測定222Rn與220Rn子體濃度“五段法”與“三段法加二段法”的實(shí)驗(yàn)對比報(bào)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shù)氡的產(chǎn)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(gè)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(gè)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(chǎn)生的短壽命子體RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)由220Rn產(chǎn)生的短壽命子體ThB(212Pb)、ThC(212Bi)綜上所述，出于輻射防護(hù)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(jìn)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(dá)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(jì)數(shù)；——由RaB核提供的β計(jì)數(shù)；——由RaC核提供的α（或β）計(jì)數(shù)。αβ——表達(dá)式1——表達(dá)式2——表達(dá)式3對于220Rn的子體衰變鏈

ThA→ThB(212Pb)→ThC(212Bi)我們關(guān)注的是ThB

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

則總α計(jì)數(shù)為：五段法公式采樣時(shí)間5min。停止采樣后，記錄2-5min，6-20min，21-30min，150-250min與360-560min的α計(jì)數(shù)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(shí)間，minT1——采樣結(jié)束時(shí)刻至開始計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔，minT2——采樣結(jié)束時(shí)刻至結(jié)束計(jì)數(shù)的時(shí)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(jì)數(shù),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(jì)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(shí)，通采樣t0=５min,記錄采樣結(jié)束后T(2,5),T(6,20),T(21,30)三個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)間的α計(jì)數(shù)，X1=X（5,2-5）；X2=X（5,6-20）；X3=X（5,21-30）。則原始方程組——對應(yīng)T(2,5),T(6,20),,T(21,30)三個(gè)時(shí)間段的三個(gè)方程聯(lián)立：解得：由222Rn子體的濃度可求出相應(yīng)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(jié)束后T(150,250),T(360,560)兩個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)間的α計(jì)數(shù)X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560）。則原始方程組——對應(yīng)(150→250min),(360→560min)這兩個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)間的兩個(gè)方程聯(lián)立上述方程的解為（單位：Ｂq/m3)：由方程組解可計(jì)算出相應(yīng)220Rn子體潛能濃度(單位：nJ/m3):

實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法本文所涉及的實(shí)驗(yàn)皆在氡與子體濃度較低的實(shí)驗(yàn)室大氣環(huán)境中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2測量結(jié)果實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2是在同一環(huán)境中同步采樣，其中實(shí)驗(yàn)1是采用FT648型測氡儀，采樣流速為35L/min。實(shí)驗(yàn)2為采用FT626型測氡儀，采樣流速為120L/min。實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2統(tǒng)計(jì)誤差/%統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2變異系數(shù)/%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(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)3與實(shí)驗(yàn)4的測量結(jié)果實(shí)驗(yàn)№3與實(shí)驗(yàn)№4是在同一房間，前者（實(shí)驗(yàn)№3）是封閉24h后；后者（實(shí)驗(yàn)№4）是在門窗打開通風(fēng)，充分對流后進(jìn)行的采樣測量。都采用的是FT648型測氡儀。實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)3、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果相對于“五段法”實(shí)驗(yàn)值的誤差實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)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(jié)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2，在同一環(huán)境，以不同采樣流量，同步進(jìn)行RaA、RaB、RaC、ThB與ThC子體濃度的“五段法”測量結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)№1、實(shí)驗(yàn)№2在最大誤差≤14%的范圍內(nèi)測量結(jié)果一致。以“五段法”測量結(jié)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(jié)果誤差。結(jié)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