全尘采样的气溶胶连续测量技术

采用半导体探测器作为测量器件，由于半导体探测器分辨率高，可以用能量甄别的方法快速测量低浓度α气溶胶。

    首先在天然***性情况下，进行取样测量，并求得天然***性的本底校正系数，以后测量，仪器可自动快速得出α气溶胶浓度。

1． 浓缩取样

本仪器采用“过滤器收集”法。让被测空气通过过滤器，使气溶胶被过滤器（本仪器采用微孔滤膜）阻挡而沉积在滤膜上。在实际测量中，认为抽气流量率为一恒量Q_抽气， 如抽气时间为t_抽气， 则采样空气总体积为Q_抽气·t_抽气。 考虑过滤效率η_过滤，设空气中α气溶胶为C_气溶胶，那么，沉积在滤纸上的气溶胶为：

       A_{滤纸气溶胶}＝η_过滤·C_气溶胶·Q_抽气·t_{抽气    ·························}（１）

其中，C_气溶胶为气溶胶的浓度。

故C_气溶胶=A_{滤纸气溶胶}/（η_过滤·Q_抽气·t_抽气）_{···························}（2）

2． 停放等待

    为克服天然氡子体对人工核素（如钚-239）α的干扰，取样后停放等待是采取的措施之一。由于人工***性核素寿命长，在浓缩过程中，其强度随浓度时间线性增加快，而天然***性核素寿命短，强度随时间增加的慢，同时在取样后停放一段时间t_停放后，使RaA完全衰变，余下的氡子体的干扰主要是RaC。

3．  能量甄别

    当取样时氡子体和人工核素同时被收集在滤纸上，经停放后，测

得谱形如下

图中  A—B段：称为人工道，其中积分计数以N_人工总表示。

C—D段：称为补偿道，其中积分计数以N_补偿表示。

E—F段：称为甄别道，为氡子体的积分计数，以N_氡子体表示。

  显然，在人工道A—B段内， 其积分计数不仅包括人工α***性核素贡献，还有氡子体的贡献。定义氡钍子体α谱形拖延到A—B道内的积分计数为N₁。

      则人工道内人工α***性核素的积分计数为：

            N_人工＝N_人工总－Ｎ_{1······································}（3）

           当空气中中无人工污染时，只对氡子体取样，此时对以选定的滤纸和测量条件下可测出：

        K=N₁/N_补偿           N₁=K·N_{补偿·  ·······················}(4)

式中：K称为补偿系数。

定义多次测量得K的平均值为K_平均。

则由（3），（4）有：

           N_人工＝Ｎ_人工总－Ｋ_平均·Ｎ_{补偿······················}（5）

而N_人工总、N_补偿分可分别从人工道及补偿道测得。

设探测器探测效率（对４π而言）为η_探测；设测量时间为t_测量；设沉积于滤纸之上的人工α***性气溶胶为Ａ_{滤***工α气溶胶}；设空气中人工α***性气溶胶浓度为Ｃ_{人工α气溶胶}。

类同（１）式，有：

   A_{滤***工α气溶胶}＝η_过滤·C_{人工α气溶胶}·Q_抽气·t_{抽气 ·················}（6）

再考虑到其他因素的影响，引入效率修正系数ｆ_效率修正；

则有：

 A_{滤***工α气溶胶}＝f_效率修正·η_过滤·C_{人工α气溶胶}·Q_抽气·t_{抽气  ·········}（7）

显然，有：

      N_人工＝η_探测·t_测量  ·A_{滤***工α气溶胶 ·········}（8）

将（7）代入（8）有：

N_人工＝η_探测·t_测量·f_效率修正·η_过滤·C_{人工α气溶胶}·Q_抽气·t_{抽气····}（9）

      C_{人工α气溶胶}＝N_人工/（η_探测·t_测量·f_效率修正·η_过滤·Q_抽气·t_抽气）_···（10）

将（5）代入（10）有：

C_{人工α气溶胶}＝（Ｎ_人工总－Ｋ_平均·Ｎ_补偿）/（ η_探测·t_测量·  f_效率修正·

η_过滤·Q_抽气·t_抽气）_{··························································}（11）

(11)式中各量的单位为：

C_{人工α气溶胶}：Bq/ L；  Q_抽气：L/s；  t_抽气：s；  t_测量：s。

如以以下量纲表示式中各量时：

C_{人工α气溶胶}：居里/升；Q_抽气：升/分；t_抽气：分钟；t_测量：分钟。

由1分钟=60秒，1居里=3.7×10¹⁰Bq，1Bq=1s^-1，有

C_{人工α气溶胶}=（Ｎ_人工总－Ｋ_平均·Ｎ_补偿）/（K_变换系数·η_探测·t_测量·η_过滤·Q_抽气·t_抽气）_{································································}（12）

引入了量纲变换而带来的变换系数K_变换系数=2.22×10¹²。

由甄别道总计数N_氡子体可求得氡本底浓度，公式如下：

C_氡子体=λ²·N_氡子体/﹝Q_抽气·η_过滤·η_探测·f_效率修正·（1-e^-λt抽气）·

            e^-λt停放·（1-e^-λt测量）﹞_{·········································}（13）

式中： λ=ln2/T_1/2平均

T_1/2平均=2100s，是氡子体的平均半衰期。

式中各量量纲为：

C_氡子体：Bq/ m³； Q_抽气：m³/s； t_停放：s；

t_抽气：s；t_测量：s ；T_1/2平均：s。

如以以下量纲表示式中各量时：

C_{人工α气溶胶}：居里/升；  Q_抽气：升/分；t_抽气：分钟；

t_测量：分钟；T_1/2平均：分钟。

则引入因量纲变换而带来的变换系数K_变换系数=2.22×10¹²，有：

C_氡子体=λ²·N_氡子体/﹝Q_抽气·K_变换系数·η_过滤·η_探测·f_效率修正·

（1-e^-λt抽气）·e^-λt停放·（1-e^-λt测量）﹞_{····················}（14）

仪器灵敏度估计从略。

3. 主要技术特性

3.1  测量灵敏度

     测量周期60分钟（可设置），对²³⁹Pu α气溶胶可达0.1Bq/m³

3.2  测量范围0.1 Bq/m³-10000 Bq/m³

3.3  仪器工作环境

    温度：0~40ºC (&plu***n;2ºC)

湿度：不大于90（30ºC）

电源：AC 220V（194V—242V）

3.4  正常条件下仪器探测效率，对²³⁹Puα粒子h≥30%

3.5  正常条件下仪器的基本误差不大于&plu***n;10%

3.6  正常条件下，仪器工作8小时其探测效率变化不大于&plu***n;10%

3.7  有效取样面积为Φ30mm

3.8  取样流量≥0.05m³/min(取样滤膜孔经为0.22μm，过率效率为99%)。

3.9  计数的容量为10⁸-1。

4.安装调试

4.1仪器的安装步骤

***步  连接好取样器，注意气路部分橡胶软管的连接处密封性良好。接通电源时，应无异常声音。

  第二步  依照图文连接各插道。

  第三步  检查电源保护地线是否接通，否则接通保护地线。

  第四步  打开电源，完成以上操作，仪器安装完毕。

4.2仪器的调试

4.2.1取样器

设置抽气时间为10Min，放置滤纸后打开电源，五分钟后调节流量计到50L/Min（注意视角与浮子的上平面在同一水平上，流量以浮子的上平面为准）。抽气结束后，取滤纸检查滤纸是否平整、周围有没有因为漏气而造成的灰尘沉淀，若发现漏气则检查密封圈是否完好以及压环是否压紧。