[发明专利]多片CR-39同步测量有效衰变常数和氡析出率的装置及方法

权利要求书

1.多片CR-39同步测量有效衰变常数和氡析出率的装置，其特征是：包括集氡罩收集室筒体、集氡罩收集室端盖、m片CR-39固体核径迹探测器、m-1块金属片及m-1块磁铁；

集氡罩收集室端盖上设有系绳环，m片CR-39固体核径迹探测器分别通过结粘板结粘在集氡罩收集室端盖上，m-1块金属片通过牵引绳系在集氡罩收集室端盖上的系绳上，m-1块磁铁放置在集氡罩收集室顶部的集氡罩收集室端盖上，通过m-1块磁铁将m-1块金属片吸附在其中m-1片CR-39固体核径迹探测器的探测面上，每一块磁铁对应一块金属片，筒体和端盖采用固定密封连接，其中m≥3；

所述的金属片的直径大于CR-39固体核径迹探测器探测面的直径，所述的四片CR-39固体核径迹探测器的型号大小和探测面积S完全相同。

2.如权利要求1所述的多片CR-39同步测量有效衰变常数和氡析出率的装置，其特征是：所述集氡罩收集室筒体和集氡罩收集室端盖采用螺纹连接，并通过密封圈密封。

3.应用于权利要求1或2的多片CR-39同步测量有效衰变常数和氡析出率的装置的方法，其特征是：包括测量过程及计算过程，

一、测量过程

将集氡罩收集室筒体的开口端扣在待测介质的表面，测量开始时，集氡罩收集室顶部端盖上的第一片CR-39固体核径迹探测器完全暴露在集氡罩收集室内的空气中，第二片CR-39固体核径迹探测器的探测面上贴有第一块金属片，通过放置在集氡罩收集室顶部端盖上的第一磁铁将第一金属片吸附在第二片CR-39固体核径迹探测器的探测面上，……,第m片CR-39固体核径迹探测器的探测面上贴有第m-1金属片，通过放置在集氡罩收集室顶部端盖上的第m-1磁铁将第m-1金属片吸附在第m片CR-39固体核径迹探测器的探测面上；

当测量时间到达t₁时，将集氡罩收集室端盖上用来吸附第二片CR-39固体核径迹探测器探测面上第一金属片的第一磁铁拿去，第一金属片失去第一磁铁的吸附力后从第二片CR-39固体核径迹探测器的探测面掉下，被牵引绳悬挂在端盖上，使得第二片CR-39固体核径迹探测器的探测面完全暴露在集氡罩收集室内的空气中；

……；

当测量时间到达t_m时，将集氡罩收集室端盖上用来吸附第m片CR-39固体核径迹探测器探测面上第m-1金属片的第m-1磁铁拿去，第m-1金属片失去第m-1磁铁的吸附力后从第m片CR-39固体核径迹探测器的探测面掉下，被牵引绳悬挂在端盖上，使得第m片CR-39固体核径迹探测器的探测面完全暴露在集氡罩收集室内的空气中；

测量结束后，将每片CR-39固体核径迹探测器分别做好标记从集氡罩收集室端盖上拿下，并放入强碱溶液蚀刻环境下进行蚀刻—清洗—晾干；然后将放在显微镜下进行读数，分别记录每片CR-39固体核径迹探测器的读数分别为n₁、n₂、……、n_m；

二、计算过程

通过精密测量仪器测量得到每片CR-39固体核径迹探测器总视野面积的读数，通过将每片CR-39固体核径迹探测器置于显微镜下逐个视野的读数求和得到总径迹数，即径迹数，根据每片CR-39固体核径迹探测器的总视野面积读数和径迹数计算得到径迹密度，公式如下：

(1)

其中，ρ为径迹密度，单位为Track/cm²；n为CR-39固体核径迹探测器读出的径迹数，单位为Track；s为总视野面积，单位为cm²；

根据计算得到的径迹密度和在暴露时间下测量的氡浓度得到刻度系数K为如下公式：

(2)

其中， _n为氡浓度，单位为Bq/m³；t为曝光时间，单位为h；

将公式（1）代入公式（2），得到氡浓度的计算公式为：

(3)

根据第一片CR-39固体核径迹探测器的读数n₁代入公式（3）计算出在0～t_m时间段内的氡浓度值，记为N₁；根据第二片CR-39固体核径迹探测器的读数n₂代入公式（3）计算出在t₁～t_m时间段内的氡浓度值，记为N₂；……；根据第m片CR-39固体核径迹探测器的读数n_m代入公式（3）计算出在t_m-1～t_m时间段内的氡浓度值，记为N_m；

静电收集法测氡仪测量腔内的氡浓度(t)为：

(4)

其中，J为被测介质表面氡析出率，单位为Bq/m²/s；S为集氡罩收集室的底面积，面积单位为m²；V为集氡罩收集室的体积，体积单位为L；为有效衰变常数，单位为s^-1；t为收集氡的时间，单位为h；

对公式(4)进行求解，得到氡浓度C(t)的计算式为：

(5)

由于集氡罩收集室内测量的初始氡浓度为零，将t=0代入方程(5)能够求出参数C₀的值，从而公式（5）为：

(6)

由集氡罩收集室内CR-39固体核径迹探测器所测量的氡浓度与静电收集法测氡仪测量氡浓度相等，从而采用公式（6）用第一片CR-39固体核径迹探测器的读数反推0～t_m时间内的平均氡浓度，得到：

(7)

用第二片CR-39固体核径迹探测器的读数反推t₁～t_m时间内的平均氡浓度，得到：

(8)

……；

用第m片CR-39固体核径迹探测器的读数反推 t_m-1～t_m时间内的平均氡浓度，得到：

(m-6)

联立公式(7) 、(8)、 ……和 (m-6)，对m片CR-39固体核径迹探测器读数的数据N₁～N_m进行非线性拟合，从而拟合出任意时间段的被测介质表面氡析出率J和有效衰变常数。