.1 采样时间选取

4.1.1 222Rn子体采样时间的选取

4.1.2 220Rn子体采样时间的选取

4.2 总测量时间选取

4.2.1 222Rn子体总测量时间选取

4.2.2 220Rn子体总测量时间选取

4.3 测量计数段选择

4.3.1 222Rn子体测量计数段的选择

4.3.2 220Rn子体测量计数段的选择

4.4 权重因子的选取

4.4.1 222Rn子体的权重因子

4.4.2 220Rn子体的权重因子

4.5 小结

第5章 不同测量方法的比较

5.1 222Rn子体实验研究

5.2 220Rn子体实验研究

5.3 222Rn/220Rn子体实验研究

5.4 不同方法的相对偏差分析

5.5 α能谱多段法测量222Rn/220Rn子体界面设计

5.5.1 MATLAB-GUI简介

5.5.2 MATLAB-GUI界面设计

5.6 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢