CN110456405A - 无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及核辐射探测技术，尤其涉及无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***。无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，包括步骤：S1、前处理；S2、测量：使用静电收集法测氡仪测量氡浓度，多次取得测量值，根据时间顺序生成测量值数列；S3、计算：将所述测量值数列使用无流量参数静电收集法公式进行数据拟合，得到氡析出率。本发明提供的无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***，与传统的开环式测量氡析出率的方法相比，去掉流量计进行流率计量后，通过对集氡罩收集室内氡浓度上升曲线数据进行分析，减少了参考变量以及精简的运算公式，并且结果准确，同时设备造价低，在本领域中是极大进步。

Description

无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术，尤其涉及无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***。

背景技术

空气环境中氡主要来自于介质表面的析出，测量介质表面氡析出率的主要方法有累积法、开环式和活性炭吸附法等。活性炭吸附法是利用活性炭对析出氡的吸附，通过对吸附在活性炭中的氡衰变产生的γ谱进行测量求出氡析出率，该方法测量时间长、不易实现自动化；累积法主要是用于测量一段时间内的平均氡析出率，具有重要的统计意义和参考价值，但是不易长期连续监测氡析出率的变化。开环式氡析出率测量法是利用泵将外界空气主动引入集氡罩，然后通过一个小干燥管后送入静电收集法测氡仪，测量从集氡罩引出的空气中氡的浓度。传统的开环式测量氡析出率的方法都需要一个流量计测量泵的流率，造成需要考量的变量很多，计算的时候的公式也复杂，而一般的高精度电子流量计又比较昂贵，这是很多实验室以及公司所不能承受的。

在本领域中，对于氡的析出率的检测都需要使用到流量计，需要考量的环境也会很多，造成计算较为复杂的情况，申请号为201810487714.8的专利文献，公开了一种开环式测量射气介质氡析出率的方法和装置，需要使用流量计进行环境控制才能够进行相应的精准测量，同时也是本领域中通用的一种方案，上述情况一般都会需要对检测环境控制比较精细才能将氡析出率的计算精度调整。

因此本领域存在极大不足，尤其是对检测设备精简，算法改良方面，亟需发明人进行研发与创新。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***，不用考虑流率参数，在不影响计算精度的基础上，简化运行步骤以及参考量，提高运算效率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，包括步骤：

S1、前处理：

集氡罩扣在待测介质上，外界空气从所述集氡罩进气口进入与所述集氡罩内的空气混合；

S2、测量：

使用静电收集法测氡仪测量氡浓度，多次取得测量值，根据时间顺序生成测量值数列；

S3、计算：

将所述测量值数列使用无流量参数静电收集法公式进行数据拟合，得到氡析出率。

优选的所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，所述步骤S1中，所述前处理还包括：

泵以将外界的空气抽入集氡罩，再将所述集氡罩内的空气送入静电收集法测氡仪，使得静电收集法测氡仪内部的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡。

优选的所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，所述步骤S3中，所述无流量参数静电收集法公式为：

其中，J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；λ_po为Po-218的衰变常数；K为比例常数；t为集氡的时间；

每测量一次氡浓度为一个测量周期，所述测量值数列中的每个测量值理解为该测量周期中点的氡浓度，利用式(6)对所述测量值数列中的所有测量值进行数据拟合，就可以得到氡析出率J和比例常数K。

优选的所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，所述无流量参数静电收集法公式通过以下过程获得：

由于泵的流率较大，静电收集法测氡仪内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0；

集氡罩内氡浓度C_V(t)变化为：

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；L为泵的流率；λ_eff为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

K为比例常数：

初始值C_V(0)为0，式(1)解为：

静电收集法测氡仪内氡浓度变化近似与集氡罩内的相同；

由于静电收集法测氡仪测量的是Po-218的浓度C_Po(t)，有：

式(3)代入式(4)得：

λ_po为Po-218的衰变常数；

初始值C_Po(0)为0，式(5)解为式(6)。

优选的所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，所述步骤S2中，所述测量具体为：

S21、所述静电收集法测氡仪测量氡浓度的测量值并输出测量值；

S22、按照时间顺序，生成测量值数列，判断集氡罩内的氡浓度的测量值是否趋于恒定值，若是，则执行步骤S3；若否，则预定时间后执行步骤S21。

一种氡析出率测量装置，所述装置采用所述方法测量氡析出率，所述测量装置由集氡罩、泵、静电收集法测氡仪和干燥管组成，所述集氡罩的出气口接头通过所述干燥管与所述泵的进气口连接，所述泵的出气口通过管道与所述静电收集法测氡仪的进气口连接。

优选的所述的测量装置，所述开口集氡罩为一个底端开口的矩形容器，所述开口集氡罩的顶板上设有进气口接头，其侧板上设有出气口接头。

一种氡析出率测量***，包括：测量模块、与所述测量模块连接的计算模块；

所述测量模块，包括权利要求6所述的测量装置，用于按照进行氡浓度的测量，生成并输出所述测量值数列；

所述计算模块，用于根据所述测量值数列进行数据拟合，计算所述氡析出率和所述比例常数。

优选的所述的***，所述测量模块还包括判断单元，所述判断单元用于判断所述测量值数列是否收敛。

相较于现有技术，本发明提供的无流量计静电收集法开环式测氡析出率方法及装置和***，与传统的开环式测量氡析出率的方法相比，去掉流量计进行流率计量后，通过对集氡罩收集室内氡浓度上升曲线数据进行分析，减少了参考变量以及精简的运算公式，并且结果准确，同时设备造价低，在本领域中是极大进步。

附图说明

图1是本发明提供的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法流程图；

图2是本发明提供的实施例2的设备结构示意图；

图3是本发明提供的实施例2中三次实验的数据图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请着重参阅图1，本发明提供无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，包括步骤：

S1、前处理：

集氡罩扣在待测介质上，外界空气从所述集氡罩进气口进入与所述集氡罩内的空气混合；

S2、测量：

使用静电收集法测氡仪测量氡浓度，多次取得测量值，根据时间顺序生成测量值数列；

S3、计算：

将所述测量值数列使用无流量参数静电收集法公式进行数据拟合，得到氡析出率。

具体的，本发明提供的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，操作简单，省去了流量这一变量参数，极大的精简了测量的步骤，同时使用的装置简单，包括集氡罩、泵、静电收集法测氡仪，所述集氡罩的出气口接头与所述泵的进气口连接，所述泵的出气口通过管道与所述静电收集法测氡仪的进气口连接。将上述装置按照所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法进行操作，将所测量的数据代入到所述无流量参数静电收集法公式中进行计算，就可以得到精准的氡的析出率。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S1中，所述前处理还包括：

泵以将外界的空气抽入集氡罩，再将所述集氡罩内的空气送入静电收集法测氡仪，使得静电收集法测氡仪内部的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡。应当说明的是，本实施例中，所述泵的速率不做考虑，只需要所述泵将外界空气送入所述集氡罩中，在混合均匀后，再将所述集氡罩中的空气送入所述静电收集法测氡仪中即可。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S3中，所述无流量参数静电收集法公式为：

其中，J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；λ_po为Po-218的衰变常数；K为比例常数；t为集氡的时间；

每测量一次氡浓度为一个测量周期，所述测量值数列中的每个测量值理解为该测量周期中点的氡浓度，利用式(6)对所述测量值数列中的所有测量值进行数据拟合，就可以得到氡析出率J和比例常数K。

所述无流量参数静电收集法公式通过以下过程获得：

由于泵的流率较大，静电收集法测氡仪内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0；

集氡罩内氡浓度C_V(t)变化为：

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；L为泵的流率；λ_eff为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

K为比例常数：

初始值C_V(0)为0，式(1)解为：

静电收集法测氡仪内氡浓度变化近似与集氡罩内的相同；

由于静电收集法测氡仪测量的是Po-218的浓度C_Po(t)，有：

式(3)代入式(4)得：

λ_po为Po-218的衰变常数；

初始值C_Po(0)为0，式(5)解为式(6)。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S2中，所述测量具体为：

S21、所述静电收集法测氡仪测量氡浓度的测量值并输出测量值；

S22、按照时间顺序，生成测量值数列，判断集氡罩内的氡浓度的测量值是否趋于恒定值，若是，则执行步骤S3；若否，则预定时间后执行步骤S21。

具体的，所述测量值数列不一定需要测量值趋于恒定值才进行相应的计算步骤，在测量值不趋于恒定值的情况下，将所述测量值数列使用所述无流量参数公式进行数据拟合后也可以得到氡的析出率；而作为优选方案，在所述测量值趋于恒定值后进行数据拟合，则可以提高所述氡的析出率的测算精度。同时，所述预定时间越短，所述析出率的测算精度越高。

具体的，所述式(6)为式(1)根据式(2)-式(5)进行求解得到，K作为比例常数出现，将所述测量值数列中的所有数值用式(6)进行数据拟合，就可以计算得到所述氡析出率J和比例常数K，计算简单，设备需求低。数据拟合：又称曲线拟合，是一种把现有数据透过数学方法来代入一条数式的表示方式。

作为优选方案，本实施例中，所述测量值所形成的数列为C_V(t₁)、C_V(t₂)、C_V(t₃)……C_V(t_n)；所述测量值趋于恒定值为数列的中的C_V(t_n)接近于某一恒定值，同时可以理解为所述数列收敛于某一恒定值，所述收敛具体为设{x_n}为一个无穷实数数列的集合。如果存在实数a，对于任意正数ε(不论其多么小)，都使不等式|x_n-a|＜ε在n∈(N，+∞)上恒成立，那么就称常数a是数列{x_n}的极限，或称数列{x_n}收敛于a。

以上方法可以在不使用流量计的情况下，精简计算步骤以及参考变量，且减少运算的步骤，拟合简单。

实施例2

本申请还提供一种氡析出率测量装置，所述装置采用权利要求1所述方法测量氡析出率，所述测量装置由集氡罩1、泵2、静电收集法测氡仪3和干燥管4组成，所述集氡罩1的出气口接头11通过所述干燥管4与所述泵的进气口12连接，所述泵2的出气口通过管道与所述静电收集法测氡仪3的进气口连接。

所述开口集氡罩1为一个底端开口的矩形容器，所述开口集氡罩1的顶板上设有进气口接头，其侧板上设有出气口接头。

以集氡罩底面积S为0.049m²，体积V为0.00365m³扣在氡析出率标准装置上，使用橡皮泥对集氡罩1的边缘进行密封，使用所述无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其他相关参数为氡析出率标准装置参考值为：1.52Bq/(m²·s)；测氡仪修正系数为1.21。进行了三次实验，每次实验中，每两分钟测一次数据，测得的数据如图3所示。

使用本申请提供的无流量参数静电收集法公式进行数据拟合，得到结果如下：

实验序号	J(氡析出率)
		1	1.5155
2	1.41021
		3	1.56874

从结果来看，所计算的数据与参考值相比，误差很低，也就是说，在去掉流量计的情况下，使用本发明的提供的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法进行计算，得到的计算结果依然能够满足响应的测量精度。在目前来讲，在静电收集方法开环式测量领域中，是及具意义的一步，能够省去流量计，是氡析出率测量领域的极大进步。

实施例3

本申请还提供一种氡析出率测量***(未示图)，包括：测量模块、与所述测量模块连接的计算模块；

所述测量模块，包括所述的测量装置，用于按照进行氡浓度的测量，生成并输出所述测量值数列；

所述计算模块，用于根据所述测量值数列进行数据拟合，计算所述氡析出率和所述比例常数。

作为优选方案，所述测量模块还包括判断单元，所述判断单元用于判断所述测量值数列是否收敛。具体的，所述收敛为所述趋于恒定值。

具体的，本实施例中，不涉及流量计的使用，测量阶段需要考量的数据参数减少，同时测量模块所使用的装置结构简单，造价低，且测算的氡析出率的精度依然保持开环式测量的正常的范围之内，是本领域的极大进步。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、前处理：

集氡罩扣在待测介质上，外界空气从所述集氡罩进气口进入与所述集氡罩内的空气混合；

S2、测量：

使用静电收集法测氡仪测量氡浓度，多次取得测量值，根据时间顺序生成测量值数列；

S3、计算：

将所述测量值数列使用无流量参数静电收集法公式进行数据拟合，得到氡析出率。

2.根据权利要求1所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述前处理还包括：

泵以将外界的空气抽入集氡罩，再将所述集氡罩内的空气送入静电收集法测氡仪，使得静电收集法测氡仪内部的氡浓度与集氡罩内的氡浓度平衡。

3.根据权利要求1所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述无流量参数静电收集法公式为：

其中，J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；λ_po为Po-218的衰变常数；K为比例常数；t为集氡的时间；

每测量一次氡浓度为一个测量周期，所述测量值数列中的每个测量值理解为该测量周期中点的氡浓度，利用式(6)对所述测量值数列中的所有测量值进行数据拟合，就可以得到氡析出率J和比例常数K。

4.根据权利要求3所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其特征在于，所述无流量参数静电收集法公式通过以下过程获得：

由于泵的流率较大，静电收集法测氡仪内的氡浓度与集氡罩内的氡浓度相等，外界环境空气氡浓度非常低，可以近似为0；

集氡罩内氡浓度C_V(t)变化为：

J为被测介质表面氡析出率；S为集氡罩的底面积；V为集氡罩体积；L为泵的流率；λ_eff为有效衰变常数，包括氡的衰变常数λ，集氡罩内氡的泄漏系数λ_leak和反扩散系数λ_b；t为集氡的时间；

K为比例常数：

初始值C_V(0)为0，式(1)解为：

静电收集法测氡仪内氡浓度变化近似与集氡罩内的相同；

由于静电收集法测氡仪测量的是Po-218的浓度C_Po(t)，有：

式(3)代入式(4)得：

λ_po为Po-218的衰变常数；

初始值C_Po(0)为0，式(5)解为式(6)。

5.根据权利要求3所述的无流量计静电收集法开环式测量氡析出率的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述测量具体为：

S21、所述静电收集法测氡仪测量氡浓度的测量值并输出测量值；

S22、按照时间顺序，生成测量值数列，判断集氡罩内的氡浓度的测量值是否趋于恒定值，若是，则执行步骤S3；若否，则预定时间后执行步骤S21。

6.一种氡析出率测量装置，其特征在于，所述装置采用权利要求1所述方法测量氡析出率，所述测量装置由集氡罩、泵、静电收集法测氡仪和干燥管组成，所述集氡罩的出气口接头通过所述干燥管与所述泵的进气口连接，所述泵的出气口通过管道与所述静电收集法测氡仪的进气口连接。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述开口集氡罩为一个底端开口的矩形容器，所述开口集氡罩的顶板上设有进气口接头，其侧板上设有出气口接头。

8.一种氡析出率测量***，其特征在于，包括：测量模块、与所述测量模块连接的计算模块；

所述测量模块，包括权利要求6所述的测量装置，用于进行氡浓度的测量，生成并输出所述测量值数列；

所述计算模块，用于根据所述测量值数列进行数据拟合，计算所述氡析出率和所述比例常数。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述测量模块还包括判断单元，所述判断单元用于判断所述测量值数列是否收敛。