为了保证环境氢及其子体浓度的调查质量,1988年7月卫生部工业卫生实验所在西安召开了气球法测氧仪刻度比对会。结果表明,氧浓度的刻度系数与陈式法[1]的理论计算值符合较好,但氡子体的刻度系数比陈式法高1.4倍。因此,平衡因子F值过大,说明氡子体刻度系数中存在一定的问题。为此,我们从刻度程序中查找了问题的原因,并提出了校正方法,从而获得了较为满意的结果。
一 仪器刻度简况及存在问题仪器刻度是将标准源226Ra产生的瞬时氢赶入一个大气球内,密封停放3小时,使氨及其子体达到平衡,用气球法从大气球内采样、测量进行刻度。认真分析刻度程序中的每个环节,不难发现气球法在测量第一张滤膜上的氡子体之前,忽视了在采样时间和采样后的停留时间内氡子体的衰变。由于氡子体RaA、RaB、RaC的半衰期短,因此在采样时不能忽视被抽滤到第一张滤膜上的标准氡子体活度,在上述两段时间内的衰变。在求氡子体的刻度系数时,应从测量氡子体前抽滤到第一张滤膜上的氡子体活度为标准,或对采样时抽滤到第一张滤膜上的标准氡子体活度进行时间的衰变校正。
二 修正氡子体刻度系数的理论依据及方法1.理论依据:226Ra的衰变是由一系列放射性元素组成的系列衰变,一直到稳定的元素出现为止,如果子体和母体共存,则子体因本身衰变而减少外,还会因母体的衰变而增加,有一个积累的过程,形成一个衰变系列。
本次刻度仪器是用222Rn作为母体源,222Rn及其子体的关系符合叠加法则[1, 2]。例如:从活度为I0的母体222Rn分离出来且孤独搁置的活度也为I0的RaA,经t时刻衰变,RaA源的活度为(IB)衰变=I0e-λBt。同时母体222Rn又分离、积累RaA,其积累方程为(IB)增长=I0(1-e-λBt)。IB的衰变和积累总和等于I。这一常数,即:
因此,只要知道了增长曲线,也就知道了衰变曲线。同理,RaB、RaC也是这样。由氡子体的系列衰变公式可得:
(1) |
(2) |
(3) |
上面三式是RaA、RaB、RaC活性积累增长方程。由此可导出衰变方程为:
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因此,从氢及其子体达到平衡的大气球内进行采样,使氡子体阻留于第一张滤膜上而与其母体222Rn分离,符合孤立子体源的级联衰变方程。因此,RaA、RaB、RaC的活度I0,可用(4)~(6)式进行级联衰变的校正。
2.校正方法:气球法采样是以充满500升气球为限,取样时间t1=500升/Q1,Q1为进气速率。考虑到采样时间内第一张滤膜上子体的衰变,这段的校正时间按采样时间的1/2计算。加上采样后的停留时间,两段时间之和即为校正总时间。
用上述(4)~(6)式对不同流速的每个氡子体源分别用不同t值进行校正,求其平均值,换算成WL,再除以对应的氡子体净计数cp3m(cp3m,即每3分钟计数,以下同),即可得氡子体的刻度系数K值,结果见表 1。
为了便于应用,现将三种刻度系数列于表 2。
由表 2可知,氡子体刻度系数K值的修正值与理论计算值符合较好,而与未修正值偏离较大,偏差为83.3%。
用三种刻度系数对西安三个环境总体监测数据处理结果的比较,列于表 3。
从表 3中可见,用刻度系数修正值所得氡子体浓度与陈式法的理论值很接近。而未修正的氡子体浓度则偏高,因而导致了较高的平衡因子F值,这是理论上不允许的。由此说明,对氡子体刻度系数进行校正是很重要的。
[1] |
杨福家, 汤家铺. 大气中氨纸子体的测量公式[J]. 复旦学报(自然科学), 1976, 3(4): 81. |
[2] |
陈志恒, 等. 大气中氢及其子体的测量[J]. 核技术, 1982, 2: 14. |