γ谱法监测放射性气溶胶

发布时间：2020-09-17 07:21

　　 气溶胶在书籍中的定义是指:任何物质的微粒,可以是固态或者液态形式,悬浮在气体介质中(通常是指空气)形成的具有统一性质的胶状体系;简单的解释,气溶胶就是悬浮在空气中的微粒。对于气溶胶这个概念,人们可能不太熟悉,但是气溶胶在我们的生活中却随处可见,如做饭产生的油烟;打扫房间产生的灰尘;大清早空气中的薄雾,这些都属于气溶胶的一种,因此可以说气溶胶完全充斥着人类的生活环境,所以对气溶胶的监测是完全有必要的。如果悬浮在气体介质中的微粒物,本身具有放射性的话,那么形成的气溶胶体系也会具有放射性,我们称这种气溶胶为放射性气溶胶。放射性气溶胶在目前的社会环境中主要有二种分布最广泛,危害最大,就是天然铀、钍放射系中的衰变子体形成的气溶胶与核电站中的裂变产物泄漏形成的气溶胶,它们是辐射防护中重点关注的对象。从人类意识到放射性气溶胶的危害开始,放射性气溶胶监测方法就不断进行更新。但是以往的气溶胶监测都是依靠气溶胶的α或者β放射性来进行的,是将空气中的气溶胶颗粒收集到滤膜上,在通过α、β探测器探测滤膜发射的α、β计数以此来完成监测。但是我们都知道,α射线一般能量比较高,穿透性极差,经常在探测过程中形成能谱展宽,β射线更不用说,一般都是连续谱,这对于放射性气溶胶监测来说很不利,所以传统的放射性气溶胶监测方法大都只是用来超量报警,无法区分气溶胶中的放射性核素。为了解决这一问题,本文研究了根据放射性气溶胶γ放射性来进行监测方法,该方法使用闪烁体探测器测量富集后的气溶胶样品产生的γ射线能谱图,通过能谱分析来达到核素分辨的目的,由于γ射线穿透性强,能量损失小,能谱展宽小,分辨率非常好,完全可以实现核素分辨的目的。天然铀、钍放射系中的衰变子体形成的气溶胶最主要的天然放射性气溶胶,在放射性监测当中的也是主要的天然本底。由于气溶胶颗粒都是天然铀、钍放射系中的衰变子体,那么它们也一定服从铀、钍放射系中的某些衰变规律,本文从这方面入手,理论分析了衰变子体在空气当中的运动规律,得出了一些结论,同时进行推广,根据气溶胶收集到滤膜上的过程,结合气流运动方程,给出了气溶胶颗粒在滤膜上的运动规律。人工放射性气溶胶监测主要关心的是核电站泄漏所产生的裂变产物气溶胶,那么这些裂变产物就是气溶胶监测中的源项。本文首先分析了裂变产物在核电站的泄露过程,同时根据2011年日本福岛核电站事故后,周围环境的监测数据给出了裂变产物气溶胶的源项,证明了它们大都是具有γ放射性的,所以利用γ放射性进行监测是可行的。气溶胶监测一般分为在线式与非在线式二种,非在线式测量一般是将收集到的气溶胶样品送往实验室进行分析测量,得到的结果一般很精确,但是由于将样品送往实验室的过程中具有时间差。这个时间差很难控制,所以不利于半衰期短的核素测量。为了改善这一个问题,于是提出了在线式气溶胶监测方式,它是设计出一套监测系统,能够同时进行气溶胶采样与放射性测量,简单说就是边采集边探测。考虑到实验精度问题,本文采用的是在线式测量方式,参考国外的监测装置,组装了一套在线式监测系统,它分为三部分:气溶胶采集系统、气溶胶探测系统、空气流通回路。利用机械结构将这三部分合理的结合在一起。本文采用的闪烁体探头为碘化钠晶体与溴化镧晶体,为了了解探头的性质,本文在能量分辨率、稳峰方法、成本方面都对二者进行了比较,同时较为详细的简介了监测系统的各个部分,对监测系统有个直观的了解。为了证明γ谱法监测的优秀性能,为了验证了本文前面关于空气中、滤膜上铀、钍放射系中的衰变子体运动状态的理论分析,本文首先介绍了一种α放射性监测气溶胶的方法-218Po测氡法,并进行实验分析,同时对α放射性监测的特征有一个初步了解,;然后通过模拟计算将γ谱法与其它放射性检测方法的探测下限进行对比,证明了γ谱法良好的探测下限。本文也测量了60Co、137Cs和133Ba三种核素混合源的测量能谱,并利用该能谱测试了γ谱法的核素分辨能力,结果表明γ谱法能够有效识别出能谱中的主要能峰,并且较为准确地推算出放射源中的各核素活度,从而使气溶胶监测具有核素识别能力,这是相比于传统放射性气溶胶监测的创新之处。
【学位单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL81

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本文编号：2820417