YUAN HONGZHI (CN)
WO2010004366A1 | 2010-01-14 |
CN102176044A | 2011-09-07 | |||
CN103018765A | 2013-04-03 | |||
CN102043159A | 2011-05-04 | |||
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GB2106641A | 1983-04-13 | |||
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MA, WENRONG ET AL.: "Analysis about the Influence of Temperature and Humidity on the Collecting Efficiency of Radon Monitor Based on Electrostatic Collection", NUCLEAR ELECTRONICS & DETECTION TECHNOLOGY, vol. 32, no. 4, April 2012 (2012-04-01), pages 482 - 484
长沙正奇专利事务所有限责任公司 (CN)
权 利 要 求 1、 一种不受环境温、 湿度影响的静电收集法测量氡的方法, 其 特征是: 它是通过降低静电收集测量腔内的气压到某个阈值之下, 使 得在 0-45度工作温度范围, 外界环境空气相对湿度在 0%-100%变化 时, 静电收集测量腔对带正电的 218Po粒子收集到探测器表面的收集 效率基本不变, 使得探测效率不随外界环境的温、 湿度变化而变化, 该阈值由测量腔几何因子和测量腔内的电场强度分布有关。 2、 根据权利要求 1所述的一种不受环境温、 湿度影响的静电收 集法测量氡的方法, 其特征是: 采用 RAD7测氡仪测量氡浓度时, 在 RAD7 测氡仪测量腔的进气管道上设置一个调节阀, 在测量腔的出气 管道上设置一个采样泵, 通过调节阀调节测量腔的气压, 将测量腔内 的气压降到 1/m个大气压后再采用静电收集法测量氡浓度;其中 m为 有理数, 根据不同测量腔几何因子及电场强度及分布条件取不同的 值; 对于常规的静电收集法的测量腔, 其内部气压及温、 湿度与外界 相同, 由于其在常温 0°_45°下及测量腔的腔体内空气相对湿度 x% 时, 其探测效率基本恒定, 在测量腔腔体及半导体探测器之间所加高 压电压为 U, 在该腔体任取一点 Q, 带正电的 218Po离子从该点漂移到 半导体探测器的距离为 L, 收集时间为 t, 平均漂移速度为 V, 与空 气中带负电荷离子的平均碰撞频率为 η, 平均漂移速度远低于热运动 率, 碰撞频率由热运动速率决定, 在收集时间 t内总碰撞次数为 ηΐ; 由于 0Η-离子浓度与水蒸气浓度的平方根成正比, 将测量腔内的气压 降到 1/m个大气压, 则在该腔体内的任一点的带正电的 218Po离子的 平均漂移速度为 mV, 收集时间变为 t/m, 外界环境空气相对湿度为 y%, 与测量腔内空气中带负电荷 OH-离子的平均碰撞频率为; 7^/ ^, 在收集时间内总碰撞次数为 TP mx I m; 那么当: r jy I mx I m≤r t ( 1 ) 即: m > ^ (2 ) 由于其他不确定因素的影响, m值的误差范围为 20%; 通过调节阀调节测量腔气压满足式 (2 ) 的条件就能使测量腔内 的 218Po离子在外界环境空气相对湿度为 100%的条件下被静电场的收 集效率高于或等于原型测量腔;原型测量腔在相对湿度 x%时的探测 效率基本恒定,那么低压测量腔在相对湿度 y%时的探测效率也基本 恒定, 空气的相对湿度不可能高于 100%, 因此调节测量腔的气压满 足式 (2 ) 的条件, 其探测效率就不受环境温湿度影响。 3、 一种不受环境温、 湿度影响的静电收集法测量氡的装置, 其 特征是: 由测量腔、 半导体探测器、 高压模块、 采样泵、 真空表及调 节阀组成, 调节阀安装在腔体的进气管道上, 真空表和采样泵依次安 装在测量腔的出气管道上, 半导体探测器安装在测量腔内的上部, 半 导体探测器通过导线与高压模块的接口端连接,高压模块的另一接口 端通过导线与测量腔外壳连接。 4、 根据权利要求 3所述的一种不受环境温、 湿度影响的静电收 集法测量氡的装置, 其特征是: 在测量腔的进气管道上增加一个不用 干燥剂的双层干燥管来对入口的空气进行预干燥,然后再将干燥后的 引入空气测量腔,双层干燥管内层管壁的出气口与调节阀上的进气管 道连接,测量腔上的出气管道通过管道与双层干燥管外层管壁上的进 气口连接。 5、 根据权利要求 3所述的一种不受环境温、 湿度影响的静电收 集法测量氡的装置的参数调节方法, 其特征是: 具体步骤如下: A、 打开调节阀和泵, 引入氡室的空气, 使得测量腔内的空气湿 度及氡浓度与氡室内相同, 调节高压模块的输出电压, 利用二次仪表 得到半导体探测器测量到的 218Po衰变计数率, 计数率随电压的升高而 升高, 当继续调高电压而计数率基本不变时, 停止调节高压模块的电 压; B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔, 使测 量腔内空气相对湿度近似为零,利用二次仪表得到半导体探测器测量 到的 218Po衰变计数率 A; C、 去掉高效干燥器, 将氡室的空气通过一个高效加湿器后, 再 进入测量腔, 使测量腔内空气相对湿度为 100%, 调节调节阀, 降低 测量腔内的气压为 1/m个大气压,利用二次仪表得到半导体探测器测 量到的 218Po衰变计数率, 当该计数率接近于 A/m, 停止调节调节阀, 利用二次仪表对半导体探测器测量得到的 218Po衰变计数进行分析计 算得到氡的浓度, 此时测量腔的探测效率不受环境温、 湿度影响。 6、根据权利要求 4所述的一种不受环境温、湿度影响的静电收集 法测量氡的装置的参数调节方法, 其特征是: 具体步骤如下: A、 先去掉双层干燥管, 打开调节阀和泵, 引入氡室的空气, 使 得测量腔内的空气湿度及氡浓度与氡室内相同,调节高压模块的输出 电压, 利用二次仪表得到半导体探测器测量到的 218Po衰变计数率, 计 数率随电压的升高而升高, 当继续调高电压而计数率基本不变时, 停 止调节高压模块的电压; B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔, 使测 量腔内空气相对湿度近似为零,利用二次仪表得到半导体探测器测量 到的 218Po衰变计数率 A; C、 去掉高效干燥器, 连接双层干燥管, 将氡室的空气通过一个 高效加湿器后, 相对湿度为 100%的空气先通过双层干燥管, 再进入 测量腔, 调节调节阀, 降低测量腔内的气压为 1/m个大气压, 利用二 次仪表得到半导体探测器测量到的 218Po衰变计数率; 当该计数率接 近于 A/m, 停止调节调节阀, 利用二次仪表对半导体探测器测量得到 的 218Po衰变计数进行分析计算得到氡的浓度, 此时测量腔的探测效 率不受环境温、 湿度影响。 |
本发明涉及核辐射探测技术领域, 特别是一种采用不受环境温、 湿度影响的静电收集法来测量氡的方法及装置 。
背景技术
环境中的氡 ( 22 η ) 是人类所受天然辐射的主要来源。 基于不同 测量原理的氡测量方法和仪器有多种,其中静 电收集法测氡仪由于其 自动化程度高, 具有能谱分辨能力排出 22 °Rn 的干扰而得到了广泛的 应用。静电收集法测氡仪的测量腔上部有一个 半导体探测器, 在测量 腔壁和半导体探测器之间加上高电压, 形成静电场, 氡被滤除子体后 随环境中的空气被泵入测量腔, 在测量腔内继续衰变, 产生带正电的 218 Po, 带正电的 218 Po 在静电场的作用下被收集到半导体探测器的表 面。 收集过程中, 带正电的 218 Po与空气中的分子、 离子碰撞, 如果 与带负电的 0H-离子碰撞就有可能复合成电中性的粒子, 不能被静电 场收集到半导体探测器的表面, 使得探测效率降低。为了提高探测效 率, RAD7 测氡仪采用一个干燥管来干燥空气, 使空气的相对湿度低 于 10%, 当空气的相对湿度低于 10%时, 探测效率就不受影响; 还有 一种方案是使用温湿度曲线来修正探测效率。 这两种校准静电收集法 测氡仪的探测效率的方法都有一些局限性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提 供一种采用不受 环境温、 湿度影响的静电收集法来测量氡的方法及装置 。 本发明的技术方案是: 一种不受环境温、湿度影响的静电收集法 测量氡的方法,它是通过降低静电收集测量腔 内的气压到某个阈值之 下,使得在 0-45度工作温度范围,外界环境空气相对湿度 0%-100% 变化时, 静电收集测量腔对带正电的 218 Po粒子收集到探测器表面的 收集效率基本不变, 使得探测效率不随外界环境的温、湿度变化而 变 化, 该阈值由测量腔几何因子和测量腔内的电场强 度分布有关。
采用 RAD7测氡仪测量氡浓度时,在 RAD7测氡仪测量腔的进气管 道上设置一个调节阀, 在测量腔的出气管道上设置一个采样泵, 通过 调节阀调节测量腔的气压,将测量腔内的气压 降到 1/m个大气压后再 采用静电收集法测量氡浓度。其中 m为有理数, 根据不同测量腔几何 因子及电场强度及分布条件取不同的值。对于 常规的静电收集法的测 量腔, 其内部气压及温、 湿度与外界相同, 由于其在常温 0°_45°下及 测量腔的腔体内空气相对湿度 x%时, 其探测效率基本恒定, 在测量 腔腔体及半导体探测器之间所加高压电压为 U,在该腔体任取一点 Q , 带正电的 218 Po离子从该点漂移到半导体探测器的距离 L ,收集时间 为 t,平均漂移速度为 V,与空气中带负电荷离子的平均碰撞频率为 η, 平均漂移速度远低于热运动率, 碰撞频率由热运动速率决定, 在收集 时间 t内总碰撞次数为 ηΐ。 由于 OH-离子浓度与水蒸气浓度的平方根 成正比, 将测量腔内的气压降到 1/m个大气压, 则在该腔体内的任一 点的带正电的 218 Po离子的平均漂移速度为 mV, 收集时间变为 t/m, 外界环境空气相对湿度为 y%,与测量腔内空气中带负电荷 OH-离子的 平均碰撞频率为 η^ Π^,在收集时间内总碰撞次数为 η^γ / (Μχ) / Μ。 那么当: ηΐ^Ι(ηιχ)Ιηι<ηΐ (1) 即: m> (2)
由于其他不确定因素的影响, m值的误差范围可定为 20%。
通过调节阀调节测量腔气压满足式 (2) 的条件就能使测量腔内 的 218 Po离子在外界环境空气相对湿度为 100%的条件下被静电场的收 集效率高于或等于原型测量腔;原型测量腔在 相对湿度 χ%时的探测 效率基本恒定,那么低压测量腔在相对湿度 y%时的探测效率也基本 恒定, 空气的相对湿度不可能高于 100%, 因此调节测量腔的气压满 足式 (2) 的条件, 其探测效率就不受环境温湿度影响。
本发明还提供了一种不受环境温、湿度影响的 静电收集法测量氡 的装置及采用该装置测量氡浓度时的参数调节 方法。 该装置由测量 腔、 半导体探测器、 高压模块、 采样泵、 真空表及调节阀组成。 调节 阀安装在腔体的进气管道上,真空表和采样泵 依次安装在测量腔的出 气管道上, 半导体探测器安装在测量腔内的上部, 半导体探测器通过 导线与高压模块的接口端连接,高压模块的另 一接口端通过导线与测 量腔外壳连接。
上述装置的参数调节具体步骤如下:
A、 打开调节阀和泵, 引入氡室的空气, 使得测量腔内的空气湿 度及氡浓度与氡室内相同, 调节高压模块的输出电压, 利用二次仪表 得到半导体探测器测量到的 218 Ρθ衰变计数率, 计数率随电压的升高而 升高, 当继续调高电压而计数率基本不变时, 停止调节高压模块的电 B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔, 使测 量腔内空气相对湿度近似为零,利用二次仪表 得到半导体探测器测量 到的 218 Po衰变计数率 A。
C、 去掉高效干燥器, 将氡室的空气通过一个高效加湿器后, 再 进入测量腔, 使测量腔内空气相对湿度为 100%, 调节调节阀, 降低 测量腔内的气压为 1/m个大气压,利用二次仪表得到半导体探测器 测 量到的 218 Po衰变计数率。 当该计数率接近于 A/m, 停止调节调节阀, 利用二次仪表对半导体探测器测量得到的 218 Po衰变计数进行分析计 算得到氡的浓度, 此时测量腔的探测效率不受环境温、 湿度影响。
本发明进一步的技术方案是:在测量腔的进气 管道上增加一个不 用干燥剂的双层干燥管来对入口的空气进行预 干燥,然后再将干燥后 的空气引入测量腔,双层干燥管内层管壁的出 气口与调节阀上的进气 管道连接,测量腔上的出气管道通过管道与双 层干燥管外层管壁上的 进气口连接。 内层管壁采用强吸水性材料(Nafion)制成, 含氡的空 气通过内层管壁进入测量腔之前, 由于内层管壁的强吸水作用, 湿度 降低, 进入测量腔后的干燥空气又回送到外层管壁内 , 通过外层管壁 上的排气口将内层管壁输送来的水蒸气带走。 双层干燥管越长, 干燥 效果越好。
上述装置的参数调节具体步骤如下:
A、 先去掉双层干燥管, 打开调节阀和泵, 引入氡室的空气, 使 得测量腔内的空气湿度及氡浓度与氡室内相同 ,调节高压模块的输出 电压, 利用二次仪表得到半导体探测器测量到的 218 Po衰变计数率, 计 数率随电压的升高而升高, 当继续调高电压而计数率基本不变时, 停 止调节高压模块的电压。
B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔, 使测 量腔内空气相对湿度近似为零,利用二次仪表 得到半导体探测器测量 到的 218 Po衰变计数率 A。
C、 去掉高效干燥器, 连接双层干燥管, 将氡室的空气通过一个 高效加湿器后, 相对湿度为 100%的空气先通过双层干燥管,再进入测 量腔, 调节调节阀, 降低测量腔内的气压为 1/m个大气压, 利用二次 仪表得到半导体探测器测量到的 218 Po衰变计数率。 当该计数率接近 于 A/m, 停止调节调节阀, 利用二次仪表对半导体探测器测量得到的 218 Po衰变计数进行分析计算得到氡的浓度, 时测量腔的探测效率不 受环境温、 湿度影响。
本发明与现有技术相比具有如下特点:
1、通过调节测量腔的气压, 使测量腔的气压满足式(2 )的条件, 其探测效率就不受环境温、 湿度的影响。
2、 本发明提供测量装置结构简单, 使用方便。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细 结构作进一步描 述。
附图说明
附图 1为带有调节阀和采样泵的 RAD7测氡仪测量腔结构示意图, 图中的箭头表示进气和出气;
附图 2为本发明提供的静电收集法测量装置结构示 图, 图中的 箭头表示进气和出气;
附图 3为带有双层干燥管的静电收集法测量装置结 示意图, 图 中的箭头表示进气和出气。
具体实施方式
实施例一、一种不受环境温、湿度影响的静电 收集法测量氡的方 法, 本实施例采用 RAD7测氡仪测量氡浓度, RAD7测氡仪的测量腔 8 如附图 1所示, 其底部为半球型, 上部为圆柱型, 测量腔 8的体积约 为 0. 7升。 在测量腔 8的进气管道上设有一个调节阀 6, 在测量腔 8 的出气管道上设有一个采样泵 4。 对于 RAD7测氡仪, 在一个大气压 下, 测量腔 8的腔体内空气相对湿度 χ%低于 10%后, 其探测效率基本 不变。 设外界环境空气相对湿度 y%低于 100%, 带入相关参数, 根据 式 (2 ) 可解得: m≥^ = ¾^ = 2.15, 即测量腔 8内气压要降 到 0. 46个大气压左右才能使该测量腔 8的探测效率不受环境温、 湿 度影响。 通过调节阀 6将测量腔 8内的气压降低到 0. 46个大气压, 则测量腔 8内的空气在一个大气压下的实际体积约为 0. 32升。
实施例二、一种不受环境温、湿度影响的静电 收集法测量氡的方 法, 本实施例采用 RAD7测氡仪测量氡浓度, RAD7测氡仪的测量腔 8 如附图 1 所示, 其底部为半球型, 上部为圆柱型, 测量腔体积约为 0. 7升。 在测量腔 8的进气管道上设有一个调节阀 6, 在测量腔 8的 出气管道上设有一个采样泵 4。 对于 RAD7测氡仪, 在一个大气压下, 测量腔 8的腔体内空气相对湿度 x%低于 10%后,其探测效率基本不变。 设外界环境空气相对湿度 y%低于 100%, 利用预干燥系统, 使得进入 测量腔 8之前的外界环境空气相对湿度 y%低于 30%。 带入相关参数, 根据式(2 )可解得: = 1.44, 即测量腔 8内气压要 降到 0. 69个大气压左右才能使测量腔 8的探测效率不受环境温、 湿 度影响。 通过调节阀 6将测量腔 8内的气压降低到 0. 69个大气压, 则测量腔内的空气在一个大气压下的实际体积 约为 0. 48升。
实施例三、 一种不受环境温、 湿度影响的静电收集法测量氡的装 置, 由测量腔 1、 半导体探测器 2、 高压模块 3、 采样泵 4、 真空表 5 及调节阀 6组成。调节阀 6安装在腔体 1的进气管道上, 真空表 5和 采样泵 4依次安装在测量腔 1的出气管道上,半导体探测器 2安装在 测量腔 1内的上部,半导体探测器 2通过导线与高压模块 3的接口端 连接, 高压模块 3的另一接口端通过导线与测量腔 1外壳连接。
上述装置的参数调节具体步骤如下:
A、 打开调节阀 6和泵 4, 引入氡室的空气, 使得测量腔 1内的空 气湿度及氡浓度与氡室内相同, 调节高压模块 3的输出电压, 利用二 次仪表得到半导体探测器 2测量到的 218 Po衰变计数率, 计数率随电压 的升高而升高, 当继续调高电压而计数率基本不变时, 停止调节高压 模块 3的电压。
B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔 1, 使测 量腔 1内空气相对湿度近似为零, 利用二次仪表得到半导体探测器 2 测量到的 218 Po衰变计数率 A。
C、 去掉高效干燥器, 将氡室的空气通过一个高效加湿器后, 再 进入测量腔 1, 使测量腔 1内空气相对湿度为 100%, 调节调节阀 6, 降 低测量腔 1内的气压为 1/m个大气压,利用二次仪表得到半导体探测器 2测量到的 218 Po衰变计数率。 当该计数率接近于 A/m, 停止调节调节阀 6, 利用二次仪表对半导体探测器 2测量得到的 218 Po衰变计数进行分析 计算得到氡的浓度, 此时测量腔 1的探测效率不受环境温、湿度影响。
实施例四、 一种不受环境温、 湿度影响的静电收集法测量氡的装 置, 由测量腔 1、 半导体探测器 2、 高压模块 3、 采样泵 4、 真空表 5、 调节阀 6及双层干燥管 7组成。调节阀 6安装在腔体 1的进气管道上, 真空表 5和采样泵 4依次安装在测量腔 1的出气管道上,半导体探测 器 2安装在测量腔 1内的上部,半导体探测器 2通过导线与高压模块 3的接口端连接, 高压模块 3的另一接口端通过导线与测量腔 1外壳 连接,双层干燥管 7内层管壁 7-2的出气口与调节阀 6上的进气管道 连接, 测量腔 1上的出气管道通过管道与双层干燥管 7外层管壁 7-1 上的进气口连接。 内层管壁 7-2采用强吸水性材料 (Nafion ) 制成, 含氡的空气通过内层管壁 7-2进入测量腔 1之前, 由于内层管壁 7-2 的强吸水作用, 湿度降低, 进入测量腔 1后的干燥空气又回送到外层 管壁 7-2内,通过外层管壁 7-1上的排气口将内层管壁 7-2带来的水 蒸气带走。 双层干燥管 7越长, 干燥效果越好。
上述装置的参数调节具体步骤如下:
A、 先去掉双层干燥管 7, 打开调节阀 6和泵 4, 引入氡室的空气, 使得测量腔 1内的空气湿度及氡浓度与氡室内相同, 调节高压模块 3 的输出电压, 利用二次仪表得到半导体探测器 2测量到的 218 Po衰变计 数率, 计数率随电压的升高而升高, 当继续调高电压而计数率基本不 变时, 停止调节高压模块 3的电压。
B、 将氡室的空气通过一个高效干燥器后, 再进入测量腔 1, 使测 量腔 1内空气相对湿度近似为零, 利用二次仪表得到半导体探测器 2 测量到的 218 Po衰变计数率 A。
C、去掉高效干燥器, 连接双层干燥管 7, 将氡室的空气通过一个 高效加湿器后, 相对湿度为 100%的空气先通过双层干燥管 7, 再进入 测量腔 1, 调节调节阀 6, 降低测量腔 1内的气压为 1/m个大气压, 利用二次仪表得到半导体探测器 2测量到的 218 Po衰变计数率。 当该 计数率接近于 A/m, 停止调节调节阀 6, 利用二次仪表对半导体探测 器 2测量得到的 218 Po衰变计数进行分析计算得到氡的浓度, 此时测 量腔 1的探测效率不受环境温、 湿度影响。