第10章 氡测量和其他辐射测量方法

1、绪论第1章矿 内 空 气第2章矿井空气流动基本理论第3章矿井通风系统和通风动力第4章铀矿山辐射危害与安全第5章辐射防护标准与矿井防氡指标第6章氡来源及性质第7章氡析出与氡传播第8章排氡通风与控氡技术第9章铀矿井排氡通风设计第10章氡测量和其他辐射测量方法第11章矿井通风系统测定与评价 第第10章氡测量和其他辐射测量方法章氡测量和其他辐射测量方法为了掌握矿井中氡及子体浓度的污染状况及其变化,评价矿工接受的辐射剂量和通风降氡措施的效果,必须掌握氡测量和其他辐射测量方法。 静电计法也叫电离室法,是测氡最经典的方法。10.1氡氡的的测测量量10.1.1静电计法静电计法1.工作原理工作原理静电计法测氡的

2、原理是基于射线对空气的电离作用和带电导体在电场中的运动。含氡气体进入电离室后,氡及其子体放出的射线使空气电离,产生正负离子。其电离电流主要是222Rn,218Po,214Po的粒子贡献的。电离室的中央电极积累了一定量的正电荷,当与静电计的中央石英丝接触后使其带电,成为带电导体。在外电场作用下,石英丝在带了电的臂丝电场作用下而发生偏转,其偏转的速度与其上的电荷量成正比,也就是与氡的浓度成正比。测出偏转速度(亦即电离电流)就可知道氡的浓度。2.主要设备与仪器主要设备与仪器(1)电离室我国常用的与FD-105型和FD-105(K)型两种静电计配套使用的电离室结构如图10.1所示。电离室高14 cm,

3、直径为9.5 cm,容积1 L,外壳为金属,中央电极通过绝缘体和外壳固定起来,两个气孔用于吸气和排气。(2)静电计常用的静电计有FD-105型和FD-105(K)型两种。图10.1FD-105K电离室示意图图10.2是静电计的横向剖面图及外形示意图,4个“”形电极(2个为一组)产生外电场。外加电压固定,调节电极间的距离来改变电场的强弱和方向性的分布。石英丝固定在静电计的中央,悬丝上有一横的指示丝。用目镜观测石英丝中指示丝的偏转情况。图10.2FD-105K静电计横向剖面图及外形示意图1中央电极;2绝缘体;3水平丝;4指示丝;5形电极;6补偿调节螺丝;7绝缘体;8显微镜;9外壳(3)操纵箱操纵箱

4、外面装有波段开关,内装有电池组,供测量中使用。有1.5 V电池1节,供调整电压灵敏度时使用。45 V积层电池3块,两组“”形电极上各加45 V,外壳加电压135 V。(4)抽气泵抽气设备常用真空泵,供抽空电离室和清洗电离室。还要备用双链球,矿井下取样常使用双链球法,其抽气设备就是手动的橡皮球。电离室和静电计及操纵箱连接起来,组成测量系统。3.测量程序测量程序(1)调节好机械零点和电零点。(2)调节电压灵敏度与标定时相同。电压灵敏度是石英丝对外壳有1 V电压时石英丝偏转的格数。电压灵敏度在静电计刻度后,每次进行氡测量时都应保持不变。 电压灵敏度一般在(2030)格/V之间。(3)测电离室本底测量

5、充有清洁空气(活性炭过滤)的电离室本底,测量时间应保证石英丝在刻度上至少移动3个格。(4)取样测量将待测样品产生的氡气转移至电离室内,或者用电离室直接取样(真空法或循环法)待测气体介质。封闭3小时以后用静电计测其电离电流,即静电计单位时间内的偏转格数。采用下式计算氡浓度: (10.1)式中,CRn为氡浓度,Bqm-3;K为刻度系数,Bq/(格min-1);J为电离电流,格min-1;Jb为本底电离电流,格min-1;V为电离室体积,m3;Rn为氡衰变常数,h-1;t为样品封闭时间,h。(6)清洗电离室用过的电离室要立即清洗。方法是电离室前加活性炭管用真空泵抽气,清洗时间不应少于30 min。用

6、氮气清洗,效果更好。(5)计算氡浓度4.方法评价方法评价 本方法的优点是:方法可靠,已经过长期的考验。 缺点是:(1)灵敏度低,不能用于低水平测量;(2)笨重,电离室的体积大;(3)测量时间长,从取样到测量要经过3个多小时,不能马上给出结果;(4)读数方法原始,要用肉眼去观测石英丝的偏转速度。静电计法测氡的范围是41014104 Bqm-3,常用于氡浓度较高的场合,如井下氡浓度测量,一般不能用于环境测量。10.1.2闪烁室法闪烁室法闪烁室是利用射线与物质相互作用时产生发光效应进行测量的一种探测器。卢卡斯(H.F. Lucas)室是20世纪50年代推出的,用于测氡的一种主要探测器。铀矿测氡的卢卡

7、斯室是由塑料或金属制成的球形或圆筒形容器,其容积为100500 mL。筒内壁涂有ZnS(Ag)的荧光粉。1.工作原理工作原理氡进入闪烁室后,氡及其子体发射的粒子使闪烁室壁的ZnS(Ag)产生闪光,光电倍增管把这种光讯号变成电脉冲,经过电子学线路把电脉冲放大,最后记录下来。单位时间内的脉冲数(脉冲计数率)与氡浓度成正比,从而可确定氡浓度。2.主要设备及仪器主要设备及仪器(1)闪烁室图10.3是与FD-125 Rn-Th分析仪配套使用的闪烁室示意图。闪烁室内有几个隔室,壁上均涂覆ZnS(Ag),其体积为0.5 L,形状为球形。(2)氡分析仪现在国内通用的是FD-125型Rn-Th分析仪,是一种把光

8、信号转变为电脉冲的装置。配有固定闪烁室的圆盘、光电倍增管和前置放大器。图10.3FD-125型闪烁室示意图(3)计数装置脉冲计数装置常用FH-408型或FH-463型自动定标器,也可以用其他计数设备。图10.4给出了FD-125型Rn-Th分析仪连接示意图。(4)其他 如真空泵、活性炭管、干燥管等都是必备的。有条件的可配氮气瓶,以备清洗闪烁室时使用。图10.4FD-125型Rn-Th分析仪连接示意图 (2)闪烁室抽真空应抽到1.333 2 kPa以下,每次使用都要抽到同样的真空度。(3)取样取样程序因待测对象不同而不同。若是气体介质,则可直接取样,闪烁室前加干燥管。(4)等待封存好闪烁室,等待

9、3小时。(5)测量(1)测量闪烁室本底3.测量程序测量程序测量闪烁室内氡样品产生的脉冲计数,测量时间长短要根据样品活度大小和误差要求而定。(6)计算用下式求氡浓度: (10.2)式中,CRn为样品中氡浓度,Bqm-3;K为刻度系数,Bqm-3/cpm;N为样品计数率,cpm;nb为本底计数率,cpm;t为样品的封存时间,h。(7)清洗用过的闪烁室要立即清洗,用氮气清洗效果更好。清洗后的闪烁室要封好,下次再用。4.方法评价方法评价本方法的优点是:操作简便,准确度高。缺点是:(1)测量时间长,要3 h以上;(2)灵敏度还不够高;(3)要求的设备较多,装置笨重。本方法的灵敏度高于静电计法,可达到37

10、 Bq/m3。常用于氡浓度较高的场合,如井下氡浓度测量,一般不能用于环境测量。原核工业第六研究所于20世纪80年代研制开发了KF602C型便携式氡和氡子体测量仪,闪烁室体积较小,仅为200 ml,测量仪集前置放大与定标计数,甚至还包括采样泵于一体,非常适合于矿井下氡和氡子体的即时采样测量。 此法由美国人创立,20世纪70年代在美国流行。1972年托马斯(Thomas)对其进行了理论推导,使此方法更加理论化,达到了比较完善的地步。 10.1.3双滤膜法双滤膜法双滤膜管的结构如图10.5所示。在一个取样管(衰变室)两端分别装上滤膜,取样时通过入口滤膜过滤空气中的氡子体,使纯氡以一定流速流过取样管到

11、达出口滤膜。氡从入口滤膜到出口滤膜的运行时间间隔内产生的RaA,大部分被出口滤膜收集。测量出口滤膜的放射性计算得到氡浓度。1.工作原理工作原理 图10.5双滤膜管结构示意图2.主要设备与仪器主要设备与仪器(1)双滤膜管;(2)辐射探测仪;(3)抽气泵;(4)转子流量计。目前国内常用的双滤膜测量仪器为北京综合仪器厂生产的FT-626型环境Rn-Th仪,双滤膜管的体积为38.2 L,入口滤膜直径为12 cm,出口滤膜直径为6 cm,采用ZnS光电倍增管计数系统。配有采样泵,取样流率为120 L/min,取样时间为1小时,测量时间1小时。图10.6给出了FT-626型环境Rn-Th仪的示意图。图10

12、.6FT-626型环境Rn-Th仪示意图(1)装好入口和出口滤膜;(2)以流速Q取样t分钟;(对FT-626,Q=120 L/min,t=1小时);(3)取样结束后取下出口滤膜卡,将其装到计数系统上进行测量,测量时间为T1T2;(4)用下式计算氡浓度: (10.3)3.测量程序测量程序式中,CRn为氡浓度,Bqm-3;N为出口滤膜的积分计数;Nb为本底计数;V为双滤膜管的容积,L;E为计数效率;Ft为滤膜包括自吸收修正的过滤效率;Z为与t,T1T2有关的参数;Ff为新生子体到达出口滤膜的份额。要最终计算出氡浓度,必须知道t,T1,T2,Ff,Ft,Z等各个参数。表10.1给出了对应于不同的取样

13、时间t和计数时间间隔(T1T2)的Z值表。氡在飞越双滤膜管的过程中产生出新子体,由于扩散作用,其中的一部分便沉积于管的内壁上,能够到达出口滤膜的只是新生子体产物的一部分,其份额用Ff表示。Ff与有关,即: (10.4)式中,D为新生子体的扩散系数,cm2/s;L为双滤膜管长度,cm;q为采样流率,cm3/s。决定Ff值的另一个因素是气体在双滤膜管内的速度廓线。坦恩推导出在三种速度廓线下的不同的所对应的Ff值。本方法所采用的是抛物线廓线下的Ff值,其值列于表10.2。4.方法评价方法评价本方法的优点:(1)排除了氡子体的干扰,提高了测量准确度;(2)操作简便,时间可长可短;(3)探测下限比电离室

14、法和闪烁室法高,可用于环境测量;缺点:体积笨重,装置较大。 气球法是我国科技人员建立的测氡方法,1974年由清华大学提出。由于这种方法具有简便、迅速、灵敏度高等优点,在矿山和环境的氡 测量中得到了广泛的应用。1.工作原理工作原理气球法的工作原理与双滤膜法相似,不同之处是将双滤膜管换成了气球,入口和出口为同一通路。原理装置如图10.7所示。取样时以固定流量向气球充气,入口滤膜滤掉空气中的氡子体,充气时间固定;充气结束后等待数分钟,将气球内的空气以固定流量排出。 10.1.4气球法气球法图10.7气球法装置示意图气球内新生氡子体被出口滤膜收集。由于被收集的氡子体与氡浓度存在正比关系,测量滤膜上的放

15、射性就可以计算得到氡浓度。气球法同时也可以测量氡子体潜能。由于入口滤膜收集的是空气中的氡子体,因此测量入口滤膜的放射性可以计算得到氡子体潜能浓度。常用的为乳胶球,其体积根据需要而定。一般体积在10103 L之间,矿山井下常用气球体积为2025 L,环境测量用较大的气球。(2)计数设备能将取样头固定在探头上进行测量。现在多用的是FJ-13型辐射探测仪或采用KF-602系列氡和氡子体测量仪。(3)采样泵及流量计量程为1050 L/min,现在矿山多用DK-60型取样泵或SY-70型微尘取样仪,流量计常用叶轮流量计。(1)气球及所附套环和橡皮塞2.主要设备和仪器主要设备和仪器(4)秒表(5)滤膜取样

16、头。(6)子体过滤器。(7)合成纤维滤膜1号(过氯乙烯树脂纤维)。3.测量程序测量程序图10.8给出了气球法测量氡和氡子体时通常的时间流程图。图10.8气球法测量时间流程图对不同的测量对象(如井下或环境中),测量的具体时间段有所不同,一般程序简述如下:(1)在0至t1时间段内以流量q1往气球内充气;(2)在t2t3时间间隔内以流量q2排气;(3)在T1T2时间段内对入口滤膜进行计数,其积分计数记为NE;(4)在T3T4时间段内对出口滤膜进行计数,其积分计数记为NR;(5)用下式计算氡子体潜能浓度: (10.5)式中,Cp为子体潜能浓度,Jm-3;KE为刻度常数,Jm-3/计数;q1为充气流速,

17、Lmin-1;NE为测子体滤膜的计数,cpm;为计数效率;Ef为滤膜的过滤效率;Ea为滤膜的自吸收因子。(6) 用下式计算氡浓度: (10.6)式中,CR为氡浓度,Bqm-3;KR为刻度常数,Bqm-3/计数;Nb为本底计数,cpm。4.方法评价方法评价气球法测量氡和氡子体浓度是一种较为简单实用的方法。所需装置较少,携带方便;特别是对于井下测量而言,方法的灵敏度和准确性都已够用(方法灵敏度约为37 Bq/m3)。但由于影响因素较多,因此使用中应注意下述事项:(1)条件的一致性必须保持标定和具体使用时条件的一致性,如气球体积、采用滤膜、计数设备和时间坐标等不能改变。其中任何一项改变,都必须重新标

18、定刻度系数。(2)过滤要完全保证纯氡进入气球,入口滤膜必须有足够高的清除氡子体的能力,过滤效率应在99%以上。(3)保持球内清洁 对于新球要洗出里面的滑石粉,用过的球也要经常清洗,以保持清洁。(4)缩短气体通路无论在充气或者排气时,都要尽量缩短气体的通路,要去掉气球的颈部,排气时始终保持气球为球形状态。(5)防止过排气排气稍过头,气球就会被吸附在滤膜上,而使此样品报废。排气时一定要精力集中,及时关闭抽气泵。(6)定期刻度严格按仪器检定周期刻度,当测量条件变更时要及时刻度。(7)采样泵的选择由于加的滤膜层数较多,阻力较大,如果采样泵的负荷特性不好,会使流量计前面形成负压,导致实际流速低于流量计的

19、指示值,而使气球体积不足,因而要选择负荷特性好的采样泵。5.湿度影响湿度影响相对而言,湿度是影响气球法测量准确性的最大因素。当空气样品的相对湿度小于90%时,刻度系数有显著变化。为消除此影响,必须在不同相对湿度下刻度,求出湿度修正因子。 活性炭测氡也是一种非常经典的氡测量方法。常用的有活性炭盒法,改进的活性炭盒法,活性炭滤纸法,活性炭浓缩测氡法,等等。从矿山实用角度出发,这里仅介绍活性炭浓缩测氡方法。10.1.5活性炭浓缩测氡法活性炭浓缩测氡法此法是对经典的静电计法的一种补充。利用活性炭对氡有常温吸附、高温释放的特性,把大体积空气中的氡浓集起来,然后加热解析并转移至电离室中。封闭3 h后,用静

20、电计测量电离电流,求出氡浓度,或用闪烁法测出氡浓度。此法可把测量灵敏度提高到3 Bq/m3,过去曾长期用来测环境中的氡。在流气速度为12 L/min情况下,活性炭吸附氡的效率可达90%以上。1.工作原理工作原理2.主要设备和仪器主要设备和仪器(1)抽气泵包括真空泵和现场取样用的轻便抽气泵。(2)流量计用来测量取样流速,用玻璃转子流量计为宜。(3)氯化钙干燥管(4)活性炭管所用的活性炭粒径2040目较为理想。(5)解吸电炉配备调压变压器,能调节电炉的升温速度。(6)500 以上高温温度计(7)其他如静电计、电离室或闪烁室、定标器等也是必备的。3.测量程序测量程序静电计法或闪烁法测氡的测量程序前面

21、已作了介绍,这里着重讲解活性炭吸附和解吸的操作过程。(1)吸附按图10.9把干燥管、活性炭吸附管、流量计和抽气泵连接起来,流气速度q(L/min)抽气t(h)时间,然后将活性炭管封闭起来。流速和抽气时间可根据情况确定。图10.9吸附装置示意图(2)解析电离室或闪烁室抽成真空。按图10.10所示将干燥管、活性炭吸附管(置于加热电炉内)、电离室或闪烁室等连接好。拧紧螺旋夹2,缓慢地打开螺旋夹3和4,接通电源,调节变压器使解吸炉内温度在15 min内升到350 。此时缓缓地打开螺旋夹2和1,控制进气速度100120个气泡/min。进气15 min后加大进气速度,直到扩散器内不冒泡为止。然后将电离室或

22、闪烁室封闭3 h。图10.10解析装置示意图1,2,3,4,5螺旋夹;6CaCl2干燥器;7温度计;8加热电炉;9干燥管为了滤去空气中的氡,解吸时可在扩散器前再加一个活性炭管, 或者用氮气作载体。(3)用静电计测量电离室的电离电流(测量方法同10.1.1)。(4)用下式计算氡浓度: (10.7)式中,CRn为氡浓度,Bq/m3;K为刻度系数,Bq/(格min);J为电离电流,格min-1;Jb为本底电离电流,格min-1;q为抽气流速,m3s-1;t为抽气时间,s-1;c为活性炭吸附效率。4.方法评价方法评价活性炭浓缩法是最早用于环境中氡测量的,灵敏度可达到3.7Bq/m3。其缺点是,测量所需

23、时间较长,设备复杂,测量误差相对较大。 10.1.6RAD7电子氡气检测仪电子氡气检测仪RAD7电子氡气检测仪是美国DURRIDGE公司的产品,自进入中国市场伊始,就凭借其操作简单,功能强大,性能稳定,测量准确等优点,尽管价格相对昂贵,但仍然受到很多氡测量用户的欢迎,核工业铀矿冶系统也有很多企业新购了这款仪器。根据核工业铀矿冶系统应用情况,本教材侧重介绍该仪器的原理、功能、仪器操作方法和典型使用举例。 图10.11RAD7电子氡气检测原理工作方式1.测量原理测量原理RAD7的工作方式见图10.11。采样泵以一定流率将空气经干燥管、滤膜过滤器、测量室气路引入到测量室,空气经过干燥器和滤膜后,氡(

24、钍射气)子体、水蒸气、灰尘等被过滤,只有干燥的含氡(钍射气)空气进入测量室。测量室的探测器位置有一个负高压,测量室壁为正高压,压差在2 000 V以上,在这里,纯氡(钍射气)衰变的氡(钍射气)子体由于带正电,被测量室壁正高压推向探测器位置,它们衰变产生的粒子被探测器探测到。由于不同核素衰变产生的粒子具有不同能量,它们在探测器中产生的电信号幅度也就不同,在探测器后续电路中,将这些不同幅度的电信号分成若干个部分,称之为感兴趣区(ROI),这些感兴趣区电信号计数的多少,就对应了相应核素的多少,根据放射性衰变方程、测量时间等参数,就可以计算出氡(钍射气)气浓度。 通过一定取样方法,对应不同介质析出的氡

25、,就可以测量不同介质的氡析出率。2.功能功能对有关参数进行合适的设置,以及通过建立一定取样方法,RAD7可以具有如下功能:(1)氡的快速测量;(2)氡的连续测量;(3)土壤氡测量;(4)水中氡测量;(5)氡析出率测量。氡的快速测量误差相对连续测量要大得多,其用途在于迅速了解某处氡浓度的大致水平。一般来说,当测量结果远低于需要重视的水平时,就可以不用理会此处了,这是因为测量结果误差虽大,但也不至于达到很高水平,但当测量结果在需要重视的水平附近时,这时就需要采用连续测量模式以准确确定该处氡浓度,以决定是否需要采取措施。 氡的连续测量模式不仅可以了解某处氡浓度随时间的变化,也可以通过计算平均值较准确

26、地确定该处氡浓度。3.仪器操作仪器操作仪器使用说明书给出了详尽的仪器使用说明,但实际上仪器操作本身还是很简单的。如果了解了仪器键盘上几个键的作用,认识显示屏上有限的几个英语单词(或缩写的英文单词),就可以自如地进行各项工作了,如参数设置、测量开始结束、数据处理等。常用键说明:menu:功能键,按下此键进入仪器操作状态;enter:确认键,按下此键进入显示屏上显示操作;和键:寻找键,按两键用于前后翻找仪器的功能。一点说明:RAD7的功能是分级的,即某功能下还有子功能,以“数据(data)”功能为例,data下有read,save,print等子功能。举例:要读取第5个取样点的数据。(1)menu

27、,显示“test”;(2)键直至显示“data ”;(3)enter;(4)键直至显示“data ”;(5)enter;(6)键直至显示“05”;(7)enter;(8)键即可逐个浏览第5个取样点的所有数据了。仪器中常用英语单词含义:test:测量;status:状态;start:开始测量;stop:暂停测量(注意!start后又会继续下去,采样编号不变!);save:停止当前测量并存储数据;clear:停止当前测量并清理数据;purge:清洗测量室;data:数据;read:阅读数据;print:打印数据;com:传送数据到计算机中;free:剩余的数据空间;delete:删除选中的某个采样

28、点中的全部数据;renumber:将仪器中的采样点自动重新编号;erase:清除仪器中所有采样点的所有数据;setup:仪器设置;protocol:程序(sniff,1-day,2-day,);cycle:样品的测量周期;recycle:测量周期数量;mode:方式;thoron:钍射气开关,一般选择;pump:泵工作模式(auto自动开5分钟关5分钟;on一直开;gra每周期开始开5分钟;off一直不开);units:量纲单位;savuser:用户自定义程序,设置后需存储方可今后调用;protocol user:调用用户自定义程序。4.使用举例使用举例(1)设置自定义程序要求:cycle=1

29、0,recycle=2,mode=sniff,thoron=off,pump=grab。menu,直至setup, 直至cycle,enter直至10,enter(返回至set-up);直至recycle,enter直至02,enter(返回至setup);直至mode,enter直至sniff,enter(返回至setup);直至thoron,enter直至off,enter(返回至setup);直至pump,enter直至grab,enter(返回至setup);直至savuser,enter直至yes,enter(返回至setup)。(2)运行自定义程序 menu,直至setup,直至p

30、rotocol,enter直至1-day,enter;直至test,直至start,enter;GOOD NIGHT!HIT MENU TO RESUME。5.一些建议一些建议铀矿冶辐射监测的常见工作为井下工作场所氡浓度监测和环境氡浓度监测,本教材建议:(1)在井下测量时,由于井下工作场所氡浓度变化很大,主巷与采场的氡浓度经常相差几十倍以上。建议采用本节例1所自定义的模式protocol:user;cycle:00:10;recycle:02;mode:sniff;pump:grab。并且,第1个测量结果舍弃。(2)在地表进行环境氡浓度监测时,建议采用1天或以上的默认模式,每取样点测量3小时以

31、上。(3)在氡室刻度时,对上述两种测量方法均需进行刻度,不同测量方法对应不同刻度系数。(4)当日工作结束后,按测量方式连接好干燥器、滤膜、RAD7,在室外抽气10 min。 如前所述,这里所说的氡子体是指氡的短寿命子体。氡子体是固体,在空气中以气溶胶方式存在,通常的采样、测量方法为:通过滤膜收集空气中的氡子体,然后测量滤膜上的放射性计数,从而计算得到空气中的氡子体浓度。滤膜上氡子体放射性产生和衰变的过程可以由放射性衰变基本方程贝特曼方程描述并求解。主要侧重描述仪器和测量方法。 10.2氡子体测量氡子体测量氡子体测量基于以下假设或基础:(1)取样过程中空气中各氡子体的浓度不变;(2)取样过程中取

32、样流速不变;(3)滤膜对各种氡子体均有相同的过滤效率和自吸收;(4)采用氡及其子体的简化衰变链。10.2.1库斯尼兹法库斯尼兹法库斯尼兹(Kusnetz)法是最早出现的氡子体潜能测量方法,由美国人库斯尼兹创立。方法的基本原理是:以一定流速采取空气样品5 min,等待4090 min,然后测量滤膜上的放射性,通过公式计算得到氡子体潜能浓度。(1)辐射测量仪井下测量常采用KF-602型氡和氡子体测量仪,FJ-13型辐射仪等。 (2)采样泵井下测量常采用DK-60型或SY-70型采样泵。(3)流量计叶轮流量计或玻璃转子流量计。1.主要设备和仪器主要设备和仪器(4)其他滤膜,滤膜取样头,橡胶管,秒表等

33、。2.测量程序测量程序(1)按图10.12连接好测量装置;(2)将滤膜装到滤膜取样头上;(3)启动采样泵,开始秒表计时;(4)调节采样泵流速至给定流量;图10.12氡子体测量装置及连接示意图(5)5 min后停止采样泵的采样;(6)将滤膜取样头装到辐射测量仪上;(7)在取样结束后的4090 min时间段内测量T时间;(8)按下式计算氡子体潜能浓度: (10.8)式中,Cp为氡子体潜能浓度,J/m3;N为样品的计数;q为取样流率,L/min;为辐射测量仪的探测效率;为滤膜的过滤效率;为滤膜的自吸收因子;T为测量计数时间,min;F为与T(即从取样结束到测量时间中点之间的时间间隔,min)有关的因

34、子,计算公式为:F=240-2T (40T70)F=195-1.5T (70T90)如果固定取样时间为5 min,测量取样结束后的5659分钟的计数,则式10.8可表示为: (10.9)库斯尼兹法是一种经典的,同时也是被广泛采用的氡子体潜能浓度测量方法。这种方法的优点是:受氡子体间平衡比关系影响较小,因而计算出来的氡子体潜能浓度误差相对较小;装置、操作、公式以及计算都比较简单。缺点是:测量时间相对其他氡子体潜能测量方法较长。3.方法评价方法评价10.2.2马尔科夫法马尔科夫法马尔科夫(Markov)法是氡子体潜能快速测量方法,由前苏联人马尔科夫等创立。这种方法常用于井下氡子体潜能浓度测量。1.

35、主要设备和仪器主要设备和仪器同10.2.1节主要设备和仪器。2.测量程序测量程序(1)按图10.12连接好测量装置;(2)将滤膜装到滤膜取样头上;(3)启动采样泵,开始秒表计时;(4)调节采样泵流速至给定流量;(5)5 min后停止采样泵的采样;(6)将滤膜取样头装到辐射测量仪上;(7)测量取样结束后的第710分钟的样品计数;(8)按下式计算氡子体潜能浓度: (10.10)式中,Cp为氡子体潜能浓度,J/m3;N(710)为样品的计数;其余符号同10.2.1节。马尔科夫法是氡子体潜能浓度的快速测量方法。这种方法操作简单,测量时间较少,测量的准确度满足辐射防护的要求。缺点是由于测量时间较短,计算

36、结果受氡子体间平衡关系涨落变化影响,导致结果误差相对较大。根据计算,在氡子体间平衡比变化较大时,方法误差即达10%。 3.方法评价方法评价10.2.3三段法三段法三段法又称托马斯(Tomas)三段法,或改进的齐沃格劳(Tsivoglou)法。这种方法是氡子体浓度的标准测量方法,可以分别测量出三个氡子体单独的浓度,并进而求出氡子体潜能浓度。1.主要设备和仪器主要设备和仪器同10.2.1节的主要设备和仪器。2.测量程序测量程序(1)按图10.12连接好测量装置;(2)将滤膜装到滤膜取样头上;(3)启动采样泵,开始秒表计时;(4)调节采样泵流速至给定流量;(5)5 min后停止采样泵的采样;(6)将

37、滤膜取样头装到辐射测量仪上;(7)测量取样结束后的第25分钟、第610分钟的样品计数、第2130分钟的样品计数;(8)按下式计算单个的氡子体浓度以及氡子体潜能浓度值:(10.11)式中,CA,CB,CC分别为氡子体RaA,RaB,RaC的浓度,Bq/m3;Cp为氡子体潜能浓度,J/m3;N(25),N(620),N(2130)为样品的计数;其余符号同10.2.1节。托马斯三段法是最常用的氡子体浓度及氡子体潜能浓度测量方法。这种方法所采用的装置简单,能够测量出单个的氡子体浓度,由此计算出的氡子体潜能浓度由于不受氡子体间平衡比的影响,因而准确度较高。不方便之处是在测量期间稍不留神就会错过三个测量段

38、的准确启停时间,因而测量期间一定要集中精力注意时间,注意三个测量段的准时启停。 3.方法评价方法评价矿山的主要辐射危害来自氡所产生的氡子体的内照射,铀矿山还存在其他辐射危害,如X,外照射,表面污染等,本节将介绍X,外照射、表面污染、空气中长寿命气溶胶的测量方法。 10.3其他辐射测量方法其他辐射测量方法 只有当矿石的铀品位超过0.3%0.5%时,进行外照射测量才是合理的。当矿石的铀品位为0.1%左右时,外照射年剂量占总剂量的10%左右。 10.3.1X,外照射的监测外照射的监测X,射线外照射的监测通常是使用便携式照射量率仪或巡测仪测量,用于描述X和辐射场的物理量照射量(率)。常用的巡测仪有电离

39、室、闪烁计数器、GM计数管和正比计数器等不同类型的测量仪,它们各有不同的特点、性能和应用范围。铀矿监测外照射一般采用国产FJ-302BG型和FJ-200G型剂量率仪直接进行测量。(1)及时发现污染状况,以决定是否采取去污或其他防护措施,使表面污染水平控制在国家标准允许的范围内;(2)及时发现包装容器失效和违反安全操作程序事件的发生;(3)为制定个人和场所监测计划,制定合理的操作程序提供依据。国产的表面污染监测仪有FJ-355D型,FJ-2201型和FJ-2203型等。工作场所表面污染监测的主要目的是:10.3.2表面污染的监测表面污染的监测 表面污染的测量,一种方法是直接监测法,另一种是间接监

40、测法。直接监测法用得较多,下面将对其进行介绍。 表面污染的直接测量常采用表面污染仪,这种表面污染仪的探头采用硫化锌-光电倍增管组成,硫化锌探头的面积约为 50 cm2。使用方法非常简单,将探头置于被测表面,测量一定时间,根据测量计数除以测量时间(s)和探头面积(cm2)就可以得到表面污染数值,单位是Bq/cm2。虽然表面污染的直接测量法操作和计算都非常简单,但对于铀矿山和水冶厂,这种方法的应用是有限制的。其原因有:被污染表面的粉尘会导致粒子很强的自吸收;在铀矿山井下,高浓度的氡子体浓度会造成仪器探头表面的沾污,从而造成测量假计数。基于上述原因,直接测量法一般用于确定被测表面是否被污染,并确定是

41、否需要采取去污措施。 空气中长寿命气溶胶浓度的监测方法和原理都比较简单,用采样泵通过滤膜采集空气样,数十小时后测量滤膜上的放射性,通过公式就可计算得到空气中长寿命气溶胶的浓度。1.主要设备和仪器主要设备和仪器(1)大流率采样泵;(2)低本底测量装置;(3)流量计;(4)滤膜取样头及相应滤膜;10.3.3空气中长寿命空气中长寿命气溶胶的监测气溶胶的监测(5)秒表。2.测量程序测量程序(1)将滤膜装到取样头上,连接好滤膜取样头流量计采样泵;(2)打开采样泵,开始秒表计时,调节采样泵到给定流量q(L/min);(3)采样t时间(min),停泵;(4)等待数十小时,以使氡的短寿命子体完全衰变掉;(5)

42、将已取样的滤膜装到低本底测量装置上,测量T时间(min);(6)按下述公式计算长寿命气溶胶浓度C: (10.12)式中,N为对滤膜样品测得的计数;t为采样时间,min;T为测量时间,min;q为采样泵给定流量,L/min;其余符号同10.2.1节。 个人(剂量)监测:利用工作人员个人佩戴的个人剂量计进行的测量,或对其体内及排泄物中的放射性核素的种类和活度进行的测量。中华人民共和国国家标准GB188712002电离辐射与辐射源安全基本标准6.6.2.2,对于任何在控制区工作的工作人员,或有时进入控制区工作并可能受到显著职业照射的工作人员,或其职业照射剂量可能大于5 mSv/a的工作人员,均应进行

43、个人剂量监测。 10.4个人剂量监测个人剂量监测应对任何工作人员(成人)的职业照射水平进行控制,使之不超过下述限值:(1)连续5年内的年平均有效剂量20 mSv/a;(2)任何一年中的有效剂量 50 mSv。 铀矿山井下工作环境恶劣,巷道和采场纵横,地质条件复杂,周边围岩和矿石放射性高,并且不易排放或屏蔽,这造成了铀矿山从业人员的职业照射剂量远高于后处理从业人员,尤其是井下作业人员的年个人剂量经常达到十几个mSv,甚至超过个人剂量年限值20 mSv/a。长期以来,我国铀矿工人的个人剂量是通过工作场所的区域监测结果,以及工人在工作场所的年工作时间来估算得到的。由于不同工种接触放射性的差异很大,不

44、同作业场所放射性强度的差异很大,因而这种方法在估算个体的剂量时有可能出现很大的误差。根据20世纪90年代初对郴州某铀矿的调查,由区域监测估算的井下主要工种个人年剂量与个人剂量计直接监测的个人剂量相差最大达到500%以上。由上所述,必须在铀矿山进行个人剂量监测。对铀矿工人而言,他们受到的最大辐射危害来自于氡所产生的氡子体的内照射,达到个人总剂量的80%以上,其次是来自于周边矿石所产生的外照射,有可能达到个人总剂量的10%以上。因此,铀矿工人的个人剂量监测就是对他们所受到的氡子体内照射和外照射个人剂量进行监测。1998年以来,辽宁某铀矿率先在国内开展了工人个人剂量的个人剂量计监测,至今仍在进行。2

45、0022003年,核工业金原铀业公司在所属中核抚州金安铀业有限责任公司、中核韶关锦原铀业有限责任公司、中核北方铀业有限责任公司、中核西安蓝天铀业有限责任公司开展个人剂量监测试点工作,为在全系统全面开展个人剂量监测取得经验,做好准备。2004年,金原铀业公司成立“金原铀业公司铀矿冶个人剂量监测中心”,下发了铀矿冶从业人员个人剂量监测管理办法(试行),在所属全部铀生产企业开展了个人剂量监测。10.4.1KF606B型矿工个人剂量计型矿工个人剂量计KF606B型矿工个人剂量计是专门用于铀矿冶企业从业人员个人剂量监测,其设计充分考虑了铀矿冶作业环境和我国国情,其特点是:(1)测量准确度高,足够满足辐射

46、监测要求;(2)使用方便,包括体积小、质量轻,佩戴时不影响工作;(3)日常管理简单;(4)适应矿山井下恶劣环境,能在高尘、高湿、高温条件下正常工作;(5)成本低廉,便于广泛推广佩戴。10.4.2氡子体内照射测量原理氡子体内照射测量原理 氡子体内照射测量采用无源扩散室型氡累积测量方法,通过氡与氡子体平衡比,将佩戴者工作期间所受到的氡累积照射量转换为氡子体照射量,进而计算氡子体内照射剂量。氡累积测量原理见图10.13。剂量计佩戴者所处工作环境空气中的氡扩散进入剂量计的扩散室内,扩散室内外氡浓度快速达到平衡,则扩散室内的氡(及其子体)衰变的粒子入射到CR39探测器上形成潜径迹,潜径迹的数量正比于氡浓度与工作时间的乘积(氡照射量)。图10.13无源扩散室型氡累积测量原理示意图佩戴结束后,将剂量计中的CR39探测器取出,经过恒温、恒时、恒浓度的化学溶液处理,潜径迹扩大为径迹,通过光学显微镜摄像头将径迹图像送入计算机,计算机自动分析计数,读出径迹密度。显然,径迹密度也正比于氡浓度与工作时间的乘积(氡照射量),即: (10.13)式中,ERn为氡照射量;T为工作时间;CRn为工作环境中的空气氡浓度;n为CR39探测器的径迹密度;nb为CR39探测器固有本底径迹密度;K为刻度系数,可在氡