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反扩散对氡析出率测量的影响

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《核电子学与探测技术杂志》2016年第二期

摘要:

为研究累积法测量介质表面氡析出率时泄漏和反扩散对测量结果的影响,通过引入泄露和反扩散率并在南华大学氡析出率标准参考装置上不同的实验条件下测量。测量结果表明,集氡室与待测介质表面的密封程度不会影响氡析出率的准确可靠测量。引入泄露和反扩散率为现场氡析出率的准确可靠测量提供方法保障。

关键词:

静电收集;氡析出率;泄露;反扩散

氡析出率测量是矿冶设施退役治理中评价废石场、尾矿库防氡覆盖治理效果的关键环节,也是环境氡污染治理中寻找源项的手段[1]。累积法是国内外测量介质表面氡析出率的常用方法,该方法测量过程是将一集氡室紧扣在介质表面,由于氡在扩散和渗流的作用下在多孔介质中运移,当氡运移到介质表面向外空间运移时就产生了氡的析出,测量一段时间内析出到集氡室内的氡即可反推出氡析出率。但是析出的氡被集氡室收集后其氡浓度不断上升,经过一定时间后集氡室的氡浓度高于室外,一方面由于集氡室与待测介质表面密封不严产生泄漏;另一方面氡通过介质向集氡室外扩散迁移,造成氡的泄漏,即“反扩散”[2-4]。故测量过程中必须考虑对集氡室内高浓度氡引起的泄露和反扩散效应进行修正,才能较准确的得到介质表面氡析出率。相关文献[5-11]表明等时间间隔测量能够消除泄漏、反扩散对氡析出率测量的影响;但是氡析出率现场测量时,集氡室与待测介质表面的密封程度会受到现场实验条件的影响,其氡析出率是否受影响,一直是测量者所关心的问题,本研究通过引入集氡室的泄露和反扩散率来消除泄露和反扩散对累积法氡析出率测量的影响,实现了不同实验条件下氡析出率的可靠测量。

1氡析出率测量原理

将集氡室扣在介质表面上,集氡室内的氡浓度变化情况可用式(1)来表示,由于存在泄漏和反扩散,引入氡的泄漏和反扩散率R。测量装置图如图1所示。

2测试与分析

为研究泄露和反扩散对氡出率测量的影响,实验过程中模拟集氡室与待测介质表面3种不同密封程度的实验装置进行测试。该实验在南华大学氡室的氡析出率1号标准参考装置上进行,该装置提供了稳定的氡析出率,其氡析出率的参考值是用闪烁室法和活性炭盒γ谱法共同定值的,该参考值为(1.48±0.05)Bq•m-3[12]。第1种用橡皮泥等密封材料密封来模拟集氡室与待测介质表面密封较好的情况如图2中的a图所示;第2种不用橡皮泥等密封材料密封来模拟集氡室与待测介质表面密封一般情况如图2中的b图所示;第3种模拟密封性差情况在第2种模拟情况的基础上在集氡室的侧面开4个圆孔,装置结构示意图如图2中的c图所示。3个实验所采用集氡室体积、氡析出率测量仪的测量室和硅胶管的总体积V均为0.0057m3,集氡室的底面积S均为0.066m2,测量周期均为15min。取样泵用2.0L•min-1流率抽取被测环境中含氡空气5min,抽气完毕,将氡析出率测量仪的测量腔与集氡室通过硅胶管连成一个回路,并将集氡室扣在氡析出率为J的待测介质表面上,当收集10min后,取样泵将集氡室与氡析出率测量仪的测量室内混合5min,取样完毕时氡析出率测量仪的测量室内的氡浓度与集氡室的氡浓度均为C1,然后以等周期连续测量即可测得一系列等时间间隔的集氡室内氡浓度Ci,采用最小二乘算法计算A、B的值,最后根据公式(7)计算出氡析出率。模拟3种不同密封程度的集氡室所测量的结果如表1、2和3所示。3种不同的模拟情况所测量氡析出率的值与参考值符合较好。表1、2和3中,3种不同密封程度的集氡室内测量的结果随着测量次数增加,多次拟合测量值与实验参考值越接近,经过90min的累积时间所测量结果相对偏差都在5%以内。表1、2和3中,同一实验中泄漏和反扩散率R相差不大,表明同一次测量结果是可靠的;但不同实验中其泄漏和反扩散率R相差大,表明集氡室与待测介质表面的密封程度不同,不同实验过程中相同累积时间测量的氡浓度差别较大,但测量的氡析出率结果偏差却很小,表明该测量方法引入了泄漏和反扩散率参数R能够消除泄漏和反扩散对测量的影响,解决了现场氡析出率测量时集氡室与待测介质表面密封受限的困惑。

3结论

3种不同实验条件下氡析出率的测量结果其相对偏差都在5%以内,表明累积法测量氡析出率时引入集氡室的泄露和反扩散率能够消除泄露和反扩散对氡析出率测量的影响。研究成果表明采用累积法进行现场氡析出率测量时集氡室与待测介质表面的密封程度不会影响氡析出率的准确可靠测量。

作者:李志强 肖德涛 赵桂芝 单健 肖高平 李越 陈颖 单位:南华大学 衡阳师范学院

核电子学与探测技术杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次