中国地下煤矿^(222)Rn和^(220)Rn水平的初步调查研究

本文介绍在2002年12月至2004年8月期间,用固体径迹探测器对北京史家营矿、房山城关矿、山西古交西曲矿、太原王封矿、湖南衡阳市柏坊矿、衡南县松柏矿、贵州黔西红林矿及浙江安仁锦江矿等5省市的8座煤矿井下氡浓度进行了实际为期1年(分四个阶段)的调查。结果表明,8座煤矿的年平均氡浓度(测点数)分别为550(69)、3 187(28)、45(224)、117(72)、88(79)、79(58)、40(72)、136(116)Bq/m3。井下氡浓度及其变化规律与通风状况、地质结构等因素有很大的关系,通风不好的矿井氡浓度较高,且呈现出夏、秋季高,冬季低的趋势;而通风状况良好的矿井氡浓度较低,且四季变化不明显。结合调查结果揭示了北京地区煤矿氡浓度普遍较高、浙江石煤矿并不太高以及国有煤矿较低等一些特点,对影响煤矿井下氡浓度水平的因素作了简要分析。文中还给出了北京和湖南两地所测煤矿井下220Rn及其子体水平的测量结果,220Rn子体α潜能浓度与氡子体α潜能浓度的比值在0.036~0.42之间。

北京房山区两座煤矿^(222)Rn、^(220)Rn及其子体的测量

用被动式累积探测器在北京房山区史家营(中型煤矿,年产量30万吨)和城关(小型煤矿,年产量3万吨)2座煤矿井下进行了222Rn、220Rn及220Rn子体的测量。测量结果表明,史家营煤矿的222Rn、220Rn年平均浓度和220Rn平衡当量浓度分别为292、90.5和0.9 Bq/m3;城关煤矿的222Rn、220Rn年均浓度和220Rn平衡当量浓度分别为4919、2619和6.0 Bq/m3。由于吸入的222Rn和220Rn及其子体所致矿工人均年有效剂量,史家营煤矿矿工分别为2.54和0.13 mSv;城关煤矿矿工所致相应的人均年有效剂量分别为42.9和1.43 mSv。在这两个煤矿中,222Rn及其子体是矿工受照剂量的主要来源;220Rn及其子体剂量仅占两矿矿工所受总剂量份额的4.9%和3.2%。在通风不好的矿井(如城关矿)222Rn、220Rn浓度的季节变化很大,夏季个别测点222Rn浓度高达1×104Bq.m-3。加强煤矿井下通风,降低矿工的辐射危害是值得关注的问题。

小^(220)Rn室的研究

研制了一个125L的小220Rn室。在充220Rn和循环气流流速、风扇转速不变条件下,测量左、右两个侧面上不同位置的采样孔的220Rn水平,相对偏差仅为0.66%,且连续5d在同一采样孔采样测量,测量结果的相对偏差仅为1.6%。系统的总不确定度小于3.5%。

^(220)Rn累积测量的吸收体法及其应用

利用220Rn子体ThC’衰变产生的α粒子能量较氡及其子体衰变产生的α粒子能量都高的特点,发展了一种220Rn测量的吸收体方法。本文介绍了加吸收体甄别氡及实现220Rn直接测量的原理、剂量计及其刻度方法。该剂量计测量220Rn暴露量和介质表面220Rn析出率的刻度系数分别为R0=0.0767cm–2(kBq·m–3·h)–1和R=0.1300cm–2(kBq·m–3·h)–1。当测量周期7d,所用CR-39本底径迹密度标准差ST=1.6cm–2时,其测220Rn浓度与220Rn析出率的探测下限分别为LLDC=248.4Bq·m–3和LLDE=34.8mBq·m–2·s–1。220Rn累积测量的吸收体法在环境220Rn水平测量、室内220Rn及其子体水平分布测量和介质表面220Rn析出率测量中得到了应用。

空气中^222Rn／^220Rn子体水平α能谱测量方法的优化

通过222Rn/220Rn子体α能谱测量程序对222Rn/220Rn子体测量不确定度的分析,获得了有关采样时间、测量时间段、总测量时间与222Rn/220Rn子体测量不确定度的较清晰的关系。在此基础上,按照快速准确测量222Rn/220Rn子体的原则,优化了一种222Rn/220Rn子体α能谱测量程序,并通过和多种早先提出的222Rn/220Rn子体测量程序的实验对比,验证了该测量程序的合理性。

空气中混合^(222)Rn、^(220)Rn子体浓度水平测量方法的比较

为了对同时测量222Rn、220Rn子体浓度水平的五段法、二段法和α能谱连续测量法的特点和可靠性进行比较,在南华大学氡实验室用这三种方法进行了222Rn、220Rn子体浓度水平的同时测量。与二段法比较,五段法测量结果较准确,但由于测量时间长(10h以上)、测量段数多且操作麻烦,故不适合用于快速、大规模的测量;然而在高220Rn、低222Rn的建筑物中,用二段法测得的222Rn子体α潜能浓度的误差较大。采用α能谱法的LCD-BWLM型222Rn、220Rn子体测量仪,具有操作方便、能区分能量及连续测量等优点,但它需要开机8h以上才能得到较准确的220Rn子体浓度测量结果。对于220Rn子体浓度变化很大的实际环境,LCD-BWLM型仪器测得的220Rn子体水平结果不够准确,且该仪器在重启的同时要更换新的滤膜。

^(222)Rn-^(220)Rn分辨探测器的刻度与比对

为了保证测量质量,采用实验室新改进的222Rn-220Rn分辨探测器在南华大学氡实验室进行了刻度,并参加了日本NIRS组织的国际比对。结果显示,222Rn、220Rn暴露量与径迹密度之间有很好的线性关系,相关系数分别是0.9894、0.9885;222Rn、220Rn刻度因子分别为4.27±0.40Tackscm-2(kBq·m-3·h)–1、2.33±0.39Trackscm-2(kBq·m-3·h)–1。纯222Rn条件,测量值与NIRS提供的参考值的相对百分偏差(RPD)和变异系数(COV)分别为12%、7.7%,达到了英国NRPB规定的B级水平,在美国EPA规定的可接受的控制限之内;高220Rn条件,220Rn测量值的RPD和COV分别为22%、4.8%。有关220Rn测量偏差偏高的原因有待进一步探讨。

调节闪烁室法测量^(222)Rn、^(220)Rn时仪器工作状态对探测效率的影响

针对闪烁室法222Rn2、20Rn的测量装置,介绍了一种调节仪器最佳工作状态的比较完善的方法,并用实验进行了探测效率比较。结果表明,通过调节闪烁室法测量222Rn2、20Rn浓度装置的工作状态,可以提高仪器的探测效率约10%。

^(222)Rn/^(220)Rn联合测量的方法与技术状况

氡是地球上无处不在的放射性气体,对^(220)Rn/^(220)Rn问题的研究一直是辐射防护和环境保护的重要课题。目前国内外^(222)Rn测量仪比较成熟,而^(220)Rn的测量标准还没有建立起来。^(222)Rn/^(220)Rn联合测量主要分为双滤膜能谱法、闪烁室延时法、α径迹蚀刻法、活性炭盒λ谱法、活性炭滤纸法、静电收集法。国内外^(222)Rn/^(220)Rn联合测量仪主要包括FD-129型氡钍射气测定仪、LR-115固体核径迹探测器、RAD7测氡仪等。

^(220)Rn测量仪器的刻度问题

调研了各类钍射气(220Rn)测量仪的刻度方法和存在的问题。针对各类220Rn标准源的析出百分率常小于100%而有待准确测定这一关键问题,建立了流气闪烁室绝对测量方法,并用活性炭 g谱法作了验证,解决了准确测定220Rn标准源析出率的问题,为提高220Rn测量仪刻度的准确性创造了条件。

^(220)Rn对Radtrak氡探测器的影响及其修正

对甘肃调查使用的Radtrak探测器进行了研究和改进。由于Radtrak探测器采用了高渗透性的滤膜,在暴露期间,220Rn可随222Rn进入探测器。传统土结构窑洞和房屋中高水平220Rn的影响,使得222Rn的测量结果高出实际水平2~3倍。通过改变气体交换率,对探测器进行了改进。改进后的探测器可有效分辨220Rn和222Rn。根据探测器的灵敏度和房间内220Rn的分布,提出了对甘肃调查数据修正的可能性,并与实际测量结果进行了比较。

居室内^(220)Rn及其子体分布的三维模拟计算

通过对居室内220Rn及其子体的产生、衰变及扩散运移规律的分析,建立了三维数学模型,并利用有限元法分析了居室内220Rn及其子体的空间分布。通过有限元分析得知:220Rn及其子体浓度的计算结果随单元格划分越多越精确,但其平均浓度随单元数目增多变化并不明显。220Rn及其子体的平衡因数依据居室内三维分布的220Rn及其子体平均浓度进行计算更合理些。

广州市室内^(222)Rn、^(220)Rn浓度调查

目的 了解广州市室内2 2 2 Rn、2 2 0 Rn浓度及所致居民剂量。方法 于 1997年 11月至 1998年 2月期间采用CR -3 9α固体径迹探测器测量了广州市 3 3间建筑物室内累积2 2 2 Rn浓度 16间建筑物室内累积2 2 0 Rn浓度。结果 2 2 2 Rn浓度范围为 3 3～ 2 3 8 2Bq m3,平均值为 (79 1± 5 6 6)Bq m3。2 2 0 Rn浓度范围为 46 6～ 5 3 1 0Bq m3,平均值为(190 8± 163 4)Bq m3。结论 各类建筑物室内2 2 2 Rn浓度存在显著性差异。

空气中^(222)Rn/^(220)Rn子体水平的α能谱法测量

对α能谱法在测量222 Rn 220 Rn子体水平中的应用和发展进行了介绍.并将α能谱法与总α法测量222 Rn 220 Rn子体水平进行了比较,可以看出222 Rn 220 Rn子体水平的α能谱法测量具有快速、准确的特点,是准确测量222 Rn 220 Rn子体的理想方法.这种方法在国外已获得了广泛应用,在国内的应用还有待加强.文中关于α能谱测量222 Rn 220 Rn子体水平中的峰重叠问题及其解决办法对222 Rn 220 Rn浓度的α能谱测量也很有帮助.

一种同时测量^(222)Rn、^(220)Rn的单闪烁室两段法

本文介绍了一种同时测量混合222Rn、220Rn空气的单闪烁室方法,该方法利用一个闪烁室测量采样结束后两个不同时间段的计数,再联立一个二元方程组来求解222Rn、220Rn浓度,因此也叫单闪烁室两段法,该方法无需任何延时即可快速准确测定混合环境下222Rn、220Rn浓度.

被动积分测^(220)Rn方法及其应用

利用氡220Rn半衰期的差别、氡220Rn及其子体释放的α粒子能量的差别以及220Rn子体产生初始带电荷的特性,研究了平行氡220Rn测量方法、吸收体法220Rn水平测量方法及驻极体灵敏测220Rn方法.这些方法在环境220Rn水平监测、介质表面220Rn出率的测量、室内220Rn及其子体分布测量中得到了应用.

氡室^(222)Rn/^(220)Rn采样的实时监测与控制系统设计

提出了以Intel 51系列单片机为控制核心的222Rn/220Rn采样监测与控制系统设计方案。硬件部分对传感器、A/D转换器件、USB芯片、键盘和数码显示芯片、光耦隔离与直流泵驱动芯片的选择和使用进行了详细介绍,并给出了电路设计简图;软件部分包括上下位机软件,分别通过Visual Basic语言和汇编语言实现数据采集转换及直流泵流量控制,并采用PID控制算法对泵流量稳定性进行改善,给出了程序流程图。

新型^(222)Rn和^(220)Rn及其子体浓度连续监测仪应用研究

在CAM基础上,加入^(222)Rn和^(220)Rn及其子体浓度连续监测方法,实现^(222)Rn和^(220)Rn及其各自子体浓度连续监测,并开展了测试,结果显示氡气测量上有较好的一致性,总体方法及仪器能给出可信和合理的结果.

基于Geant4的分辨型剂量盒中^(220)Rn的探测效率研究

为了得到用于^(220)Rn测量的分辨型剂量盒中包裹不同厚度铝膜的剂量片探测效率,利用蒙特卡洛计算程序Geant4建立了φ8.0 cmX3.2 cm分辨型剂量盒模型,模拟了该剂量盒中a射线与空气、铝膜和CR-39剂量片的相互作用过程,确定了用于^(220)Rn测量的铝膜厚度,得到了包裹不同厚度铝膜的剂量片对^(220)Rn的探测效率,并在标准氢室和钍室内开展了验证实验。研究结果表明:当铝膜厚度为41μm时,Geant4模拟计算得到的探测效率为53.2%,与实验数值分析结果相对偏差为-5.6%,验证了模拟结果的正确性。所建立的计算模型可用于深入开展^(222)Rn和^(220)Rn的分辨测量研究。

双滤膜活性炭盒法测量^(220)Rn及其子体技术研究与应用

研究了可同时测量环境空气中220Rn及其子体放射性水平的双滤膜活性炭盒法。根据暂时平衡理论,推导了该方法测量空气中220Rn及其子体的理论公式,明确了取样和测量过程中需要注意的关键参数:对于滤膜过滤收集220Rn子体,应当使等待时间大于21.4 min,同时等待和测量时间之和小于7.41 h;对于活性炭盒吸附富集220Rn,应当使等待时间大于6.17 min。使用该方法测定了实验室和某花岗岩坑道内220Rn及其子体的放射性水平。主动式双滤膜活性炭盒法为环境空气中220Rn及其子体剂量评价提供了新的技术支持。