放射性气体^(37)Ar监测方法与系统发展现状概述

^(37)Ar属于地下核爆炸特征活化产物,是全面禁止核试验条约组织(CTBTO)规定的核爆试验现场视察的核查核素,因此对采集的^(37)Ar气体活度浓度进行精准的现场或实验室测量尤为关键。对^(37)Ar的特性、取样纯化技术与活度测量方法进行搜集整理,归纳了国内外现场或实验室测量的先进装置与技术现状,为^(37)Ar活度浓度相关监测等应用领域提供技术支撑。

^(37)Ar用于视察地下核试验的尝试

对地下核爆泄漏气体中放射性核素37Ar进行取样、提纯及测量 ,并研究了泄漏速率随时间和位置的变化规律。结果表明 :监测土壤中37Ar的含量可有效地核查地下核试验。

气体正比计数管测量^(37)Ar的效率研究

采用大体积的正比计数探测器和能谱分析方法对37Ar的测量效率进行了研究。主要分析了影响正比计数管效率的阈修正、端效应和壁效应三大因素。结果表明,阈修正系数与峰面积的计算方法有关。当计数管压力大于200kPa时,计数管的壁效应修正小于1%,可以忽略。最后给出了计数管的效率的计算公式。

低本底内充气正比计数管测量^(37)Ar活度

^(37)Ar是全面禁止核试验条约现场视察重要监测核素之一,高灵敏地探测^(37)Ar活度是地下核试验监测的关键环节。本文研究建立了低本底内充气正比计数管^(37)Ar活度测量装置,在铅屏蔽室上、下各装配1个塑料闪烁体探测器,主动屏蔽宇宙射线在计数管中产生的本底。相对于原始能谱,反宇宙射线能谱中^(37)Ar峰区本底计数率降至原来的7.3%,测量24 h,^(37)Ar的最小可探测活度达2.5 mBq。

^(37)Ar测量系统的本底降低技术

从放射性本底来源分析了37Ar测量系统的本底组成,采用MCNP程序对改进前及拟改进的屏蔽体的屏蔽效果进行了模拟计算。考虑到本系统的使用场景,重点对屏蔽体结构进行优化设计,并完成了加工,对改进后的测量系统进行了本底测量实验。实验结果表明:改进后,测量系统的本底降低到改进前的75%,并与理论计算结果相一致,进一步提高了37Ar的探测灵敏度。

^37Ar活度比对测量

37Ar是地下核爆确定的、明确的指示剂,目前已经被CTBTO确定为现场视察的核查核素。中国工程物理研究院核物理与化学研究所研制了适合现场视察的37Ar探测系统--移动式37Ar快速探测系统(Movable37Ar Rapid Detection System,MARDS),该系统采用LLC方法(Low Level Decay Counting)测量37Ar的活度。目前国际上尚无37Ar活度测量的标准装置,因此开展37Ar活度比对测量是一项很有必要的工作。本文介绍了我所(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,INPC)与瑞士伯尔尼大学大气与环境物理研究所(KUP)开展的37Ar活度比对测量工作。比对测量的结果说明MARDS测量37Ar活度的方法和结果有很高的可信度,为MARDS系统应用于现场视察提供了技术支持。

内充气正比计数管测量^(37)Ar活度中壁效应的理论研究

通过分析37Ar衰变产生的X射线和俄歇电子在内充气正比计数管灵敏体积中的逃逸及计数管在37Ar活度测量中的壁效应,得出X射线在正比计数管中的逃逸是产生壁效应的主要原因,提出了压力指数外推方法。使用MCNP模拟X射线和俄歇电子在内充气正比计数管中的输运,模拟结果与理论分析结论一致。比较模拟得出的壁效应值与实验测量的壁效应值可知,实验给出的壁效应值是可信的。本工作的研究结果为37Ar测量方法提供了理论支持。

单偶氮染料AR37的光催化降解动力学研究

探讨光催化技术在水体环境中降解单偶氮染料Acid Red 37(AR37)的可行性,通过单因素实验研究其降解动力学。探讨了TiO2催化剂用量、温度、底物浓度和pH等对AR37降解动力学的影响。结果表明,单偶氮染料AR37光催化降解符合假一级动力学,动力学速率常数为0.0394 min^-1;温度较高的反应体系和较低的反应底物浓度有利于单偶氮染料AR37染料的光催化降解;当催化剂用量适中时,降解速率最大;溶液初始pH为9.0时,其降解速率常数达到最大值0.05062 min^-1酸碱性太强都不利于单偶氮染料AR37染料的降解。

基于Geant4模拟^(37)Ar活度测量计数损失的修正方法

目的 采用内充气正比计数器开展放射性惰性气体^(37)Ar活度绝对测量时,需要对计数器阈值以下的计数损失进行修正。方法 利用Geant4蒙特卡罗模拟软件,构建正比计数器模型并获得^(37)Ar能量沉积谱,模拟分析计数损失产生原因及修正方法。结果 模拟计数器工作压强60 kPa下对光子探测效率,结果仅为38.7%,漏计数损失主要来源于光子逃逸产生的壁效应,可通过增大工作气体压强的方式减小,并通过外推的方式予以修正。模拟压强100 kPa下,壁效应影响为4.4%,与实验偏差在0.6%以内。结论 可利用Geant4确定计数器阈值以下漏计数修正因子,从而实现正比计数器法对^(37)Ar活度的准确测量。

^(37)Ar测量系统的研制与能谱测量方法研究

建立了移动式37Ar测量系统.采用1L的正比计数探测器和能谱分析方法对37Ar的测量进行了研究.分析了计数管的坪长、坪斜和本底等特点.结果表明,相比传统的计数方法,采用电子能谱法测量37Ar具有直观、坪长长、坪斜小等优点.相比传统的总计数方法,采用峰本底的方法可以将本底降低约一个量级,从而降低37Ar的探测下限.并研究了工作气体中不同甲烷含量对37Ar的测量能谱和计数管工作电压的影响,结果表明,加入10%的甲烷能够较好的改善37Ar的峰形,当甲烷含量大于10%时,峰形基本保持不变,而甲烷的含量较高时,达到坪区需要较高的工作电压.