氡析出率测量仪同步定值装置和方法

摘要

氡析出率测量仪同步定值装置和方法，涉及核辐射探测技术领域，氡析出率测量仪同步定值装置包括用于可拆卸连接至氡析出率测量仪集氡室内壁的填块以及用于串联在氡析出率测量仪进气或回气管路上的氡析出率快速定值单元，氡析出率快速定值单元测得的氡析出率值作为标准用于对氡析出率测量仪定值。具体而言，氡析出率快速定值单元采用差值法对变化的氡浓度进行等效，通过相应的刻度因子值以及测量过程中探测器收集的α粒子计数数据再结合前一测量周期的氡浓度计算后一测量周期的氡浓度值，具有极快的氡析出率定值速度，从而可以大幅缩短对氡析出率测量仪定值的时间，减少因定值过程耗时太久导致的偏差，提高定值准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，特别涉及一种氡析出率测量仪同步定值装置和方法。

背景技术

测量介质表面氡析出率常用的方法是累积法，即用一个集氡室紧扣在介质表面，测量一段时间内析出到集氡室内的氡，就可反推出氡析出率。累积氡析出率测量仪是常用的氡析出率测量仪器，氡析出率测量仪在新制造出来、使用中和维修后都需要对其作检定(定值)，以保证工作可靠性。

中国专利文献CN105225267A公开了一种氡析出率的测量系统(即累积氡析出率测量仪)，文献中图1所示为氡析出率测量仪的工作原理图，测量时，氡析出率测量仪与集氡罩通过两条管道串联成回路。对这类氡析出率测量仪的定值操作通常在标准氡室上进行，通过将氡析出率测量仪测得的氡析出率值与标准氡室的理论氡析出率值对比，再根据对比结果来对氡析出率测量仪定值。该方式每次定值耗费的时间非常长，定值过程中，为检定重复性，还需要多次重复测量，理想状态下，在重复测量过程中标准氡室的氡析出率会保持不变，但受实际环境限制，标准氡室的氡析出率并不是恒定不变的，例如随着时间的推移，环境大气压会产生变化，气压变化将导致氡析出率发生变化，即便在同一天之内，下午的氡析出率较上午的氡析出率也会有所不同，这样就会给测量结果带来偏差，从而影响定值准确性。此外，对于执行外派任务的监测小组而言，每次定值操作都要将氡析出率测量仪送到标准氡室所在地，若任务地与标准氡室所在地距离遥远，将大大影响工作效率，并且极不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种氡析出率测量仪同步定值装置，该装置能够快速、准确完成氡析出率测量仪的定值，并且适合在任务地测量现场直接对氡析出率测量仪同步定值。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种氡析出率测量仪同步定值装置，包括用于可拆卸连接至氡析出率测量仪集氡室内壁的填块以及用于串联在氡析出率测量仪进气或回气管路上的氡析出率快速定值单元；

所述氡析出率快速定值单元包括绝缘外壳、测量室、高压模块、信号与数据处理模块，所述测量室设于绝缘外壳内，所述填块的体积与因串入氡析出率快速定值单元导致气流循环回路所增加的体积相等，所述测量室的侧壁和底壁上设有导电材料制成的导电层，在所述绝缘外壳的底部连接有底罩，所述底罩上设有一个进气口和一个排气口，在所述进气口的前端连接有一个氡子体过滤器，所述进气口和排气口通过绝缘外壳底壁上开设的第一进气孔与测量室相通，在所述测量室的顶壁上安装有半导体探测器，所述高压模块与导电层电性连接，从而在所述测量室与半导体探测器之间形成静电场，使得氡衰变产生的第一代子体²¹⁸Po在所述静电场的作用下被吸附到所述半导体探测器表面，所述半导体探测器与信号与数据处理模块连接，所述信号与数据处理模块用于对半导体探测器形成的电信号进行处理并计算出氡析出率值，所述氡析出率快速定值单元对介质表面氡析出率定值的过程包括：

步骤一、快速跟踪测量变化的氡浓度；

利用插值法对变化的氡浓度进行等效：先对环境本底进行测量，得到环境氡浓度C₀，完成环境本底测量后开始集氡，集氡过程中以T为测量周期，在第n个测量周期结束时的氡浓度为：

C_n＝C₀+ΔC₁+ΔC₂+....+ΔC_n＝K_0,(n+1)N_0,(n+1)+K_1,(n+1)N_1,(n+1)+K_2,(n+1)N_2,(n+1)+…+2K_n,(n+1)N_n,(n+1)(1)；

其中，N_n,(n+1)＝N_n+1-N_0,(n+1)-N_1,(n+1)....-N_(n-1),(n+1)；

上式中，K_0,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从开始测量到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_1,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第1个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_2,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第2个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_n,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第n个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_0,n为氡浓度恒定条件下，从开始测量到第n个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_1,n为氡浓度恒定条件下，从第1个测量周期开始到第n个测量周期开始这段时间的刻度因子；N_0,(n+1)为开始测量时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被所述半导体探测器收集到的α粒子数；N_1,(n+1)为从第1个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被所述半导体探测器收集到的α粒子数；N_2,(n+1)为从第2个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被所述半导体探测器收集到的α粒子数；N_n,(n+1)为从第n个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被所述半导体探测器收集到的α粒子数；N_n+1为在第n+1个测量周期开始时，所述半导体探测器收集到的α粒子总计数值；

式(1)中的刻度因子值均通过以下式(2)计算得到；

其中，K_标＝C_标/ΔN_P

K_i,j为从第i个测量周期开始到第j个测量周期开始这段时间的刻度因子；T_标为在标准氡室氡浓度恒定条件下对氡析出率测量仪进行定值的测量周期时长，K_标为测量周期T_标的刻度因子；C_标为测量周期T_标结束时的氡浓度；ΔN_P为在测量周期T_标结束时，所述半导体探测器收集的α粒子计数值；T为测量周期T_标之外其它每个测量周期的时长，λ_R、λ_P分别为氡、²¹⁸Po的衰变常量，其中λ_R＝2.1×10^-6s^-1，λ_P＝3.7×10^-3s^-1；

步骤二、氡析出率快速定值；

根据式(1)、(2)计算出集氡过程中各测量周期结束时的氡浓度值，根据所述氡浓度值按以下方法计算氡析出率：

先按照式(1)计算出集氡至第一个测量周期结束时的氡浓度C1以及第i个测量周期结束时的氡浓度Ci，i≥3；

再按下式计算氡析出率：

V为所述氡析出率快速定值单元有效体积、各导气管道体积、氡析出率测量仪有效体积及集氡室有效体积之和；

S为氡析出率测量仪所对应集氡室的底面积；

n为测量次数。

其中，所述氡析出率快速定值单元还包括安装在绝缘外壳上的底罩，所述底罩顶端敞口，所述进气口和排气口设置在底罩的底部，所述底罩从绝缘外壳下端往上套于绝缘外壳外部并与绝缘外壳螺纹连接。

其中，所述导电层采用金属材料制成。

作为本发明的另一方面，用上述氡析出率测量仪同步定值装置对氡析出率测量仪同步定值的方法，包括以下步骤：

步骤一、将填块连接至所述氡析出率测量仪对应的集氡罩，并将所述氡析出率快速定值单元串联在氡析出率测量仪进气或回气管路上；

步骤二、完成环境本底测量后将所述集氡罩扣置于介质表面开始集氡，所述氡析出率快速定值单元与氡析出率测量仪同时测量介质表面氡析出率值，以所述氡析出率快速定值单元测得的氡析出率值为标准对氡析出率测量仪定值。

本发明在氡析出率测量仪进气或回气管路上串联入氡析出率快速定值单元，并以该氡析出率快速定值单元测得的氡析出率值作为标准来对氡析出率测量仪定值，上述串入进气或回气管路上的氡析出率快速定值单元采用差值法对变化的氡浓度进行等效(C_n＝C_n-1+ΔC_n＝C₀+ΔC₁+ΔC₂+…+ΔC_n)，通过相应的刻度因子值以及测量过程中探测器收集的α粒子计数数据再结合前一测量周期的氡浓度计算后一测量周期的氡浓度值，由于其在测量氡浓度时无需混合平衡的过程，故具有极快的氡析出率定值速度，这就可以大幅缩短对氡析出率测量仪定值的时间，减轻因时间过长导致的偏差，提高定值准确度。特别值得一提的是，该装置还可以用于在测量现场对氡析出率测量仪定值，通过氡析出率测量仪与氡析出率快速定值单元同时测量介质表面氡析出率，再以该氡析出率快速定值单元测得的氡析出率值作为标准对氡析出率测量仪定值即可，对于任务地距离标准氡室所在地较远的情况，这将大大提高定值工作效率，操作也非常方便。

附图说明

图1为本发明对氡析出率测量仪定值时，氡析出率快速定值单元与氡析出率测量仪的连接结构示意图；

图2为本发明中氡析出率快速定值单元利用差值法对变化氡浓度进行等效的示意图；

图3为本发明中氡析出率快速定值单元的结构示意图；

图4为本发明中填块的结构示意图。

图中：

1——填块 2——氡析出率快速定值单元 3——氡子体过滤器

2a——绝缘外壳 2b——测量室 2c——高压模块

2d——信号与数据处理模块 2e——半导体探测器 2f——底罩

2a1——第一进气孔 2b1——导电层。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员更好地理解本发明相对于现有技术的改进之处，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

需要提前说明的是，在本发明中，K_i,j表示在氡浓度恒定条件下，从第i个测量周期开始到第j个测量周期开始这段时间的刻度因子，N_i,j表示从第i个测量周期开始时析出的氡到第j个测量周期开始这段时间衰变产生且被探测器收集到的α粒子数；N_j为在第j个测量周期开始时，探测器收集的α粒子总计数值。上述i、j仅是一个一个代号，用于表示任意自然数。

图1示出了本发明所涉氡析出率测量仪同步定值装置与氡析出率测量仪的连接方式，图中所示氡析出率测量仪同步定值装置包括用于可拆卸连接至氡析出率测量仪集氡室内壁的填块1(填块1结构见图3所示)以及用于串联在氡析出率测量仪进气或回气管路上的氡析出率快速定值单元2，氡析出率快速定值单元2测得的氡析出率值作为标准用于对氡析出率测量仪定值；

上述氡析出率快速定值单元2的结构见3所示，包括绝缘外壳2a、测量室2b、高压模块2c、信号与数据处理模块2d，测量室2b设于绝缘外壳2a内，填块1的体积与因串入氡析出率快速定值单元2导致气流循环回路所增加的体积相等，测量室2b的侧壁和底壁上设有导电材料制成的导电层2b1，在绝缘外壳2a的底部连接有底罩2f，底罩2f上设有一个进气口和一个排气口，在进气口的前端连接有一个氡子体过滤器3，进气口和排气口通过绝缘外壳2a底壁上开设的第一进气孔2a1与测量室2b相通，在测量室2b的顶壁上安装有半导体探测器2e，高压模块2c与导电层2b1电性连接，从而在测量室2b与半导体探测器2e之间形成静电场，使得氡衰变产生的第一代子体²¹⁸Po在所述静电场的作用下被吸附到所述半导体探测器2e表面，所述半导体探测器2e与信号与数据处理模块2d连接，信号与数据处理模块2d用于对半导体探测器2e形成的电信号进行处理并计算出氡析出率值，该氡析出率快速定值单元2对介质表面氡析出率定值的过程包括：

步骤一、快速跟踪测量变化的氡浓度；

利用插值法对变化的氡浓度进行等效：先对环境本底进行测量，得到环境氡浓度C₀，完成环境本底测量后开始集氡，集氡过程中以T为测量周期，在第n个测量周期结束时的氡浓度为：

C_n＝C₀+ΔC₁+ΔC₂+....+ΔC_n＝K_0,(n+1)N_0,(n+1)+K_1,(n+1)N_1,(n+1)+K_2,(n+1)N_2,(n+1)+…+2K_n,(n+1)N_n,(n+1)(1)；

其中，N_n,(n+1)＝N_n+1-N_0,(n+1)-N_1,(n+1)....-N_(n-1),(n+1)；

上式中，K_0,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从开始测量到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_1,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第1个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_2,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第2个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_n,(n+1)为氡浓度恒定条件下，从第n个测量周期开始到第n+1个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_0,n为氡浓度恒定条件下，从开始测量到第n个测量周期开始这段时间的刻度因子；K_1,n为氡浓度恒定条件下，从第1个测量周期开始到第n个测量周期开始这段时间的刻度因子；N_0,(n+1)为开始测量时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被半导体探测器2e收集到的α粒子数；N_1,(n+1)为从第1个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被半导体探测器2e收集到的α粒子数；N_2,(n+1)为从第2个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被半导体探测器2e收集到的α粒子数；N_n,(n+1)为从第n个测量周期开始时析出的氡到第n+1个测量周期开始这段时间衰变产生且被半导体探测器2e收集到的α粒子数；N_n+1为在第n+1个测量周期开始时，所述半导体探测器2e收集到的α粒子总计数值；

式(1)中的刻度因子值均通过以下式(2)计算得到；

其中，K_标＝C_标/ΔN_P

K_i,j为从第i个测量周期开始到第j个测量周期开始这段时间的刻度因子；T_标为在标准氡室氡浓度恒定条件下对氡析出率测量仪进行定值的测量周期时长，K_标为测量周期T_标的刻度因子；C_标为测量周期T_标结束时的氡浓度；ΔN_P为在测量周期T_标结束时，半导体探测器2e收集的α粒子计数值；T为测量周期T_标之外其它每个测量周期的时长，λ_R、λ_P分别为氡、²¹⁸Po的衰变常量，其中

λ_R＝2.1×10^-6s^-1，λ_P＝3.7×10^-3s^-1；

步骤二、氡析出率快速定值；

根据式(1)、(2)计算出集氡过程中各测量周期结束时的氡浓度值，根据所述氡浓度值按以下方法计算氡析出率：

先按照式(1)计算出集氡至第一个测量周期结束时的氡浓度C1以及第i个测量周期结束时的氡浓度Ci，i≥3；

再按下式计算氡析出率：

V为氡析出率快速定值单元有效体积、各导气管道体积、氡析出率测量仪有效体积及集氡室有效体积之和；

S为氡析出率测量仪所对应集氡室的底面积；

n为测量次数。

需要说明的是，上述“有效体积”是指各部件接入气流循环回路中的腔室体积。例如，集氡室的有效腔室体积可以理解为与集氡室内部腔室体积减去填块1所占体积之后所剩余的体积，氡析出率快速定值单元有效体积指氡析出率快速定值单元参与气流循环部分的腔室体积(不限于测量室内腔体积，例如还包括进气口和排气口部分的体积)。

上述实施例在氡析出率测量仪进气或回气管路上串联入氡析出率快速定值单元2，并以该氡析出率快速定值单元2测得的氡析出率值作为标准来对氡析出率测量仪定值，上述串入进气或回气管路上的氡析出率快速定值单元2采用差值法对变化的氡浓度进行等效(C_n＝C_n-1+ΔC_n＝C₀+ΔC₁+ΔC₂+…+ΔC_n)，通过相应的刻度因子值以及测量过程中半导体探测器2e收集的α粒子计数数据再结合前一测量周期的氡浓度计算后一测量周期的氡浓度值，由于其在测量氡浓度时无需混合平衡的过程，故具有极快的氡析出率定值速度，这就可以大幅缩短对氡析出率测量仪定值的时间，减轻因时间过长导致的偏差，提高定值准确度。特别值得一提的是，该装置还可以用于在测量现场对氡析出率测量仪定值，通过氡析出率测量仪与氡析出率快速定值单元2同时测量介质表面氡析出率，再以该氡析出率快速定值单元2测得的氡析出率值作为标准对氡析出率测量仪定值即可，对于任务地距离标准氡室所在地较远的情况，这将大大提高氡析出率测量仪定值工作效率，操作也非常方便。

见图3所示，进一步地，上述氡析出率快速定值单元2还包括安装在绝缘外壳2a上的底罩2f，底罩2f顶端敞口，进气口和排气口设置在底罩2f的底部，底罩2f从绝缘外壳2a下端往上套于绝缘外壳2a外部并与绝缘外壳2a螺纹连接。其中，导电层2b1采用金属材料制成。

用上述氡析出率测量仪同步定值装置对氡析出率测量仪同步定值的方法包括以下步骤：

步骤一、将填块1连接至所述氡析出率测量仪对应的集氡罩，并将氡析出率快速定值单元2串联在氡析出率测量仪进气或回气管路上；

步骤二、完成环境本底测量后将集氡罩扣置于介质表面开始集氡，氡析出率快速定值单元2与氡析出率测量仪同时测量介质表面氡析出率值，以氡析出率快速定值单元2测得的氡析出率值为标准即可对氡析出率测量仪定值。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。