[发明专利]总α计数快速测量空气中222Rn、220Rn子体浓度的方法

权利要求书

1.一种利用a粒子总计数测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体的方法，通过空气采样泵将空气中氡子体采集到滤膜上，然后测量滤膜上的α衰变总计数，从而计算得到氡子体空气浓度；本测量方法基于以下条件：

1) 采样过程中²²²Rn、²²⁰Rn子体浓度和空气采样泵采样流率恒定不变；

2) 滤膜的过滤效率和自吸收因子均为恒定常数，且不依气溶胶粒径改变，在使用微孔滤膜时，没有自吸收；

3) 探测器的探测效率为恒定常数，且不依α粒子能量改变，依赖于滤膜具有较小的自吸收和滤膜到探测器距离较小；

在²²²Rn、²²⁰Rn子体采样过程中，滤膜上的氡子体数量随着采样而不断增长，其数量还会由于从母体核素衰变而增加和自身衰变而减少，用下述微分方程组表述：

               (1)

式中G为过滤效率，Q为采样流率，、、、分别为RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度，、、、分别为RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的半衰期，、、、分别为采样过程中滤膜上积累的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数；

对式（1）求解得到：采样时间T₁结束时滤膜上积累的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数与空气中RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度的关系；

采样结束后，取下滤膜送入a计数测量仪进行测量，该时间间隔为T₂，滤膜上的²²²Rn、²²⁰Rn子体以采样结束时刻的数量为初始值开始衰变，同时子体核素还由于母体核素的衰变而增加，用下述微分方程组表述：

               (2)

对式（2）求解得到采样结束后经过T₂时间衰变，滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数与采样结束时刻的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数的关系；

利用a计数测量仪开始对滤膜测量瞬间，滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数分别为、、、，根据式（1）、（2）倒推得到空气中的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度；

采样后，将滤膜送入a计数测量仪，开始测量总a计数，²²²Rn子体的a衰变包括：RaA 6.0MeV、RaC` 7.69MeV；<sup>220</sup>Rn子体的a衰变包括：ThC 6.05MeV、ThC`  8.78MeV；

a计数测量仪开始测量后，滤膜上的²²²Rn、²²⁰Rn子体仍然按式（2）衰变，对式（2）求解，解得测量过程中滤膜上任意时刻的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的原子数为：

                             （3）

   （4）

             （5）

                             （6）

    （7）

将式（3）、（4）、（5）、（6）、（7）转换为活度形式：

                          （8）

（9）

      （10）

                         （11）

（12）

滤膜上的RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的活度分别为、、、；

根据²²²Rn、²²⁰Rn放射性衰变规律知道，滤膜上任意时刻的总的a衰变活度为：

              （13）

式中A₀为a计数测量仪的本底计数率；

其特征是：以短时间间隔t为测量周期，时间t为1-10分钟，周期数量大于或等于6个；

其计算方法有两种：

A、根据第i个测量周期的总a计数，求得第i个测量周期的单位时间的平均计数，由于测量周期较短，这些平均计数与在该测量周期中点的值近似相等，有：

                          （14）

E为a计数测量仪对a粒子的探测效率；

    利用式（14）对的数据进行非线性拟合，能得到、、、、A₀的值；然后根据式（1）、（2）倒推得到空气中RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度；

B、求在第i个测量周期的积分：

                               （15）

应用最小二乘法求解²²²Rn,²²⁰Rn子体浓度，引入残差：

                            （16）

式中w_i是i计数段的权重因子，权重因子的引入是考虑每个计数段的计数统计误差不同对拟合结果的误差影响；

根据最小二乘法原理，使得残差取最小值，能得到、、、、A₀的值，然后根据式（1）、（2）倒推得到空气RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度；

上述方法采用的²²²Rn、²²⁰Rn子体采集系统由带有滤膜的采样头、采样杆、流量计、连接管和空气采样泵组成，采样头和采样杆连接，采样杆和流量计连接，流量计通过连接管和空气采样泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用a粒子总计数测量空气中²²²Rn、²²⁰Rn子体的方法，其特征是：用以长时间间隔t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆为测量周期取代短时间间隔t为测量周期，时间t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆的值分别为10-120分钟，测量周期为6个，其计算方法为： 

6个测量周期的计数分别为，，，，，，

                              （17）

                            （18）

                                   （19）

                                （20）

                              （21） 

                              （22）

将，，，，，值带入式（17）、（18）、（19）、（20）、（21）、（22），解得、、、、A₀的值的值，然后根据式（1）、（2）倒推得到空气中RaA、RaB、RaC、ThB、ThC活度浓度。