钍射气浓度的校准与测量方法研究

发布时间：2019-10-08 07:05

【摘要】：[研究目的]钍射气(222Rn)是一种天然存在的放射性气体,它是镭射气(222Rn,俗称氡气)的同位素。与222Rn及其子体一样,高浓度220RN及其子体的长期吸入也可能诱发肺癌等健康疾患。另一方面,大气环境中220Rn和202Rn通常共存且难以甄别,因此,高浓度220Rn的存在还会影响222Rn浓度的准确测量与定值。鉴于目前国内外对220Rn浓度测量方法及其校准装置的研究尚少,且我国还存在有不少高220Rn浓度环境。为了保证环境中220Rn浓度的准确测量,本研究在建立220Rn浓度测量校准实验平台的基础上,深入研究流气式和被动累积式等220Rn浓度的准确测量方法。其研究结果不仅可为开展大气环境中220Rn浓度的准确测量、研究大气中220Rn的分布及其行为规律等提供方法与手段,同时也可为开展大气环境中222Rn浓度的准确测量提供参考和质量保证,为正确评估大气中的222Rn/220Rn及其子体吸入所致公众的健康风险提供技术手段和剂量学依据。[研究方法] 作为建立220Rn浓度测量与校准实验平台的基础,首先基于离子交换技术研制树脂颗粒状钍射气源,通过实验研究定量掌握其离子交换效率等基础特性。基于理论计算和分析,结合自行研制的钍射气源特性和商用恒温恒湿箱以及风扇系统的特性,设计一个腔体内220Rn浓度相对稳定且分布均匀、空间大小适合于开展常用220Rn浓度测量仪器或探测器校准的实验装置；通过实验研究确证该装置的220Rn浓度可调范围、均匀性、稳定性和平衡时间等特性。基于ZnS(Ag)闪烁体对α粒子的探测原理,考虑220Rn在采样管道和闪烁室内衰变的修正,提出流气式测量220Rn浓度的准确方法、研制测量装置,并通过与德国联邦物理技术研究院(PTB)的比对实验以确立本研究建立的测量方法。为拓展本测量方法的应用,基于加权最小二乘法与计算机模拟实验,还对抓取式220Rn/222Rn甄别方法的测量时间表进行优化,并通过C++编程编写抓取式方法220Rn/222Rn浓度反推软件。为进一步提高利用固体核径迹氡探测器开展220Rn/222Rn浓度被动累积测量的准确性,为探测器设计合适的换气率与尺寸；结合热力学定理和蒙特卡洛计算方法,着重探讨了大气环境条件(气压、温度、湿度、凝露)对常见固体核径迹氡探测器测量结果的影响。另外,本研究还基于BaFX对放射性的成像技术,通过蒙特卡洛模拟和实验,开发了用BaFX板测量220Rn浓度及其空间分布的新方法。[研究结果] 制作的树脂颗粒状钍射气源离子交换效率高(高于98.5%),性能稳定。研制的钍射气室有效体积约218 L,具有良好的稳定性(波动小于3%)与均匀性(不均匀度小于5.5%),220Rn浓度在4.05～12.35 kBq m-3范围内可调,可迅速平衡,混杂222Rn浓度极低,可作为钍射气浓度校准装置。对于流气式220Rn测量方法,流气式采样时衰变效应不可忽略,建议增大流速至2L/min以上,缩短采样管道以减少衰变损失及衰变修正系数的不确定性。研制的ZnS(Ag)闪烁室流气式刻度系数为53.70 Bq m-3/cpm,在60分钟连续测量时,探测下限可到达23Bq m-3。抓取式220Rn/22Rn甄别方法的测量时间表建议采用每1min为一个测量段,共测量10段,结合加权最小二乘法可降低220Rn测量误差。优化设计的固体核径迹氡探测器具有较高的刻度系数,换气率适于甄别220Rn/222Rn。气压或温度变化对尺寸较大的固体核径迹氡探测器影响较大(5.7%～28%),准确测量时需加以修正；由高湿度或气温骤降引起的凝露现象会破坏探测器的探测能力,应尽量避免。建立的BaFX成像板测量220Rn浓度方法,刻度系数为3.05±0.08 count cm-2/(Bqm-3h)。因探测器面积大,被动式测量无扰动等优点,适合于测量220Rn浓度分布。[研究结论] 本研究自主研制了一个220Rn浓度稳定、可控、分布均匀的钍射气室,可用于开展常见类型220Rn浓度测量仪器(或探测器)的校准。同时可为开展220Rn的相关研究提供实验平台。研制的卢卡斯闪烁室测量装置,经德国联邦物理技术研究院(PTB) 220Rn浓度初级标准校准刻度,可用于220Rn浓度的快速准确测量与220Rn/222Rn甄别。对固体核径迹氡探测器的设计与讨论,为提高大规模220Rn/222Rn浓度调查的准确性提供技术支持与建议,有助于准确评估公众所受220Rn/222Rn照射量。开发了用BaFX板测量220Rn浓度的新方法,适用于测量220Rn浓度分布。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R144

【引证文献】

相关会议论文 前1条

1 杨明理;王尔奇;张伟;胡鹏华;魏广芝;;采用最小二乘法的氡子体多段测量方法初步研究[A];第三次全国天然辐射照射与控制研讨会论文汇编[C];2010年

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本文编号：2546181