论文部分内容阅读
氡属于天然产生的放射性惰性气体,几乎无处不在,是天然辐射照射的主要来源之一。222Rn与220Rn是氡的两种常见同位素,有222Rn的地方几乎就有220Rn。一直以来222Rn子体尤其是220Rn子体对环境的辐射剂量贡献一直被低估,由于222Rn/220Rn子体是固体金属颗粒与作为惰性气体的222Rn/220Rn不一样,被吸入后大部分将沉积在人体的肺部,导致222Rn/220Rn子体对人体有效当量剂量的贡献要远大于222Rn/220Rn。为了准确地评价环境中尤其是高钍本底地区、稀土生产厂房等特殊环境222Rn/220Rn及其子体所致剂量与危害,需要高质量地估算222Rn/220Rn及其子体所致剂量,就必须要进行222Rn/220Rn及其子体暴露量的监测。因此需关注222Rn/220Rn子体水平的快速、连续测量方法与测量装置。目前常用的222Rn/220Rn子体水平测量装置(如加拿大的WLx、德国的LCD-BWLM、EQF3200),能通过测量一定时间内的α计数,根据222Rn/220Rn与其子体之间平衡关系连续给出测量环境222Rn、220Rn平衡当量浓度(EEC)或潜能(PAEC),以及222Rn的三个短寿命子体Ra A(218Po)、Ra B(214Pb)、Ra C(214Bi)的活度浓度。因222Rn/220Rn与其子体之间(尤其是220Rn与220Rn子体之间)的平衡关系会随环境气溶胶水平和气候气象参数的变化而变化,显然通过直接测量222Rn/220Rn子体活度浓度来评价测量环境中222Rn/220Rn子体所致剂量更准确、更具剂量学意义。本文系统调研了目前222Rn/220Rn子体的测量方法,基于α能谱法建立了一种无需频繁更换滤膜的222Rn/220Rn子体连续测量方法。在此基础上分析了影响连续测量仪测量准确度的各种因素,提出了高性能222Rn/220Rn子体连续测量仪的设计方案,解决了相关关键技术问题,最终研制成功222Rn/220Rn子体连续测量仪,并完成了相关测试、刻度与初步应用。主要内容包括:(1)引入子体的累积活度函数,根据描述222Rn/220Rn子体富集、衰变过程的贝特曼衰变方程。建立了基于α能谱方法的222Rn/220Rn子体连续测量方法(一张滤膜工作7天左右)。(2)通过理论分析与实验研究解决了影响连续测量方法测量准确度与可靠性的三个关键技术问题,包括:可调控220Rn子体测量环境的实现、α放射性气溶胶的沉积对滤膜自吸收的影响、混合222Rn、220Rn子体α能谱重叠因子的确定。(3)开展了连续测量方法在纯220Rn子体环境、混合222Rn、220Rn子体环境与参考方法的对比实验研究以及连续测量方法前次测量对当次测量影响的实验研究,结果表明:应用连续测量方法测量222Rn/220Rn子体有较高的准确度与可靠性,当220Rn子体水平低至100 Bq/m3左右时,方法的不确定度控制在5%以内;引入累积活度函数来消除此前测量收集的222Rn/220Rn子体对当次测量影响的方法是合理可行的,并未导致明显的误差传递。(4)在解决关键技术问题的基础上,完成了仪器总体设计、机械设计加工、电路测控系统研制、软件设计与编译、仪器各项性能测试与探测效率刻度六项工作。研制了222Rn/220Rn子体连续测量仪。(5)开展了纯222Rn子体与室内两种测量环境连续测量仪的初步应用研究。连续测量仪在两种测量环境下的应用测试结果符合222Rn室内222Rn子体以及室内222Rn/220Rn子体的分布特征与变化规律。检验了连续测量仪的长期工作的稳定性与可靠性,达到了预期效果。总之,本文建立的222Rn/220Rn子体连续测量方法在80-3000Bq/m3测量环境中的准确度与可靠性较好,能消除基于迭代扣除算法方法误差。在解决影响方法测量准确度与可靠性的关键技术问题的基础上研制的222Rn/220Rn子体连续测量仪不需抽真空、结构简单、操作维护方便、不需频繁更换滤膜。完全满足在稀土生产场所及高钍本底地区等环境与场所222Rn/220Rn子体水平的连续监测的要求。