2. 东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心
2. Nuclear Engineering and Technology Research Center of Ministy of Education, East China Institure of Technology
在氡浓度变化较大的区域调查(如野外土壤氡测线[1-2])和环境评价(如矿山环境评价时矿井内外氡浓度测量[3-5])中，仪器测量性能的稳定性对区域异常分析及剂量评价的准确性起决定性作用。本文通过实验对当前业界常用的现场瞬时测氡仪(RAD7、FD3017和Alpha GUARD)示值在待测环境急剧变化(由低转高或由高转低，包不包含钍射气)后的稳定性进行研究，为后续测量分析提供参考。
1 仪器参数及测量方法 1.1 多种测氡仪参数比较由表 1可知，三种测氡仪都有优秀的性能，都能测量土壤、空气、水中氡浓度，测量周期也可选，能够在湿度大的环境中正常工作。Alpha GUARD能够测量氡浓度的范围宽，并且对工作环境中的温度、湿度无要求。RAD7测氡仪测量时间能持续24小时为一个周期，在嗅探模式下探测灵敏度能达到0.68 × 10-2 CPM/Bq/m3。FD3017测氡仪显示的优点并不突出，且探测下限高，不利于低氡水平下测量，但该仪器为土壤测氡使用最广泛的测氡仪。
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表 1 FD3017、RAD7和Alpha GUARD三种仪器参数比较 |
主要探究氡浓度急剧变化过程对三种测氡仪测量数据稳定性的影响。用“氡室－土壤高氡浓度-氡室”的地点转换模拟“低-高-低”氡浓度的转换测量环境。其中土壤高氡浓度值约为20 000 Bq/m3，氡室氡浓度为800 Bq/m3。对于Alpha GUARD测氡仪，其氡室氡浓度为560 Bq/m3。各测氡仪分别测量3种状态记录5组数据。
为规避钍射气短受命子体对测氡仪转换测量性能的干扰，设计了“氡室-自控小氡室-氡室”的“低－高-低”浓度转换实验。自控小氡室的浓度设置在15 000 Bq/m3左右纯氡浓度环境，氡室中氡浓度为700 Bq/m3。
2 测量结果与分析 2.1 FD3017的测量结果与分析由于FD3017测氡仪在整个测量过程中，不能直接读取测量出的氡浓度，将操作台显示的α计数换算成氡浓度，换算系数J土 = 1.44 × 102 (Bq·m-3)/脉冲。并将测量数据用测量次数-氡浓度图表示出来。
由图 1可知，第二次测量氡室浓度的第一个测量数据比较可疑，与后面测量值相差非常的大。分析其原因，由于每次从高浓度土壤中转换到低浓度氡室或者室内的过程中橡胶管里还残留上次测量的高浓度气体在实验测量前净化不充分。进行数据分析时，这部分可疑数据对仪器性能的研究有干扰影响应该剔除。
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图 1 FD3017在氡室与土壤高氡浓度转换测量中数据图 |
比较前后两次对氡室浓度的测量结果发现，实验前、后所测低氡浓度测量的平均值分别为748.8 Bq/m3和756 Bq/m3，相当接近，与氡室氡浓度示值差异在于未刻度(以下同)。究其原因在于每次测量前收集片都得更换，不会受到子体积累的影响，所以FD3017在高低浓度转换测量中是比较稳定。
2.2 RAD7的测量结果与分析由图 2可知，在第一次氡室浓度测量中，RAD7氡浓度示值平均为755.8 Bq/m3。从第一次氡室测量快速转变到土壤氡测量可以看出，该设备在低氡转向高氡环境下，测量值除受到腔室及连接线内积累的影响(依据腔室体积与抽气速度计算，第一次测量完成后，腔室内原有氡浓度已经基本排空)，后续测量结果基本保持稳定。说明该设备在探测器上已积累子体量小于新生成子体量、且钍射气短寿命子体α粒子发射量远低于氡子体α粒子发射量的情况下修正算法可行。
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图 2 RAD7在氡室与土壤高氡浓度转换测量中数据图 |
第二次氡室浓度测量中，RAD7所测的数据与第一次相比，普遍高出许多。第二个测量值比其他测量数据下降快进一步说明其测量结果受到了腔室内原有氡浓度的影响。但后续测量结果普遍走高，究其原因在于RAD7测氡仪在高氡环境快速转向低氡环境下利用RaC’去除探测器上已积累子体算法和钍射气短寿命子体扣除算法存在缺陷。
2.3 Alpha GUARD的测量结果与分析从表 2中可以看出Alpha GUARD连续测氡仪第一次测量氡室示值数据基本保持稳定。在土壤氡浓度测量中，初始值同样受到腔室内残存空气的影响，后续基本保持稳定。但在高氡转变到低氡测量中可以看出，仪器示值崩溃。该仪器[6-8]将过滤已有子体的空气扩散或抽吸到常压电离室当中，通过内部算法进行温、湿度修正。由于电离室能量分辨率很低，必然会受到钍射气短寿命子体的影响，且修正算法在高浓度突然转向低浓度时失效。
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表 2 Alpha GUARD测氡仪在氡室与土壤高氡浓度转换测量中数据图(Bq/m3) |
从前面测量结果可知，除三种测氡仪均受到腔室内已有空气的影响外，RAD7、Alpha GUARD测氡仪均显示出由高浓度转换到低浓度中去后测量结果可能受到钍射气短寿命子体的影响，本节对其加以深入研究。
2.4.1 RAD7在无钍干扰的氡浓度转换测量数据处理与分析从图 3可以看出，RAD7测氡仪在无钍射气短寿命子体影响下，从高氡浓度转向低氡浓度情况下，探测器上已积累子体同样对测量结果有影响，说明当探测器上已积累的氡子体浓度大于新产生的子体浓度时，算法修正不够彻底。比较图 1与图 3可以看出，有钍射气短寿命子体影响情况下，曲线下降缓慢，说明同样受到高钍射气短寿命子体所发射的α粒子的影响。这应由探测器的能量分辨率不够，所产生的重峰分解不彻底所引起的。
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图 3 RAD7测氡仪在无钍干扰下的转换测量结果 |
由图 4与表 2比较分析可以看出，在低氡浓度转向高氡浓度过程中，仪器示值能快速稳定，但在高氡浓度转向低氡浓度过程中，前者浓度越高，仪器越容易出现示值不稳定的情况，受原始前续修正因子的影响越大，算法的有效性应进一步检验提高。
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图 4 Alpha GUARD测氡仪在无钍干扰下的转换测量结果 |
受项目组野外测量工作(土壤氡测线时，测得高氡浓度后，后续测量值缓慢下降，使异常范围“加大”; 测量矿井内氡浓度后测量办公室内氡浓度值需20 h以后示值曲线才趋于测点均值)的启发。本文设计了“氡室低氡浓度-土壤高氡浓度-氡室低氡浓度”转换环境，以评价现行常用的三种测氡仪在低氡浓度向高氡浓度转换及反向转换后的仪器性能; 同时为排除钍射气短寿命子体的影响，设计“氡室低氡浓度-自控小氡室高氡浓度-氡室低氡浓度”转换环境，进一步比较分析，确定仪器相关性能。
测量结果显示: ①三者在低氡转向高氡缓解后测量结果仅受残存空气的影响，且较小。②因每次测量前必须更换收集片，FD3017测氡仪仅受到吸/排气过程中引管内残存的空气的影响。③RAD7测氡仪受到腔室及引管内残存空气的影响; 受到探测器上已大量积累的氡短寿命子体浓度的影响; 而且受到钍射气短寿命子体的影响。④Alpha GUARD测氡仪同样受到腔室及引管内残存空气的影响; 且在高氡浓度转向低氡浓度过程中，高氡浓度值越高，设备示值越偏离真实值甚至发生崩溃。
本文结论对不同应用下选择合适的测氡仪有一定的参考价值，但对于RAD7与Alpha GUARD测氡仪在不同情况下的具体恢复方案，有待进一步实验。
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