[发明专利]一种连续测量钍射气子体浓度的方法

摘要

本发明涉及一种环境中放射性气溶胶的监测技术，是一种在不更换滤膜条件下有限次连续测量环境中钍射气子体浓度的方法。本发明通过首次取样测量待测环境中²²⁰Rn子体的浓度然后在不更换滤膜的条件下继续取样t₀min后通过α粒子探测器测得第j次采样所得样品在取样后[T_j1,T_j2]、[T_j2,T_j3]时间段所发射的8.78MeVα粒子的积分计数、N_j(α)[T_j1,T_j2]、N_j(α)[T_j2,T_j3]；并根据公式(19a)、(19b)计算得出N_j″(α)[T_j1,T_j2]、N_j″(α)[T_j2,T_j3]；然后根据公式(20)计算待测环境中²²⁰Rn子体浓度

主权项

一种连续测量钍射气子体浓度的方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一首次取样测量待测环境中²²⁰Rn子体的浓度将采样滤膜首次置于钍射气流速为ν₁L/min的待测环境中，采样t₀min后，取出采样滤膜并将其置于α粒子探测器中，连续测量[T₁₁,T₁₂]、[T₁₂,T₁₃]时间段内，8.78MeVα粒子的积分计数值N₁(α)[T₁₁,T₁₂]、N₁(α)[T₁₂,T₁₃]；将N₁(α)[T₁₁,T₁₂]、N₁(α)[T₁₂,T₁₃]代入式(3)中，得到待测环境中²²⁰Rn子体初始浓度$\left[\begin{array}{c}{C}_{ThB}^1\\ C_{ThC}^1\end{array}\right]=\frac{1}{v_1{\mathrm{E\ηK}}_{\mathrm{\α}}}{\[M\]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{N}_1\left(\mathrm{\α}\right)\[T_{11,}{T}_{12}\]\\ N_1\left(\mathrm{\α}\right)\[T_{12,}{T}_{13}\]\end{array}\right]---\left(3\right)$式(3)中ν₁是首次采样时钍射气流速，单位为L/min，E为α粒子探测器的探测效率，η为滤膜的过滤效率，K_α为滤膜的自吸收系数，[M]^‑1为由采样时间，测量时间段计算得到的时间因子矩阵的逆矩阵；步骤二第j次取样测量以及计算第j次取样所采集的“新鲜”子体在第j次取样后[T_j1,T_j2]、[T_j2,T_j3]时间段所发射的8.78MeVα粒子的积分计数N″_j(α)[T_j1,T_j2]、N″_j(α)[T_j2,T_j3]将完成第j‑1次采样测量的滤膜置于钍射气流速为ν_jL/min的待测环境中，采样t₀min后，取出采样滤膜并将其置于α粒子探测器中，连续测量通过α粒子探测器测得第j次采样所得样品在取样后[T_j1,T_j2]、[T_j2,T_j3]时间段所发射的8.78MeVα粒子的积分计数N_j(α)[T_j1,T_j2]、N_j(α)[T_j2,T_j3]；并根据公式(19a)、(19b)计算得出第j次取样所采集的“新鲜”子体在第j次取样后[T_j1,T_j2]、[T_j2,T_j3]时间段所发射的8.78MeVα粒子的积分计数N″_j(α)[T_j1,T_j2]、N″_j(α)[T_j2,T_j3]；N″_j(α)[T_j1,T_j2]＝N_j(α)[T_j1,T_j2]‑N′_j(α)[T_j1,T_j2]    (19a)N″_j(α)[T_j2,T_j3]＝N_j(α)[T_j2,T_j3]‑N′_j(α)[T_j2,T_j3]   (19b)公式(19a)、(19b)中：N′_j(α)[T_j1,T_j2]、N′_j(α)[T_j2,T_j3]分别表示此前j‑1次取样测量残留在滤膜上的ThB、ThC最终衰变成ThC'对第j次测量时，T_j1‑T_j2，T_j2‑T_j3时间段产生的8.78MeVα粒子积分计数值；N′_j(α)[T_j1,T_j2]、N′_j(α)[T_j2,T_j3]按以下方法，计算得到：假设：忽略同一张滤膜的采样流率、子体收集效率、自吸收系数、探测效率、能谱峰重叠因子在多次连续采样后的变化；则滤膜第j次测量采样完成后累积在滤膜上的ThB、ThC的累积活度函数表示为$\left\{\begin{array}{c}{A}_{tb}^j\left(t\right)=A_{tb}^{\′j}\left(t\right)+A_b^j\left(t\right)---\left(4\right)\\ A_{tc}^j\left(t\right)=A_{tc}^{\′j}\left(t\right)+A_c^j\left(t\right)---\left(5\right)\end{array}\right.$其中是此前j‑1次测量采样累积在滤膜上的ThB、ThC衰变到第j次采样结束后t时刻的活度，是第j次采样收集的“新鲜”的ThB、ThC在第j次采样结束后t时刻的活度；因“旧”子体ThB、ThC已没有新的来源，所以按时间的衰变规律，表示如下：$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dA}}_{tb}^{\′j}\left(t\right)}{dt}=-{\mathrm{\λ}}_b{A}_{tb}^{\′j}\left(t\right)---\left(6\right)\\ \frac{{\mathrm{dA}}_{tc}^{\′j}\left(t\right)}{dt}={\mathrm{\λ}}_c{A}_{tb}^{\′j}\left(t\right)-{\mathrm{\λ}}_c{A}_{tc}^{\′j}\left(t\right)---\left(7\right)\end{array}\right.$式(6)、式(7)中，λ_b为ThB原子的衰变常数、λ_c为ThC原子的衰变常数，t为时间变量，其中t的取值方式为：在每一次采样完成时，t自动归零，所述t的取值范围为：当次测量周期采样完成时至下次测量周期采样完成时；由初始条件t＝0时，解式(6)、(7)，得的具体表达式如下；$\left\{\begin{array}{c}{A}_{tb}^{\′j}\left(t\right)=A_{tb}^{j-1}\left(t_0\right)e^{-{\mathrm{\λ}}_{b}t}---\left(8\right)\\ A_{tc}^{\′j}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{{\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b}{A}_{tb}^{j-1}\left(t_0\right)e^{-{\mathrm{\λ}}_{b}t}+\[A_{tc}^{j-1}\left(t_0\right)-\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{{\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b}{A}_{tb}^{j-1}\left(t_0\right)\]e^{-{\mathrm{\λ}}_{c}t}---\left(9\right)\end{array}\right.$式(8)、式(9)中，t₀为采样时间，是第j‑1次测量采样完成时滤膜上的ThB、ThC的各自的总放射性活度，的计算过程为：将第j‑1次的测量结果代入(10)、(11)两式计算得到第j‑1次测量采样完成时被滤膜收集的“新鲜”钍射气ThB、ThC两种子体的活度；$\left\{\begin{array}{c}{A}_b^{j-1}\left(t_0\right)=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_b^2}{\mathrm{\ηC}}_{ThB}^{j-1}{v}_{j-1}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_b{t}_0})---\left(10\right)\\ A_c^{j-1}\left(t_0\right)={\mathrm{\ηC}}_{ThB}^{j-1}{v}_{j-1}\[\frac{1}{({\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b){\mathrm{\λ}}_b}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_b{t}_0})-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_c({\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b)}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_c{t}_0})\]+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_c^2}{\mathrm{\ηC}}_{ThC}^{j-1}{v}_{j-1}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_c{t}_0})---\left(11\right)\end{array}\right.$式(10)、(11)中，v_j‑1是第j‑1次采样时钍射气流速，单位为L/min，η为滤膜的过滤效率，t₀为单次采样时时间；λ_b为ThB原子的衰变常数；λ_c为ThC原子的衰变常数；e为自然底数；而第j‑1次采样完成时滤膜上收集的ThB、ThC两种子体的总活度可表示为：$\left\{\begin{array}{c}{A}_{tb}^{j-1}\left(t\right)=A_b^{j-1}\left(t_0\right)+A_{tb}^{\′j-1}\left(T_{j-1}^{\′}\right)---\left(14\right)\\ A_{tc}^{j-1}\left(t_0\right)=A_c^{j-1}\left(t_0\right)+A_{tc}^{\′j-1}\left(T_{j-1}^{\′}\right)---\left(15\right)\end{array}\right.$式(14)、(15)中分别表示前j‑2次测量采样收集的ThB、ThC两种子体衰变到第j‑1次测量采样完成时的活度，其表达式分别为式(16)、式(17)；$\left\{\begin{array}{c}{A}_{tb}^{\′j-1}\left(T_{j-1}^{\′}\right)=A_{tb}^{j-2}\left(t_0\right)e^{-{\mathrm{\λ}}_b{T}_{j-1}^{\′}}---\left(16\right)\\ A_{tc}^{\′j-1}\left(T_{j-1}^{\′}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{{\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b}{A}_{tb}^{j-2}\left(t_0\right)e^{-{\mathrm{\λ}}_b{T}_{j-1}^{\′}}+\[A_{tc}^{j-2}\left(t_0\right)-\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{{\mathrm{\λ}}_c-{\mathrm{\λ}}_b}{A}_{tb}^{j-2}\left(t_0\right)\]e^{-{\mathrm{\λ}}_c{T}_{j-1}^{\′}}---\left(17\right)\end{array}\right.$式(16)、(17)中当j＝2时，当j大于等于3时，由于此时均为已知量，所以按公式(16)、(17)算出其中T′_j‑1是表示第j‑2次测量到第j‑1次测量的间隔时间；t₀为单次采样时时间；λ_b为ThB原子的衰变常数；λ_c为ThC原子的衰变常数；e为自然底数；在式(16)、(17)中令j‑1＝j，计算得到然后将代入式(18)中，公式(18)中，λ_b为ThB原子的衰变常数、λ_c为ThC原子的衰变常数，E为α粒子探测器的探测效率，K_α为滤膜的自吸收系数；当式(18)中的即可计算得出前j‑1次残留在滤膜上的ThB、ThC最终衰变成ThC'对第j次测量时T₁‑T₂时间段产生的α粒子积分计数值N′_j(α)[T_j1,T_j2]；当式(18)中的即可计算出计算得出前j‑1次残留在滤膜上的ThB、ThC最终衰变成ThC'对第j次测量时T₂‑T₃时间段产生的α粒子积分计数值N′_j(α)[T_j2,T_j3]；将计算得到的N′_j(α)[T_j1,T_j2]、N′_j(α)[T_j2,T_j3]代入公式(19a)、(19b)中，得到N″_j(α)[T_j1,T_j2]、N″_j(α)[T_j2,T_j3]；步骤三将步骤二所得N″_j(α)[T_j1,T_j2]、N″_j(α)[T_j2,T_j3]代入公式(20)中，计算得出第j次采样时，待测环境中²²⁰Rn子体浓度$\left[\begin{array}{c}{C}_{ThB}^j\\ C_{ThC}^j\end{array}\right]=\frac{1}{v_j{\mathrm{E\ηK}}_{\mathrm{\α}}}{\[M_j\]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{N}_j^{\′\′}\left(\mathrm{\α}\right)\[T_{j1},T_{j2}\]\\ N_j^{\′\′}\left(\mathrm{\α}\right)\[T_{j2},T_{j3}\]\end{array}\right]---\left(20\right)$式(20)中，N″_j(α)[T_j1,T_j2]表示第j次采样所得新鲜²²⁰Rn子体在[T_j1,T_j2]检测时间段所得的8.78MeVα粒子的积分计数值；N″_j(α)[T_j2,T_j3]表示第j次采样所得新鲜²²⁰Rn子体在[T_j2,T_j3]检测时间段所得的8.78MeVα粒子的积分计数值；ν_j是第j次采样时的流率，单位为L/min，E为α粒子探测器的探测效率，η为滤膜的过滤效率，K_α为滤膜的自吸收系数，[M_j]^‑1为由第j次采样时间，测量时间段计算得到的时间因子矩阵的逆矩阵。