測定222Rn與220Rn子體濃度五段法與三段法加二段法

測定222Rn與220Rn子體濃度“五段法”與“三段法加二段法”的實驗對比報告人：張慶威

汲長松、王婷婷、張慶威（中核控制系統(tǒng)工程有限公司）概述對于氡的測量包括氡濃度的測量及其子體濃度（進一步求出子體潛能濃度）的測量。對于氡的測量一直是核物理試實驗方法中的難題：

1.氡氣是放射性氣體

2.氡氣是惰性氣體（無化合物）

3.級聯(lián)衰變

3個天然放射系鈾鐳（4n+2）U-Ra系占99.273%

釷(4n)Th系錒鈾（4n+3）AcU系占0.7205%

n——正整數氡的產生天然放射性鈾系(4n+2)核素表天然放射性鈾系(4n+2)核素表（續(xù)）天然放射性釷系(4n)核素表天然放射性錒系(4n+3)核素表天然放射性錒系(4n+3)核素表（續(xù)）都有一個在正常條件下以氣態(tài)形式存在的氣態(tài)子體核素。 鈾系——氡222Rn， 釷系——釷射氣220Rn(Tn)， 錒系——錒射氣219Rn(An)。

222Rn、220Rn(Tn)、219Rn(An)統(tǒng)稱氡三個氣態(tài)子體都是α輻射體，其半衰期不長氡222RnT1/2＝3.825d，釷射氣220RnT1/2＝55.6s，錒射氣219RnT1/2=3.96s。由222Rn產生的短壽命子體RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)由220Rn產生的短壽命子體ThB(212Pb)、ThC(212Bi)綜上所述，出于輻射防護的目的，考慮到219Rn、220Rn、222Rn都來自土壤，由于其半衰期的差異，最終能進入呼吸帶并對人體造成損害的只有220Rn和222Rn及其短壽命子體RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)、ThB(212Pb)、ThC(212Bi)氡子體衰變系列表達式對于222Rn的子體衰變鏈

RaA(218Po)→RaB(214Pb)→RaC(214Bi)可得：式中，——由RaA核提供的α計數；——由RaB核提供的β計數；——由RaC核提供的α（或β）計數。αβ——表達式1——表達式2——表達式3對于220Rn的子體衰變鏈

ThA→ThB(212Pb)→ThC(212Bi)我們關注的是ThB

與ThC,則有：式中：——由ThB核提供的β計數；——由ThC核提供的β（或α）計數。β——表達式4表達式5不考慮RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的探測效率和自吸收的差異時，可得到下面的222Rn和220Rn子體總計數表達式：

則總α計數為：五段法公式采樣時間5min。停止采樣后，記錄2-5min，6-20min，21-30min，150-250min與360-560min的α計數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——采樣時間，minT1——采樣結束時刻至開始計數的時間間隔，minT2——采樣結束時刻至結束計數的時間間隔，minQ——采樣流速，L/minE——探測效率Σ——濾膜過濾效率（含自吸收）Ci——子體濃度，Bq/m3i=RaA、RaB、RaC、ThB、ThCXi(t0,T1→T2)——凈計數,i=1、2、3、4、5通過解該五元一次方程組，得到唯一的解：潛能濃度由其計算的222Rn與220Rn子體潛能濃度（單位：nJ/m3）式中，Cp——子體潛能濃度，nJ/m3測222Rn子體濃度的“三段法”用“三段法”測222Rn子體時，通采樣t0=５min,記錄采樣結束后T(2,5),T(6,20),T(21,30)三個計數時間區(qū)間的α計數，X1=X（5,2-5）；X2=X（5,6-20）；X3=X（5,21-30）。則原始方程組——對應T(2,5),T(6,20),,T(21,30)三個時間段的三個方程聯(lián)立：解得：由222Rn子體的濃度可求出相應的潛能濃度(單位：nJ/m3)測220Rn子體濃度的“二段法”通常采樣t0=５min,記錄采樣結束后T(150,250),T(360,560)兩個計數時間區(qū)間的α計數X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560）。則原始方程組——對應(150→250min),(360→560min)這兩個計數時間區(qū)間的兩個方程聯(lián)立上述方程的解為（單位：Ｂq/m3)：由方程組解可計算出相應220Rn子體潛能濃度(單位：nJ/m3):

實驗裝置與實驗方法本文所涉及的實驗皆在氡與子體濃度較低的實驗室大氣環(huán)境中進行。實驗采用FT626與FT648型測氡儀用于單濾膜模式常規(guī)抽氣泵采樣；ZnS(Ag)閃爍探測器探測濾膜的α粒子計數實驗1與實驗2測量結果實驗1與實驗2是在同一環(huán)境中同步采樣，其中實驗1是采用FT648型測氡儀，采樣流速為35L/min。實驗2為采用FT626型測氡儀，采樣流速為120L/min。實驗1實驗2統(tǒng)計誤差/%統(tǒng)計誤差/%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實驗1實驗2變異系數/%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）±8.9CpRnnJ/m369.5863.20（66.39）±4.8CpTn89.1852.38（70.78）±26.0三段法CRaABq/m329.3129.87——CRaB17.2612.47——CRaC15.8310.42——CpRnnJ/m398.9074.40——二段法CThBBq/m30.32510.2462——CThC7.2013.592——CpTnnJ/m373.3544.95——實驗1、實驗2的222Rn與220Rn子體濃度的“五段法”，與222Rn子體濃度“三段法”、

220Rn子體濃度“二段法”對比實驗結果實驗3與實驗4的測量結果實驗№3與實驗№4是在同一房間，前者（實驗№3）是封閉24h后；后者（實驗№4）是在門窗打開通風，充分對流后進行的采樣測量。都采用的是FT648型測氡儀。實驗3實驗4X1(5,2-5)613310X2(5,6-20)20351157X3(5,21-30)1116615X4(5,150-250)785433X5(5,360-560)286164子體濃度實驗3實驗4五段法CRaABq/m359.8512.62CRaB29.5713.11CRaC24,8517.33CThB0.44810.2291CThC7.8505.002CpRnnJ/m3155.476.18CpTn163.197.40三段法CRaABq/m362.0114.06CRaB36.4218.05CRaC30.7221.71CpRnnJ/m3214.0110.2二段法CThBBq/m30.37250.1982CThC15.258.467CpTnnJ/m3132.473.30實驗3、實驗4的222Rn與220Rn子體濃度的“五段法”，與222Rn子體濃度“三段法”、

220Rn子體濃度“二段法”對比實驗結果相對于“五段法”實驗值的誤差實驗1實驗2實驗3實驗4CRaA9.712.63.611.4CRaB3518.423.237.7CRaC31.5914.823.624.3CThB－9.2－10.2－16.9－3.1CThC106－14.112669.3CpRn42.117.737.844.6CpTn－17.7－14.2－18.8－24.7總結實驗1、實驗2，在同一環(huán)境，以不同采樣流量，同步進行RaA、RaB、RaC、ThB與ThC子體濃度的“五段法”測量結果表明，實驗№1、實驗№2在最大誤差≤14%的范圍內測量結果一致。以“五段法”測量結果為參考值的222Rn子體濃度“三段法”、

220Rn子體濃度“二段法”測量結果誤差。結果表明，“三段法”測定的RaA、RaB、RaC子體濃度與“五段法”最大差異～30%水平。220