开环式氡析出率连续测量分析范文

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《核技术杂志》2016年第一期

摘要

应用MATLAB对开环式氡析出率测量过程中不同抽气流率下集氡罩内氡浓度随时间的变化规律进行模拟计算，并用实验对计算结果进行了验证。结果表明，在氡析出率测量时保持集氡罩参数不变的情况下，随着抽气流率的增大，集氡罩内平衡氡浓度值减小，达到平衡氡浓度的时间也缩短。实验表明，集氡罩内的平衡氡浓度的减小可最大限度地减小泄露与反扩散的影响；抽气流率的变大使集氡罩内达到平衡氡浓度时间缩短以及集氡罩内的充气均匀性愈好。通过本次实验，获得的抽气流率为1.943.0L•min1，集氡罩底面积为299cm2，体积为1.79×103m3。

关键词

氡析出率，开环测量，抽气流率，平衡时间，平衡氡浓度

随着公众环保意识的不断加强，人们对居室和环境的氡浓度也更加关注。氡析出率的大小直接反映了物体释放氡的能力。它也是评价各种建材及居室环境辐射危害程度的重要指标。所以，积极发展和优化氡析出率测量方法，对准确测量土壤、岩石和建材等表面的氡析出率具有重要意义。目前，介质表面氡析出率的测量普遍采用在待测介质表面倒扣集氡罩的方式，通过对集氡罩内氡浓度的测量，进而推导出介质表面的氡析出率。而调研发现对氡析出率研究主要是集中在对介质表面的氡析出率影响因素方面的研究，如：陈凌等[1]的氡面析出率的测量及相关因素的考虑；李韧杰[2]关于氡析出率的测定及其影响因素的探讨；曹众为[3]的压力梯度和温度对多孔射气介质氡析出率影响的试验研究；苏日娜[4]关于大气压力变化对于土壤氡析出率的影响等相关研究。而关于测量中集氡罩内氡的平衡浓度、气体流率等因素对氡析出率的测量准确性影响研究还很欠缺。本文通过理论计算和实际测量，探讨开环氡析出率测量时抽气流率、集氡罩内平衡氡浓度与氡析出率准确测量的关系。

1开环式测量氡析出率的方法

氡析出率的测量采用开循环时，集氡罩为非密封状态，即：将集氡罩内的气体以一定的流率泵出，并不断地将干净空气（空气中不含有氡或氡浓度相对较低）泵入罩内，开环式测量氡析出率原理[56]如图1所示。

2MATLAB模拟计算

从图2可以看出，在不同的抽气流率下，Y(t)随t有着相同的变化趋势。在相同的集氡罩体积下，随着抽气流率的变大，集氡罩内的氡浓度达到平衡（即满足Y(t)0）时所需要的时间变短。同时，当介质表面氡析出率值和集氡罩底面积不变时，抽气流率的大小也与集氡罩内的平衡氡浓度有着直接的关系。此处，选择底面直径为19cm，即底面面积S=283.53cm2的集氡罩作为计算对象。用MATLAB软件模拟的结果如图3所示。由图3可以看出，集氡罩内平衡氡浓度随着抽气流率的增大而不断减小，在相同抽气流率下，集氡罩内平衡氡浓度随着介质表面氡析出率而不断增大，反之则不断减小。所以，在测量介质表面氡析出率较小的物质时，应适当地选用抽气流率小的泵体测量，从而保证集氡罩内的氡浓度足够大以得到较准确的测量数据，减小由此带来的测量误差。

3氡析出率的实验测量

本实验采用开循环法测氡析出率。所用仪器主要有测氡仪RAD7（内置泵为0.54L•min1）、集氡罩（底面积为299cm2，4个进气口、一个出气口）、Gilian5000型空气采样泵。本实验的实验装置如图4所示。在集氡罩的进气口连接一个空气采样泵。首先，将干燥管的一端连接到RAD7测氡仪的进气口，另一端连接到集氡罩的出气口，然后将集氡罩的4个进气口（为使集氡罩内的氡能够分布均匀）用3个三通连接至外接空气采样泵，完整实物连接如图4所示。通过改变空气采样泵的抽气流率来研究抽气流率对氡析出率测量的影响。实验选择南华大学氡室的氡析出率参考标准装置[8]作为测量对象，装置如图5所示，该装置为模拟土壤尾矿氡析出率表面标准氡析出率参考值为P=(1.58±0.05)Bq•m2•s1。实验采用的集氡罩底面积为2.99×102m2，集氡罩体积为V=1.7×103m3。测量时RAD7的泵一直为on的状态，测量周期为60min，外置泵的流量设置为13L•min1。实验得到了不同抽气流率下氡析出率的测量结果(图6(a))和不同抽气流率下集氡罩内平衡氡浓度的变化趋势(图6(b))。并且随流率的变大符合得较好，3组数据在集氡罩内到达平衡氡浓度后都会出现数据波动。这可能由于测氡仪内部的抽气泵流率并不稳定及外界环境的温湿度变化等因素造成数据波动。由图6(a)可以看出，流率在1.64L•min1氡析出率值波动比较大，而随着抽气流率的增大，氡析出率的测量值变化趋势越来越平稳和精确，这是由于流率的变大使集氡罩内的氡混合得更加均匀，测量的值更加稳定和准确；图6(b)得出集氡罩内平衡氡浓度值随抽气流率的变大而减小，而集氡罩内平衡氡浓度值的变小有利于减少泄露和反扩散的影响，为提高氡析出率测量值的准确性提供帮助。另外，实验发现抽气流率的变大可以使集氡罩内达到平衡氡浓度的时间大大缩短，为快速可靠的氡析出率测量提供保障。

4结语

由模拟计算和实验结果分析得知：1)采用开环式进行氡析出率测量时，通过增加外置泵控制持续开环循环气流的流率大小，可以控制测量时集氡罩内平衡氡浓度值。模拟和计算结果也表明，在氡析出率的测量中抽气流率与集氡罩内平衡氡浓度值在一定范围内成反相关的关系。2)测量时集氡罩内平衡氡浓度值随抽气流率变大而减小，在尽可能降低集氡罩内平衡氡浓度值的情况下，可最大限度地减小泄露和反扩散的影响，有利于提高氡析出率测量值的准确性。3)泵的引入可以缩短集氡罩内达到平衡氡浓度的时间，为实现快速氡析出率的测量提供了保障。4)以模拟土壤与尾矿氡析出率标准装置为测量的参考标准装置，其氡析出率P=(1.58±0.05)Bq•m2•s1，在实际测量中得到测量时抽气流率为1.943.0L•min1较为合适。5)实验中还发现，泵的引入对集氡罩内氡的均匀性和介质表面压力有影响，这可能影响氡析出率的准确测量，今后应该对此问题进行深入的研究。

作者：刘畅 单健 袁久林 钟士力 肖德涛 刘晓翔 刘彦 单位：南华大学 核科学技术学院 山东省核与辐射安全监测中心