测定222Rn与220Rn子体浓度五段法与三段法加二段法

测定222Rn与220Rn子体浓度“五段法”与“三段法加二段法”的实验对比报告人：张庆威

汲长松、王婷婷、张庆威（中核控制系统工程有限公司）概述对于氡的测量包括氡浓度的测量及其子体浓度（进一步求出子体潜能浓度）的测量。对于氡的测量一直是核物理试实验方法中的难题：

1.氡气是放射性气体

2.氡气是惰性气体（无化合物）

3.级联衰变

3个天然放射系铀镭（4n+2）U-Ra系占99.273%

钍(4n)Th系锕铀（4n+3）AcU系占0.7205%

n——正整数氡的产生天然放射性铀系(4n+2)核素表天然放射性铀系(4n+2)核素表（续）天然放射性钍系(4n)核素表天然放射性锕系(4n+3)核素表天然放射性锕系(4n+3)核素表（续）都有一个在正常条件下以气态形式存在的气态子体核素。 铀系——氡222Rn， 钍系——钍射气220Rn(Tn)， 锕系——锕射气219Rn(An)。

222Rn、220Rn(Tn)、219Rn(An)统称氡三个气态子体都是α辐射体，其半衰期不长氡222RnT1/2＝3.825d，钍射气220RnT1/2＝55.6s，锕射气219RnT1/2=3.96s。由222Rn产生的短寿命子体RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)由220Rn产生的短寿命子体ThB(212Pb)、ThC(212Bi)综上所述，出于辐射防护的目的，考虑到219Rn、220Rn、222Rn都来自土壤，由于其半衰期的差异，最终能进入呼吸带并对人体造成损害的只有220Rn和222Rn及其短寿命子体RaA(218Po)、RaB(214Pb)、RaC(214Bi)、ThB(212Pb)、ThC(212Bi)氡子体衰变系列表达式对于222Rn的子体衰变链

RaA(218Po)→RaB(214Pb)→RaC(214Bi)可得：式中，——由RaA核提供的α计数；——由RaB核提供的β计数；——由RaC核提供的α（或β）计数。αβ——表达式1——表达式2——表达式3对于220Rn的子体衰变链

ThA→ThB(212Pb)→ThC(212Bi)我们关注的是ThB

与ThC,则有：式中：——由ThB核提供的β计数；——由ThC核提供的β（或α）计数。β——表达式4表达式5不考虑RaA、RaB、RaC、ThB、ThC的探测效率和自吸收的差异时，可得到下面的222Rn和220Rn子体总计数表达式：

则总α计数为：五段法公式采样时间5min。停止采样后，记录2-5min，6-20min，21-30min，150-250min与360-560min的α计数X1=X（5，2-5）；X2=X（5，6-20）；X3=X（5，21-30）；X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560）

t0——采样时间，minT1——采样结束时刻至开始计数的时间间隔，minT2——采样结束时刻至结束计数的时间间隔，minQ——采样流速，L/minE——探测效率Σ——滤膜过滤效率（含自吸收）Ci——子体浓度，Bq/m3i=RaA、RaB、RaC、ThB、ThCXi(t0,T1→T2)——净计数,i=1、2、3、4、5通过解该五元一次方程组，得到唯一的解：潜能浓度由其计算的222Rn与220Rn子体潜能浓度（单位：nJ/m3）式中，Cp——子体潜能浓度，nJ/m3测222Rn子体浓度的“三段法”用“三段法”测222Rn子体时，通采样t0=５min,记录采样结束后T(2,5),T(6,20),T(21,30)三个计数时间区间的α计数，X1=X（5,2-5）；X2=X（5,6-20）；X3=X（5,21-30）。则原始方程组——对应T(2,5),T(6,20),,T(21,30)三个时间段的三个方程联立：解得：由222Rn子体的浓度可求出相应的潜能浓度(单位：nJ/m3)测220Rn子体浓度的“二段法”通常采样t0=５min,记录采样结束后T(150,250),T(360,560)两个计数时间区间的α计数X4=X（5，150-250）；X5=X（5，360-560）。则原始方程组——对应(150→250min),(360→560min)这两个计数时间区间的两个方程联立上述方程的解为（单位：Ｂq/m3)：由方程组解可计算出相应220Rn子体潜能浓度(单位：nJ/m3):

实验装置与实验方法本文所涉及的实验皆在氡与子体浓度较低的实验室大气环境中进行。实验采用FT626与FT648型测氡仪用于单滤膜模式常规抽气泵采样；ZnS(Ag)闪烁探测器探测滤膜的α粒子计数实验1与实验2测量结果实验1与实验2是在同一环境中同步采样，其中实验1是采用FT648型测氡仪，采样流速为35L/min。实验2为采用FT626型测氡仪，采样流速为120L/min。实验1实验2统计误差/%统计误差/%X1(5,2-5)2885.87403.7X2(5,6-20)9573.222582.1X3(5,21-30)5194.412222.9X4(5,150-250)4194.98103.5X5(5,360-560)2186.85334.3实验1实验2变异系数/%五段法CRaABq/m326.7126.47（26.59）±0.5CRaB12.7410.53（11.64）±9.5CRaC12.039.074（10.55）±14.0CThB0.35800.2743（0.3162）±13.3CThC3.4964.181（3.839）±8.9CpRnnJ/m369.5863.20（66.39）±4.8CpTn89.1852.38（70.78）±26.0三段法CRaABq/m329.3129.87——CRaB17.2612.47——CRaC15.8310.42——CpRnnJ/m398.9074.40——二段法CThBBq/m30.32510.2462——CThC7.2013.592——CpTnnJ/m373.3544.95——实验1、实验2的222Rn与220Rn子体浓度的“五段法”，与222Rn子体浓度“三段法”、

220Rn子体浓度“二段法”对比实验结果实验3与实验4的测量结果实验№3与实验№4是在同一房间，前者（实验№3）是封闭24h后；后者（实验№4）是在门窗打开通风，充分对流后进行的采样测量。都采用的是FT648型测氡仪。实验3实验4X1(5,2-5)613310X2(5,6-20)20351157X3(5,21-30)1116615X4(5,150-250)785433X5(5,360-560)286164子体浓度实验3实验4五段法CRaABq/m359.8512.62CRaB29.5713.11CRaC24,8517.33CThB0.44810.2291CThC7.8505.002CpRnnJ/m3155.476.18CpTn163.197.40三段法CRaABq/m362.0114.06CRaB36.4218.05CRaC30.7221.71CpRnnJ/m3214.0110.2二段法CThBBq/m30.37250.1982CThC15.258.467CpTnnJ/m3132.473.30实验3、实验4的222Rn与220Rn子体浓度的“五段法”，与222Rn子体浓度“三段法”、

220Rn子体浓度“二段法”对比实验结果相对于“五段法”实验值的误差实验1实验2实验3实验4CRaA9.712.63.611.4CRaB3518.423.237.7CRaC31.5914.823.624.3CThB－9.2－10.2－16.9－3.1CThC106－14.112669.3CpRn42.117.737.844.6CpTn－17.7－14.2－18.8－24.7总结实验1、实验2，在同一环境，以不同采样流量，同步进行RaA、RaB、RaC、ThB与ThC子体浓度的“五段法”测量结果表明，实验№1、实验№2在最大误差≤14%的范围内测量结果一致。以“五段法”测量结果为参考值的222Rn子体浓度“三段法”、

220Rn子体浓度“二段法”测量结果误差。结果表明，“三段法”测定的RaA、RaB、RaC子体浓度与“五段法”最大差异～30%水平。220