反擴(kuò)散對(duì)氡析出率測(cè)量的影響范文
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《核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)雜志》2016年第二期
摘要:
為研究累積法測(cè)量介質(zhì)表面氡析出率時(shí)泄漏和反擴(kuò)散對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通過(guò)引入泄露和反擴(kuò)散率并在南華大學(xué)氡析出率標(biāo)準(zhǔn)參考裝置上不同的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明，集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面的密封程度不會(huì)影響氡析出率的準(zhǔn)確可靠測(cè)量。引入泄露和反擴(kuò)散率為現(xiàn)場(chǎng)氡析出率的準(zhǔn)確可靠測(cè)量提供方法保障。
關(guān)鍵詞:
靜電收集;氡析出率;泄露;反擴(kuò)散
氡析出率測(cè)量是礦冶設(shè)施退役治理中評(píng)價(jià)廢石場(chǎng)、尾礦庫(kù)防氡覆蓋治理效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是環(huán)境氡污染治理中尋找源項(xiàng)的手段［1］。累積法是國(guó)內(nèi)外測(cè)量介質(zhì)表面氡析出率的常用方法，該方法測(cè)量過(guò)程是將一集氡室緊扣在介質(zhì)表面，由于氡在擴(kuò)散和滲流的作用下在多孔介質(zhì)中運(yùn)移，當(dāng)氡運(yùn)移到介質(zhì)表面向外空間運(yùn)移時(shí)就產(chǎn)生了氡的析出，測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)析出到集氡室內(nèi)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濃度不斷上升，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后集氡室的氡濃度高于室外，一方面由于集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面密封不嚴(yán)產(chǎn)生泄漏;另一方面氡通過(guò)介質(zhì)向集氡室外擴(kuò)散遷移，造成氡的泄漏，即“反擴(kuò)散”［2－4］。故測(cè)量過(guò)程中必須考慮對(duì)集氡室內(nèi)高濃度氡引起的泄露和反擴(kuò)散效應(yīng)進(jìn)行修正，才能較準(zhǔn)確的得到介質(zhì)表面氡析出率。相關(guān)文獻(xiàn)［5－11］表明等時(shí)間間隔測(cè)量能夠消除泄漏、反擴(kuò)散對(duì)氡析出率測(cè)量的影響;但是氡析出率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面的密封程度會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件的影響，其氡析出率是否受影響，一直是測(cè)量者所關(guān)心的問(wèn)題，本研究通過(guò)引入集氡室的泄露和反擴(kuò)散率來(lái)消除泄露和反擴(kuò)散對(duì)累積法氡析出率測(cè)量的影響，實(shí)現(xiàn)了不同實(shí)驗(yàn)條件下氡析出率的可靠測(cè)量。
1氡析出率測(cè)量原理
將集氡室扣在介質(zhì)表面上，集氡室內(nèi)的氡濃度變化情況可用式(1)來(lái)表示，由于存在泄漏和反擴(kuò)散，引入氡的泄漏和反擴(kuò)散率R。測(cè)量裝置圖如圖1所示。
2測(cè)試與分析
為研究泄露和反擴(kuò)散對(duì)氡出率測(cè)量的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面3種不同密封程度的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)在南華大學(xué)氡室的氡析出率1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)參考裝置上進(jìn)行，該裝置提供了穩(wěn)定的氡析出率，其氡析出率的參考值是用閃爍室法和活性炭盒γ譜法共同定值的，該參考值為(1．48±0．05)Bq•m－3［12］。第1種用橡皮泥等密封材料密封來(lái)模擬集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面密封較好的情況如圖2中的a圖所示;第2種不用橡皮泥等密封材料密封來(lái)模擬集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面密封一般情況如圖2中的b圖所示;第3種模擬密封性差情況在第2種模擬情況的基礎(chǔ)上在集氡室的側(cè)面開(kāi)4個(gè)圓孔，裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2中的c圖所示。3個(gè)實(shí)驗(yàn)所采用集氡室體積、氡析出率測(cè)量?jī)x的測(cè)量室和硅膠管的總體積V均為0．0057m3，集氡室的底面積S均為0．066m2，測(cè)量周期均為15min。取樣泵用2．0L•min－1流率抽取被測(cè)環(huán)境中含氡空氣5min，抽氣完畢，將氡析出率測(cè)量?jī)x的測(cè)量腔與集氡室通過(guò)硅膠管連成一個(gè)回路，并將集氡室扣在氡析出率為J的待測(cè)介質(zhì)表面上，當(dāng)收集10min后，取樣泵將集氡室與氡析出率測(cè)量?jī)x的測(cè)量室內(nèi)混合5min，取樣完畢時(shí)氡析出率測(cè)量?jī)x的測(cè)量室內(nèi)的氡濃度與集氡室的氡濃度均為C1，然后以等周期連續(xù)測(cè)量即可測(cè)得一系列等時(shí)間間隔的集氡室內(nèi)氡濃度Ci，采用最小二乘算法計(jì)算A、B的值，最后根據(jù)公式(7)計(jì)算出氡析出率。模擬3種不同密封程度的集氡室所測(cè)量的結(jié)果如表1、2和3所示。3種不同的模擬情況所測(cè)量氡析出率的值與參考值符合較好。表1、2和3中，3種不同密封程度的集氡室內(nèi)測(cè)量的結(jié)果隨著測(cè)量次數(shù)增加，多次擬合測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)參考值越接近，經(jīng)過(guò)90min的累積時(shí)間所測(cè)量結(jié)果相對(duì)偏差都在5%以?xún)?nèi)。表1、2和3中，同一實(shí)驗(yàn)中泄漏和反擴(kuò)散率R相差不大，表明同一次測(cè)量結(jié)果是可靠的;但不同實(shí)驗(yàn)中其泄漏和反擴(kuò)散率R相差大，表明集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面的密封程度不同，不同實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相同累積時(shí)間測(cè)量的氡濃度差別較大，但測(cè)量的氡析出率結(jié)果偏差卻很小，表明該測(cè)量方法引入了泄漏和反擴(kuò)散率參數(shù)R能夠消除泄漏和反擴(kuò)散對(duì)測(cè)量的影響，解決了現(xiàn)場(chǎng)氡析出率測(cè)量時(shí)集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面密封受限的困惑。
3結(jié)論
3種不同實(shí)驗(yàn)條件下氡析出率的測(cè)量結(jié)果其相對(duì)偏差都在5%以?xún)?nèi)，表明累積法測(cè)量氡析出率時(shí)引入集氡室的泄露和反擴(kuò)散率能夠消除泄露和反擴(kuò)散對(duì)氡析出率測(cè)量的影響。研究成果表明采用累積法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氡析出率測(cè)量時(shí)集氡室與待測(cè)介質(zhì)表面的密封程度不會(huì)影響氡析出率的準(zhǔn)確可靠測(cè)量。
作者：李志強(qiáng) 肖德濤 趙桂芝 單健 肖高平 李越 陳穎 單位：南華大學(xué) 衡陽(yáng)師范學(xué)院