静电收集α能谱法氡探测器是近年来发展起来的环境中氡浓度的连续测量方法。由于测量结果可靠、自动化程度高、使用方便, 在氡测量中得到广泛应用。由德国SARAD公司生产的RTM-2100Rn/Th连续测量仪, 采用高压静电收集、大面积金硅面垒型(PIPS) α探测器及多道α谱分析器(Multi channel analyser, M CA), 结合微机处理系统及专用软件等先进技术, 可直接用于环境中²²²Rn、²²⁰Rn的测量。该仪器的重要特点是设置了湿度传感器, 可排除湿度的影响。另外增加简单配件还可用于土壤、水中及材料氡表面析出率的测量。以下就我们对该仪器的测试和应用情况作一介绍。

1 仪器的结构及测量原理

图 1为RTM-2100Rn/T h连续测量仪。该仪器主要由采样泵, ²²²Rn、²²⁰Rn收集室, 专用α粒子探头, 电气系统等组成。使用交流及蓄电池组共电, 一次充电可连续工作48h。测量原理:见图 2。用泵将含氡气体引入收集室, 氡衰变产生的带正电荷的粒子在外加电场的作用下被收集到探测器表面, 根据α粒子的特征峰(²¹⁸Po:6.0M eV; ²¹⁶Po:6.78M eV; ²¹⁴Po:7.69M eV; ²¹²Po:8.78M eV)对应的计数率和采用标准²²²Rn和²²⁰Rn气体得到的刻度系数可确定被测场所²²²Rn或²²⁰Rn的浓度^[1]。

2 仪器的校准

RTM-2100有2种测量模式, ²²²Rn模式和²²⁰Rn模式, 测量时间间隔在1 ~ 120min。可根据实际需要选择测量模式和时间。在南华大学标准氡实验室, 采用已知浓度的²²²Rn、²²⁰Rn对仪器进行了校准。

2.1 ²²²Rn的校准

采用已知恒定的²²²Rn浓度对²²²Rn模式的测量结果进行校准, 根据常规测量要求, 时间间隔选择在60min。选择2个不同水平的氡浓度, 低浓度参考水平647Bq/m³, 高浓度参考水平10 833Bq/m³, 总测量时间为12h。由表 1结果可见, 高、低浓度的校准因子(F_222Rn)分别为0.96和0.94, 小时值的离散度在8.1% ~ 8.8%。

表 2是在不同的²²²Rn-²²⁰Rn混合条件, ²²²Rn测量的结果。²²⁰Rn浓度在10 000 Bq/m³, 对²²²Rn的测量没有明显影响。

2.2 ²²⁰Rn的校准

采用已知²²⁰Rn浓度对²²⁰Rn模式的测量结果进行了校准, 时间间隔选择在60min。选择了高低2个水平5种浓度, 低浓度参考水平5 100 ~ 5 900Bq/m³, 高浓度参考水平在12 000Bq/m³, 总测量时间为12h。结果列入表 3。从测量结果可见, 该仪器的显示浓度明显低于²²⁰Rn室的参考浓度, 校准因子(F_220Rn)的平均值仅为0.46。

目前国际上还没有建立²²⁰Rn的刻度标准, 有关²²⁰Rn测量装置的校准的报道也非常有限。这仅是一次尝试, 其原因还有待于进一步的研究。

2.3 RTM-2100连续测量仪对²²²Rn、²²⁰Rn的响应

为检验仪器对²²²Rn的响应时间, 将仪器的测量模式设置为“ Fast radon”, 放入进标准²²²Rn中即刻进行测量, 通过仪器视窗显示的瞬时测量值的变化来判断仪器是否达到平衡; 检验仪器对²²²Rn的响应时间, 采用同样的方法, 只需将仪器的测量模式转换为“Thoron”。图 3显示的是测量仪在不同模式下分别在标准²²²Rn、²²⁰Rn室中的测量记录。可以看出:在“ Fast radon”模式下, 仪器需要2 ~ 3h达到平衡, 而测²²⁰Rn只需1 ~ 2min就可达到平衡, 这与²²⁰Rn半衰期短有关。

2.4 湿度影响

RTM-2100通过静电聚集的方法来浓集氡子体, 湿度可对静电产生影响, 导致测量结果偏低。一般的解决方法是在仪器的进气口安装干燥器, 对进气进行除湿。这样对操作和携带带来不便。RTM-2100带有湿度传感器, 通过内设模式自动校正, 以排除环境湿度的影响。

为检验仪器排除湿度的效果, 在氡室内中选择了2种不同的湿度进行了测试。氡浓度和湿度的变化如图 4所示。可见当测量环境的相对湿度在32% ~ 90%变化时, 仪器的测量结果不受影响, 该仪器有较好的抗湿性能。

3 现场测量与比对

分别选择不同的氡水平和不同的现场与国内外同类仪器进行了比对。比对仪器包括美国DURR IDGE公司的RAD7型电子连续专业测氡仪、日本名古屋大学研制的ERM氡连续测量仪、我国核工业航测遥感中心生产的HDC土壤测氡仪。由表 4结果可见, RTM-2100的测量结果与上述仪器相吻合。相对百分偏差(Re lative pe rcent d iffe rence, RPD)在可接收范围(< 30%)^[1]。

4 结论

RTM-2100具有响应快, 抗湿度干扰强, 方便携带, 测量结果可靠等优点, 适用于环境²²²Rn浓度测量。对于²²⁰Rn测量还需要进一步的探讨。