[发明专利]一种开环式原位测量水体氡析出率的方法和装置

权利要求书

1.一种开环式原位测量水体氡析出率的装置，包括水面托架（1）、集氡罩（2）、流量计（3）、抽气泵（4）、测氡仪（5）、干燥管（6）、抽气泵（7），其特征在于，集氡罩（2）安装在水面托架（1）中心位置，集氡罩可以在水面托架的中心位置上下移动，

集氡罩顶部通过软管连接到干燥管（6）和抽气泵（7），干燥管通过软管连接到测氡仪（5），在干燥管与测氡仪之间的软管路上设有流量计（3）和抽气泵（4）。

2.根据权利要求1所述的一种开环式原位测量水体氡析出率的装置，其特征在于，所述水面托架采用轻型材料制成，水面托架中心有一个略大于集氡罩横截面直径的开孔，在开孔周围装有用来固定集氡罩的螺丝（13），开孔外围设有三个浮球（12），三个浮球（12）通过连接件（11）连接到开孔上，三个浮球在开孔外围圆周上形成均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的一种开环式原位测量水体氡析出率的装置，其特征在于，所述集氡罩呈圆柱形，在集氡罩的上部设有储水仓（24），储水仓顶部设有抽气管（27），储水仓底部设有进水管（22），集氡罩顶部设有集氡罩进气管（25）及集氡罩出气管（21），集氡罩进气管（25）的进气孔附近设有进气管滤网（26）；用于过滤集氡罩进气管（25）中进入的空气中的杂质，集氡罩外壁上刻有刻度线（23），用于读取集氡罩内空气体积。

4.根据权利要求1所述的一种开环式原位测量水体氡析出率的装置，其特征在于，所述干燥管设有干燥管进气管（61）及干燥管出气管（62），干燥管内部布满变色硅胶（63），变色硅胶用于降低集氡罩内进入测氡仪的空气的湿度，防止湿度过大对测量结果的准确性产生影响。

5.一种开环式原位测量水体氡析出率的方法，其特征在于，其测量过程如下：

步骤1、将集氡罩安装在水面托架的开孔内，使集氡罩底部与待测水体表面保持一定距离，并将托架经水面移动到待测位置；

步骤2、对集氡罩顶部的储水仓缓慢抽气，在负压的作用下集氡罩下部水体缓慢通过储水仓底部进水管吸入储水仓，集氡罩缓慢浸入水中；当储水仓充满水时，关闭抽气管，此时集氡罩与待测水体表面形成预定体积的密闭空间；

步骤3、当完成步骤1之后，运行氡浓度测量系统，测定并记录集氡罩外部环境中的氡浓度，测氡仪的示数，单位为；经公式（1）得到集氡罩外部环境中的氡浓度C₀，单位为；

=（1）

考虑到氡的衰变常数λ为2.1×10^-6s^-1，当集氡罩内的空气从集氡罩进入测氡仪的时间t_e较短，由氡的衰变导致的氡浓度的下降可以忽略不计时，≈C₀，式中，，单位为s；其中V₁是集氡罩至测氡仪之间连接软管的内部总体积，单位为m³；λ是氡的衰变常数（2.1×10^-6）；是气流流率，单位为；

步骤4、当步骤2结束后，迅速启动氡浓度测量系统使其连续运行，测量集氡罩内的氡浓度，并记录氡浓度测量系统连续运行时间t，单位为s；

步骤5、在系统运行过程中，集氡罩内的氡浓度随时间的变化可以用式（2）来描述：

（2）

式中，C₁为集氡罩内的氡浓度，单位为；S为集氡罩所覆盖的水体的表面积，单位为m²；V是指集氡罩内部空气的体积，单位为m³；是集氡罩外部环境中的氡浓度，单位为；

对于公式（2），t=0时，C₁=C₀，该常微分方程的解为：

（3）

此处，λ_v是换气速率，单位为次/s，；t为氡浓度测量系统连续运行时间，单位为s；是考虑到气体从集氡罩流动到测氡仪时间内氡衰变损失之后的氡浓度，单位为；该浓度可以用公式（4）来表示：

（4）

根据公式（3）与公式（4）可得氡析出率的估算公式为：

（5）

当集氡罩距离测氡仪的距离很小时，即可忽略气体从集氡罩流动到测氡仪时间t_e中氡的衰变量值，，此时公式（5）可以简化为公式（6）：

（6）

步骤6、记集氡罩内氡浓度的测定所需时长为，单位为s；当测量系统连续运行换气时间，即可得出时刻t+t_e时集氡罩内的氡浓度C₂，再根据公式（5）计算测量点的氡析出率J的值，单位为；当时间t_e较短，采用公式（6）计算测量点的氡析出率J的值。