气球法直接测氡仪的研发与初步应用

摘要

氡气是一种集惰性和放射性于一身的特殊气体，研究氡气的探测以及氡子体的迁移规律对环境保护，辐射防护，地质找矿，地震的预测有非常重要的意义。近年来，有关氡及其子体对人的危害及防护已经引起了国际辐射防护界的广泛关注。国际防护委员会（ICRP）及其它国际组织相继给出了一系列的防护原则和规定。氡气对人体有一定危害，相关学者的研究证明高浓度的氡可以引发肺癌，而长期生活在低浓度氡的环境中，也会增加得肺癌的几率;流行病学的调查结果也显示氡与肺癌的发病有一定的关系。氡已成为引起肺癌的第二大诱因。由于氡具有级联衰变特性，对其的测量一直是核物理实验方法领域的较困难的课题。我国环境空气中氡的标准测量方法一共推荐了四种，它们分别是径迹蚀刻法，活性炭盒法，双滤膜法和气球法，根据测量时间的快慢可以把测氡方法分为快速测氡法和慢速测氡法;根据收集氡气的方式可以把测氡方法分为主动测氡法和被动测氡法，其中前两种是被动慢速测氡法，后两者是主动快速测氡法;这四种方法都能准确的测出环境空气中氡的浓度，然而唯有气球法测氡既能够测出环境空气氡的浓度，又能测出环境空气中氡子体的浓度;本文依据托马斯(Thomas)测氡原理公式，研发新型气球测氡仪——气球法直接测氡，该仪器可以在氡与其子体未达到放射性平衡条件下能测出环境中氡的浓度。
　　本文取得的成果如下:
　　1)针对早期气球测氡仪采样系统与测量系统相互独立，在具体操作时，容易造成漏气的现状;气球法直接测氡仪将采样系统和测量系统整合到了一起，设计半自动采/排气取样系统:通过对两个三通阀门的控制，实现了两条气路的转换，基本上消除了漏气。
　　2)基于气球法直接测氡仪的测量机理，建立了采样阶段、等待阶段、排气阶段和测量阶段的数理模型，推导了气球法测氡仪刻度系数的理论表达式。理论计算气球法直接测氡仪的刻度系数为1.70，在南华大学标准氡室得出的气球法直接测氡仪刻度系数为1.92，两者相对偏差为11.45％。
　　3)气球法直接测氡仪8小时长期稳定性的U值检查法结果表明:U值的计算值为0.62，小于其限定值Ua=1.96，这段时间内所测的数据都落在了肯定域中，仪器的稳定性很好。在相同的测量条件下，气球法直接测氡仪测出氡的分布范围为10.20～86.7Bq/m3，Rad7测出氡的分布范围为10.40～88.7Bq/m3;两台仪器相同的时间点附近同时出现极大值和极小值:气球法直接测氡仪在16:55出现氡的极大值为86.7Bq/m3，在凌晨1:59出现极小值为44.2Bq/m3，Rad7在17:00出现氡的极大值为88.7Bq/m3，在凌晨2:00出现氡的极小值为33.8Bq/m3;在相同的测量时间段内，Ra7测氡仪和气球法直接测氡仪所测氡浓度的平均值分别为36.05±18.71Bq/m3，34.92±18.26Bq/m3，两者之间的差值没有超过2Bq/m3;气球法直接测氡仪测出的结果十分准确。
　　4)借助气球法直接测氡仪对地学核技术实验楼内和地下源库的氡浓度水平进行了监测，所测量的结果表明，实验楼内的氡浓度为21.00±13.81Bq/m3，低于国家对住房氡浓度的限值;在同一楼内，不同大小房间的氡浓度是不一样的，大房间的平均氡浓度为11.36±4.54Bq/m3，小房间的平均氡浓度为27.43±14.28Bq/m3;地下封闭源库的平均氡浓度为562.02±68.59Bq/m3，在封闭源库进行相关实验和工作时，应首先采取降氡和防护措施。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题来源

1．1．2 氡的来源与危害

1．1．3 研究意义

1．2 测氡方法研究现状

1．2．1 径迹蚀刻法

1．2．2 活性炭盒法

1．2．3 双滤膜法

1．2．4 静电计法

1．2．5 闪烁室法

1．2．6 气球法

1．3 主要研究内容

第2章 理论基础

2．1 核素衰变的种类

2．2 α粒子的基本特性

2．2．1 α粒子与物质的相互作用

2．2．2 α粒子的穿透能力及射程

2．3 氡的基本性质

2．3．1 氡的物理化学性质

2．3．2 氡的辐射性质

2．3．3 氡的衰变及子体的积累

2．3．4 氡的迁移

2．4 滤膜过滤效率的测量原理

2．5 测氡仪标定的常见方法

2．6 滤膜α自吸收系数的测量方法

2．6．1 串联法

2．6．2 正反面计数法

2．7 气球法直接测氡理论基础

2．7．1 抽气阶段

2．7．2 等待阶段

2．7．3 排气阶段

2．7．4 测量阶段

第3章 新型气球测氡工作原理与核心部件

3．1 系统电路工作原理

3．2 仪器采样系统

3．3 金硅面垒探测器

第4章 测氡仪刻度与性能测试

4．1 刻度系数的理论计算值

4．1．1 两个与滤膜性能相关的实验

4．1．2 刻度系数的计算

4．2 刻度系数的实验标定

4．2．1 气球法直接测氡仪的标定方案

4．2．2 标定的结果

4．3 气球法直接测氡仪的性能测试

4．3．1 仪器的统计涨落性检查

4．3．2 仪器的长期稳定性检查

4．3．2 仪器的短期稳定性检查

4．3．3 测氡仪流量计的刻度

4．3．4 计数效率

4．3．5 其他性能指标

第5章 直接测氡仪的初步应用

5．1 室内氡浓度调查的应用

5．1．1 室内氡浓度的整体分布情况

5．1．2 面积不同房间氡浓度的比较

5．1．3 不同楼层室内氡浓度的比较

5．1．4 室内氡浓度有效剂量的估算以及防氡降氡措施

5．2 地下放射源库氡浓度的调查

5．3 各个房间的氡浓度变化

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果

附录