1、测定测定222Rn与与220Rn子体浓度子体浓度“五段法五段法”与与“三段法加二段法三段法加二段法”的实验对比的实验对比 报告人：张庆威 汲长松、王婷婷、张庆威（中核控制系统工程有限公司）.概述l对于氡的测量包括氡浓度的测量及其子体浓度（进一步求出子体潜能浓度）的测量。l对于氡的测量一直是核物理试实验方法中的难题： 1.氡气是放射性气体 2.氡气是惰性气体（无化合物） 3.级联衰变 .l3个天然放射系个天然放射系 铀镭（铀镭（4n+2）U-Ra系系 占占99.273% 钍钍(4n)Th系系 锕铀（锕铀（4n+3）AcU系系 占占0.7205% n正整数正整数氡的产生氡的产生.天然放射性铀系(4
2、n+2)核素表.天然放射性铀系(4n+2)核素表（续）.天然放射性钍系(4n)核素表.天然放射性锕系(4n+3)核素表.天然放射性锕系(4n+3)核素表（续）.l都有一个在正常条件下以气态形式存在的气态都有一个在正常条件下以气态形式存在的气态子体核素。子体核素。铀系铀系氡氡222Rn，钍系钍系钍射气钍射气220Rn(Tn)，锕系锕系锕射气锕射气219Rn(An)。 222Rn、220Rn(Tn)、 219Rn(An)统称氡统称氡.三个气态子体都是三个气态子体都是辐射体，其半衰期不长辐射体，其半衰期不长l 氡氡 222Rn T1/23.825d，l 钍射气钍射气220Rn T1/255.6s，l
3、 锕射气锕射气219Rn T1/2=3.96s。l由222Rn 产生的短寿命子体RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)l由220Rn产生的短寿命子体产生的短寿命子体ThB(212Pb)、ThC(212Bi).l综上所述，出于辐射防护的目的，考虑到219Rn、220Rn、222Rn都来自土壤，由于其半衰期的差异，最终能进入呼吸带并对人体造成损害的只有220Rn和222Rn及其短寿命子体RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)、ThB(212Pb)、ThC(212Bi).氡子体衰变系列表达式氡子体衰变系列表达式对于222Rn的子体衰变链 RaA(2
4、18Po)RaB(214Pb)RaC(214Bi)可得：QECfCffCfffTTtXQECfCffTTtXQECfTTtXRaCRaCRaCRaBRaCRaBRaARaCRaBRaARaCRaBRaBRaBRaARaBRaARaBRaARaARaARaA1023.66)1049.2501025.46()337071057.5937.37(),(1084.122)1576224.204(),(1591),(33432103210210式中，),(),(),(210210210TTtXTTtXTTtXRaCRaBRaA 由RaA核提供的计数； 由RaB核提供的计数； 由RaC核提供的（或）计数。
5、表达式1表达式2表达式3.l对于220Rn的子体衰变链 ThA ThB(212Pb) ThC(212Bi)我们关注的是ThB 与ThC,则有：QECfCffTTtXQECfTTtXThCThCThCThBThCThBThCThBThBThBThB1053.62)1019.691059.76(),(1019.69),(4462106210式中：),(),(210210TTtXTTtXThCThB由ThB核提供的计数； 由ThC核提供的（或）计数。 表达式4表达式5.l不考虑RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的探测效率和自吸收的差异时，可得到下面的222Rn和220Rn子体总计数表达式： 54
6、321),(),(),(),(),(210210210210210表达式表达式表达式表达式表达式TTtXTTtXTTtXTTtXTTtXThCThBRaCRaBRaAQECfCffCfCffCfffTTtXThCThCThBThCThBRaCRaCRaBRaCRaBRaARaCRaBRaA1053.62)1019.691059.76(1023.66)1049.2501025.46()337071057.591628(),(4463343210则总计数为： .五段法公式五段法公式EQCCCCCXEQCCCCCXEQCCCCCXEQCCCCCXEQCCCCCXThCThBRaCRaBRaAThCT
7、hBRaCRaBRaAThCThBRaCRaBRaAThCThBRaCRaBRaAThCThBRaCRaBRaA36945. 0724.39104565. 2106027. 3106191. 41106. 3163.23038687. 063862. 0081073. 09600. 172812. 00135. 11287. 112701. 05207. 367300. 04621. 23889. 131822. 084035. 0059444. 072998. 015617. 025614. 053454321采样时间5 min。停止采样后，记录2-5 min，6-20 min，21-30
8、min，150-250 min与360-560 min的计数X1=X（5，2-5）；X2=X（5，6-20）；X3=X（5，21-30）；X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560） t0采样时间，minT1采样结束时刻至开始计数的时间间隔，minT2采样结束时刻至结束计数的时间间隔，minQ采样流速，L/minE探测效率滤膜过滤效率（含自吸收）Ci子体浓度，Bq/m3 i=RaA、RaB、RaC、ThB、ThCXi(t0,T1T2)净计数,i=1、2、3、4、5.l通过解该五元一次方程组，得到唯一的解：EQXXXXXCEQXXXXXCEQXXXXXCEQXXXXXCEQXX
9、XXXCThCThBRaCRaBRaA125134. 0441472. 05887. 030102. 022130. 0101492.270672. 42279. 56704. 29630. 1 122948. 039243. 087181. 095989. 063644. 012085. 040213. 03523. 20350. 124634. 01037063. 0083584. 09886. 22915. 34433. 6543213-54321543215432154321.潜能浓度潜能浓度l由其计算的222Rn与220Rn子体潜能浓度（单位：nJ/m3）EQXXXXXCTnpot1
10、2509. 0614. 2501. 3790. 1316. 154321EQXXXXXCRnpot1100. 1022. 2)353. 6(323. 6734. 2012. 354321式中，Cp子体潜能浓度，nJ/m3.测测222Rn子体浓度的子体浓度的“三段法三段法” l用“三段法三段法”测测222Rn子体子体时，通采样t0=min,记录采样结束后T(2,5),T(6,20), T(21,30)三个计数时间区间的计数，X1=X（5,2-5）；X2=X（5,6-20）；X3=X（5,21-30）。则原始方程组对应T(2,5),T(6,20),T(21,30)三个时间段的三个方程联立：QECC
11、CXQECCCXQECCCXRaCRaBRaARaCRaBRaARaCRaBRaA)0135. 11287. 112701. 0()3021, 5()4621. 23889. 131822. 0()206 , 5()72998. 015617. 025614. 0()52 , 5(321.l解得：QEXXXCQEXXXCQEXXXCRaCRaBRaA1395. 12277. 18332. 01816. 17607. 004467. 01869. 23034251. 6321321321由222Rn子体的浓度可求出相应的潜能浓度(单位：nJ/m3)3321nJ/m1924. 3355. 1998
12、. 1 QEXXXCRnpot.测测220Rn子体浓度的子体浓度的“二段法二段法” l通常采样t0=min,记录采样结束后 T(150,250),T(360,560)两个计数时间区间的计数X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560）。则原始方程组原始方程组对应(150 250 min),(360 560 min)这两个计数时间区间的两个方程联立EFQCCXEFQCCXThCThBThCThB36945. 0724.59)560360, 5(1106. 3163.23)250150, 5(54上述方程的解为（单位：q/m3) ：EFQXXCEFQXXCThCThB12014.
13、03454. 0102705. 010212. 354543由方程组解可计算出相应220Rn子体潜能浓度(单位：nJ/m3):EFQXXCTnpot15477. 0044. 254. 实验装置与实验方法实验装置与实验方法 l本文所涉及的实验皆在氡与子体浓度较低的实验室大气环境中进行。l实验采用FT626与FT648型测氡仪用于单滤膜模式常规抽气泵采样；ZnS(Ag)闪烁探测器探测滤膜的粒子计数 .实验实验1与实验与实验2测量结果测量结果l实验1与实验2是在同一环境中同步采样，其中实验1是采用FT648型测氡仪，采样流速为35L/min。实验2为采用FT626型测氡仪，采样流速为120L/min
14、。实验1实验2统计误差/%统计误差/%X1(5,2-5)2885.87403.7X2(5,6-20)9573.222582.1X3(5,21-30)5194.412222.9X4(5,150-250)4194.98103.5X5(5,360-560)2186.85334.3.实验实验1实验实验2变异系数变异系数 /%五段法CRaABq/m326.7126.47（26.59）0.5CRaB12.7410.53（11.64）9.5CRaC12.039.074（10.55）14.0CThB0.35800.2743（0.3162）13.3CThC3.4964.181（3.839）8.9Cp RnnJ/
15、m369.5863.20（66.39）4.8Cp Tn89.1852.38（70.78）26.0三段法CRaABq/m329.3129.87CRaB17.2612.47CRaC15.8310.42Cp RnnJ/m398.9074.40二段法CThBBq/m30.32510.2462CThC7.2013.592Cp TnnJ/m373.3544.95实验1、实验2的222Rn与220Rn子体浓度的“五段法”，与222Rn 子体浓度“三段法”、 220Rn子体浓度“二段法”对比实验结果.实验实验3与实验与实验4的测量结果的测量结果l实验3与实验4是在同一房间，前者（实验3）是封闭24 h后；后者
16、（实验4）是在门窗打开通风，充分对流后进行的采样测量。 都采用的是FT648型测氡仪。实验3实验4X1(5,2-5)613310X2(5,6-20)20351157X3(5,21-30)1116615X4(5,150-250)785433X5(5,360-560)286164. 子体浓度子体浓度实验实验3实验实验4五段法CRaABq/m359.8512.62CRaB29.5713.11CRaC24,8517.33CThB0.44810.2291CThC7.8505.002Cp RnnJ/m3155.476.18Cp Tn163.197.40三段法CRaABq/m362.0114.06CRaB3
17、6.4218.05CRaC30.7221.71Cp RnnJ/m3214.0110.2二段法CThBBq/m30.37250.1982CThC15.258.467Cp TnnJ/m3132.473.30实验3、实验4的222Rn与220Rn子体浓度的“五段法”，与222Rn 子体浓度“三段法”、 220Rn子体浓度“二段法”对比实验结果.相对于相对于“五段法五段法”实验值的误差实验值的误差实验实验1实验实验2实验实验3实验实验4CRaA9.712.63.611.4CRaB3518.423.237.7CRaC31.5914.823.624.3CThB9.210.216.93.1CThC10614
18、.112669.3Cp Rn42.117.737.844.6Cp Tn17.714.218.824.7.总结总结l实验1、实验2，在同一环境，以不同采样流量，同步进行RaA、RaB、RaC、ThB与ThC子体浓度的“五段法”测量结果表明，实验1、实验2在最大误差14%的范围内测量结果一致。l以“五段法”测量结果为参考值的222Rn 子体浓度“三段法”、 220Rn子体浓度“二段法”测量结果误差。结果表明，“三段法”测定的RaA、RaB、RaC子体浓度与“五段法”最大差异30%水平。220Rn子体浓度“二段法”测定的ThB 、ThC子体浓度与“五段法”差异较大。l由潜能浓度Cp Rn 与Cp Tn的比对结果可见，误差值较大，正负号皆出现提示：由于误差累积，通过测定RaA、RaB、RaC、ThB与ThC子体浓度，然后计算氡子体潜能浓度的测量方法导致测量结果误差范围实质性扩大。. END 谢谢.
