基于小立体角方法的冷凝Rn-222源绝对测量

摘要

Rn-222及其子体是人类受到的主要天然辐射源，其中Rn-222是最受关注的氡的放射性同位素。有关Rn-222的辐射防护、医疗等领域的研究都与单位体积内Rn-222活度的准确性密切相关。建立Rn-222活度计量基准，为我国测Rn-222领域提供了量值保障和计量溯源，也为我国的环境保护、疾病预防、Rn-222辐射防护等研究工作，提供了更高水平的计量基础设施与研究平台。　　目前，我国对Rn-222源活度的测量基本采用相对测量法。本研究借助中国计量科学研究院（NIM）的小立体角绝对测量装置，结合目前国际上，诸如法国亨利·贝克勒尔实验室（LNHB）、德国物理技术研究室（PTB）及韩国标准与科学研究室（KRISS）等国家实验室对冷凝Rn-222源活度绝对测量的已有研究成果，开展了Rn-222源活度的小立体角绝对测量，即对Rn-222源衰变产生的ɑ粒子在小立体角范围内进行直接测量。本文着重研究了：　　（1）装置中与小立体角相关参数尺寸的高准确度测量方法，并获得：准直器与冷指之间直线距离的平均值 z=112.881mm ， U=0.003mm；准直器的准直孔半径a=8.030mm，U=0.001mm。　　（2）基于小孔成像原理及磷屏成像原理的Rn-222源尺寸测量装置，并利用测量装置开展冷凝Rn-222源尺寸测量实验研究，获得在本研究典型的实验制冷环境T=35K下，Rn-222源半径为3.138（98）mm。　　（3）小立体角的实验与蒙卡模拟计算方法，通过Geant4对小立体角进行模拟计算以验证四种文献报道的经验计算方法结果的可靠性，并获得本实验装置中ɑ粒子的小立体角精确取值为0.01583 Sr。　　（4）通过参考文献报道的小立体角Rn-222源活度计算方法，结合本实验装置和本次实验的实际情况，不断改进对Rn-222源活度理论算法的修正，获得可信度较高的Rn-222源活度计算方法。　　（5）基于小立体角方法的冷凝Rn-222源活度绝对测量及重复性实验测量方法，通过不断优化实验方法、改善实验装置，获得高精度的Rn-222源活度，其相对标准不确定度U（k=2）为0.48%~0.50%，测量不确定度水平相对于传统的溯源至Ra-226标准源的相对测量方法提升近10倍。　　中国作为一个发展中的科技大国，理应建立与国际先进水平一致的Rn-222基准能力。开展小立体角冷凝Rn-222源绝对测量方法的研究，对提升我国Rn-222测量水平和实现后续Rn-222量值溯源精度均有着重要的意义

目录

声明

1 引言

1.1 氡的概述

1.2 Rn-222的测量需求

1.3 本研究主要工作

2 Rn-222的绝对测量方法及其研究现状

2.1 Rn-222活度的相对测量方法

2.2 Rn-222活度的绝对测量方法

2.3 Rn-222绝对测量国内研究现状

2.4 Rn-222绝对测量国外研究现状

2.5 小结

3 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量装置及原理

3.1 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量装置简介

3.2 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量方法原理

4 装置几何尺寸参数测量方法研究及确定

4.1准直器与冷指之间直线距离z的测量

4.2 准直器的准直孔半径a的测量

4.3 冷凝Rn-222半径b的测量

5 小立体角的确定及不确定度评估

5.1 小立体角的计算

5.2小立体角不确定度评估

6 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量实验

6.1 冷凝Rn-222源活度计算及不确定度评估

6.2小立体角冷凝Rn-222源绝对测量实验方法研究

6.3 Ra-226源罐密封性能

6.4 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量实验分析

七 总结

7.1 研究总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

附录A 小立体角环形源模型代码

附录B 小立体角Geant4模拟核心段程序

附录C 冷凝Rn-222源半径b、准直孔半径a、准直器与冷指直线距离z的最值MATLAB计算代码

附录D 小立体角冷凝Rn-222源绝对测量实验装置主体部分照片

附录E 攻读学位期间学术成果目录