第10章 氡測量和其他輻射測量方法

1、緒論第1章礦 內(nèi) 空 氣第2章礦井空氣流動基本理論第3章礦井通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)動力第4章鈾礦山輻射危害與安全第5章輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)與礦井防氡指標(biāo)第6章氡來源及性質(zhì)第7章氡析出與氡傳播第8章排氡通風(fēng)與控氡技術(shù)第9章鈾礦井排氡通風(fēng)設(shè)計第10章氡測量和其他輻射測量方法第11章礦井通風(fēng)系統(tǒng)測定與評價 第第10章氡測量和其他輻射測量方法章氡測量和其他輻射測量方法為了掌握礦井中氡及子體濃度的污染狀況及其變化,評價礦工接受的輻射劑量和通風(fēng)降氡措施的效果,必須掌握氡測量和其他輻射測量方法。 靜電計法也叫電離室法,是測氡最經(jīng)典的方法。10.1氡氡的的測測量量10.1.1靜電計法靜電計法1.工作原理工作原理靜電計法測氡的

2、原理是基于射線對空氣的電離作用和帶電導(dǎo)體在電場中的運(yùn)動。含氡氣體進(jìn)入電離室后,氡及其子體放出的射線使空氣電離,產(chǎn)生正負(fù)離子。其電離電流主要是222Rn,218Po,214Po的粒子貢獻(xiàn)的。電離室的中央電極積累了一定量的正電荷,當(dāng)與靜電計的中央石英絲接觸后使其帶電,成為帶電導(dǎo)體。在外電場作用下,石英絲在帶了電的臂絲電場作用下而發(fā)生偏轉(zhuǎn),其偏轉(zhuǎn)的速度與其上的電荷量成正比,也就是與氡的濃度成正比。測出偏轉(zhuǎn)速度(亦即電離電流)就可知道氡的濃度。2.主要設(shè)備與儀器主要設(shè)備與儀器(1)電離室我國常用的與FD-105型和FD-105(K)型兩種靜電計配套使用的電離室結(jié)構(gòu)如圖10.1所示。電離室高14 cm,

3、直徑為9.5 cm,容積1 L,外殼為金屬,中央電極通過絕緣體和外殼固定起來,兩個氣孔用于吸氣和排氣。(2)靜電計常用的靜電計有FD-105型和FD-105(K)型兩種。圖10.1FD-105K電離室示意圖圖10.2是靜電計的橫向剖面圖及外形示意圖,4個“”形電極(2個為一組)產(chǎn)生外電場。外加電壓固定,調(diào)節(jié)電極間的距離來改變電場的強(qiáng)弱和方向性的分布。石英絲固定在靜電計的中央,懸絲上有一橫的指示絲。用目鏡觀測石英絲中指示絲的偏轉(zhuǎn)情況。圖10.2FD-105K靜電計橫向剖面圖及外形示意圖1中央電極;2絕緣體;3水平絲;4指示絲;5形電極;6補(bǔ)償調(diào)節(jié)螺絲;7絕緣體;8顯微鏡;9外殼(3)操縱箱操縱箱

4、外面裝有波段開關(guān),內(nèi)裝有電池組,供測量中使用。有1.5 V電池1節(jié),供調(diào)整電壓靈敏度時使用。45 V積層電池3塊,兩組“”形電極上各加45 V,外殼加電壓135 V。(4)抽氣泵抽氣設(shè)備常用真空泵,供抽空電離室和清洗電離室。還要備用雙鏈球,礦井下取樣常使用雙鏈球法,其抽氣設(shè)備就是手動的橡皮球。電離室和靜電計及操縱箱連接起來,組成測量系統(tǒng)。3.測量程序測量程序(1)調(diào)節(jié)好機(jī)械零點(diǎn)和電零點(diǎn)。(2)調(diào)節(jié)電壓靈敏度與標(biāo)定時相同。電壓靈敏度是石英絲對外殼有1 V電壓時石英絲偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。電壓靈敏度在靜電計刻度后,每次進(jìn)行氡測量時都應(yīng)保持不變。 電壓靈敏度一般在(2030)格/V之間。(3)測電離室本底測量

5、充有清潔空氣(活性炭過濾)的電離室本底,測量時間應(yīng)保證石英絲在刻度上至少移動3個格。(4)取樣測量將待測樣品產(chǎn)生的氡氣轉(zhuǎn)移至電離室內(nèi),或者用電離室直接取樣(真空法或循環(huán)法)待測氣體介質(zhì)。封閉3小時以后用靜電計測其電離電流,即靜電計單位時間內(nèi)的偏轉(zhuǎn)格數(shù)。采用下式計算氡濃度: (10.1)式中,CRn為氡濃度,Bqm-3;K為刻度系數(shù),Bq/(格min-1);J為電離電流,格min-1;Jb為本底電離電流,格min-1;V為電離室體積,m3;Rn為氡衰變常數(shù),h-1;t為樣品封閉時間,h。(6)清洗電離室用過的電離室要立即清洗。方法是電離室前加活性炭管用真空泵抽氣,清洗時間不應(yīng)少于30 min。用

6、氮?dú)馇逑?效果更好。(5)計算氡濃度4.方法評價方法評價 本方法的優(yōu)點(diǎn)是:方法可靠,已經(jīng)過長期的考驗。 缺點(diǎn)是:(1)靈敏度低,不能用于低水平測量;(2)笨重,電離室的體積大;(3)測量時間長,從取樣到測量要經(jīng)過3個多小時,不能馬上給出結(jié)果;(4)讀數(shù)方法原始,要用肉眼去觀測石英絲的偏轉(zhuǎn)速度。靜電計法測氡的范圍是41014104 Bqm-3,常用于氡濃度較高的場合,如井下氡濃度測量,一般不能用于環(huán)境測量。10.1.2閃爍室法閃爍室法閃爍室是利用射線與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生發(fā)光效應(yīng)進(jìn)行測量的一種探測器。盧卡斯(H.F. Lucas)室是20世紀(jì)50年代推出的,用于測氡的一種主要探測器。鈾礦測氡的盧卡

7、斯室是由塑料或金屬制成的球形或圓筒形容器,其容積為100500 mL。筒內(nèi)壁涂有ZnS(Ag)的熒光粉。1.工作原理工作原理氡進(jìn)入閃爍室后,氡及其子體發(fā)射的粒子使閃爍室壁的ZnS(Ag)產(chǎn)生閃光,光電倍增管把這種光訊號變成電脈沖,經(jīng)過電子學(xué)線路把電脈沖放大,最后記錄下來。單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)(脈沖計數(shù)率)與氡濃度成正比,從而可確定氡濃度。2.主要設(shè)備及儀器主要設(shè)備及儀器(1)閃爍室圖10.3是與FD-125 Rn-Th分析儀配套使用的閃爍室示意圖。閃爍室內(nèi)有幾個隔室,壁上均涂覆ZnS(Ag),其體積為0.5 L,形狀為球形。(2)氡分析儀現(xiàn)在國內(nèi)通用的是FD-125型Rn-Th分析儀,是一種把光

8、信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖的裝置。配有固定閃爍室的圓盤、光電倍增管和前置放大器。圖10.3FD-125型閃爍室示意圖(3)計數(shù)裝置脈沖計數(shù)裝置常用FH-408型或FH-463型自動定標(biāo)器,也可以用其他計數(shù)設(shè)備。圖10.4給出了FD-125型Rn-Th分析儀連接示意圖。(4)其他 如真空泵、活性炭管、干燥管等都是必備的。有條件的可配氮?dú)馄?以備清洗閃爍室時使用。圖10.4FD-125型Rn-Th分析儀連接示意圖 (2)閃爍室抽真空應(yīng)抽到1.333 2 kPa以下,每次使用都要抽到同樣的真空度。(3)取樣取樣程序因待測對象不同而不同。若是氣體介質(zhì),則可直接取樣,閃爍室前加干燥管。(4)等待封存好閃爍室,等待

9、3小時。(5)測量(1)測量閃爍室本底3.測量程序測量程序測量閃爍室內(nèi)氡樣品產(chǎn)生的脈沖計數(shù),測量時間長短要根據(jù)樣品活度大小和誤差要求而定。(6)計算用下式求氡濃度: (10.2)式中,CRn為樣品中氡濃度,Bqm-3;K為刻度系數(shù),Bqm-3/cpm;N為樣品計數(shù)率,cpm;nb為本底計數(shù)率,cpm;t為樣品的封存時間,h。(7)清洗用過的閃爍室要立即清洗,用氮?dú)馇逑葱Ч?。清洗后的閃爍室要封好,下次再用。4.方法評價方法評價本方法的優(yōu)點(diǎn)是:操作簡便,準(zhǔn)確度高。缺點(diǎn)是:(1)測量時間長,要3 h以上;(2)靈敏度還不夠高;(3)要求的設(shè)備較多,裝置笨重。本方法的靈敏度高于靜電計法,可達(dá)到37

10、 Bq/m3。常用于氡濃度較高的場合,如井下氡濃度測量,一般不能用于環(huán)境測量。原核工業(yè)第六研究所于20世紀(jì)80年代研制開發(fā)了KF602C型便攜式氡和氡子體測量儀,閃爍室體積較小,僅為200 ml,測量儀集前置放大與定標(biāo)計數(shù),甚至還包括采樣泵于一體,非常適合于礦井下氡和氡子體的即時采樣測量。 此法由美國人創(chuàng)立,20世紀(jì)70年代在美國流行。1972年托馬斯(Thomas)對其進(jìn)行了理論推導(dǎo),使此方法更加理論化,達(dá)到了比較完善的地步。 10.1.3雙濾膜法雙濾膜法雙濾膜管的結(jié)構(gòu)如圖10.5所示。在一個取樣管(衰變室)兩端分別裝上濾膜,取樣時通過入口濾膜過濾空氣中的氡子體,使純氡以一定流速流過取樣管到

11、達(dá)出口濾膜。氡從入口濾膜到出口濾膜的運(yùn)行時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的RaA,大部分被出口濾膜收集。測量出口濾膜的放射性計算得到氡濃度。1.工作原理工作原理 圖10.5雙濾膜管結(jié)構(gòu)示意圖2.主要設(shè)備與儀器主要設(shè)備與儀器(1)雙濾膜管;(2)輻射探測儀;(3)抽氣泵;(4)轉(zhuǎn)子流量計。目前國內(nèi)常用的雙濾膜測量儀器為北京綜合儀器廠生產(chǎn)的FT-626型環(huán)境Rn-Th儀,雙濾膜管的體積為38.2 L,入口濾膜直徑為12 cm,出口濾膜直徑為6 cm,采用ZnS光電倍增管計數(shù)系統(tǒng)。配有采樣泵,取樣流率為120 L/min,取樣時間為1小時,測量時間1小時。圖10.6給出了FT-626型環(huán)境Rn-Th儀的示意圖。圖10

12、.6FT-626型環(huán)境Rn-Th儀示意圖(1)裝好入口和出口濾膜;(2)以流速Q(mào)取樣t分鐘;(對FT-626,Q=120 L/min,t=1小時);(3)取樣結(jié)束后取下出口濾膜卡,將其裝到計數(shù)系統(tǒng)上進(jìn)行測量,測量時間為T1T2;(4)用下式計算氡濃度: (10.3)3.測量程序測量程序式中,CRn為氡濃度,Bqm-3;N為出口濾膜的積分計數(shù);Nb為本底計數(shù);V為雙濾膜管的容積,L;E為計數(shù)效率;Ft為濾膜包括自吸收修正的過濾效率;Z為與t,T1T2有關(guān)的參數(shù);Ff為新生子體到達(dá)出口濾膜的份額。要最終計算出氡濃度,必須知道t,T1,T2,Ff,Ft,Z等各個參數(shù)。表10.1給出了對應(yīng)于不同的取樣

13、時間t和計數(shù)時間間隔(T1T2)的Z值表。氡在飛越雙濾膜管的過程中產(chǎn)生出新子體,由于擴(kuò)散作用,其中的一部分便沉積于管的內(nèi)壁上,能夠到達(dá)出口濾膜的只是新生子體產(chǎn)物的一部分,其份額用Ff表示。Ff與有關(guān),即: (10.4)式中,D為新生子體的擴(kuò)散系數(shù),cm2/s;L為雙濾膜管長度,cm;q為采樣流率,cm3/s。決定Ff值的另一個因素是氣體在雙濾膜管內(nèi)的速度廓線。坦恩推導(dǎo)出在三種速度廓線下的不同的所對應(yīng)的Ff值。本方法所采用的是拋物線廓線下的Ff值,其值列于表10.2。4.方法評價方法評價本方法的優(yōu)點(diǎn):(1)排除了氡子體的干擾,提高了測量準(zhǔn)確度;(2)操作簡便,時間可長可短;(3)探測下限比電離室

14、法和閃爍室法高,可用于環(huán)境測量;缺點(diǎn):體積笨重,裝置較大。 氣球法是我國科技人員建立的測氡方法,1974年由清華大學(xué)提出。由于這種方法具有簡便、迅速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),在礦山和環(huán)境的氡 測量中得到了廣泛的應(yīng)用。1.工作原理工作原理氣球法的工作原理與雙濾膜法相似,不同之處是將雙濾膜管換成了氣球,入口和出口為同一通路。原理裝置如圖10.7所示。取樣時以固定流量向氣球充氣,入口濾膜濾掉空氣中的氡子體,充氣時間固定;充氣結(jié)束后等待數(shù)分鐘,將氣球內(nèi)的空氣以固定流量排出。 10.1.4氣球法氣球法圖10.7氣球法裝置示意圖氣球內(nèi)新生氡子體被出口濾膜收集。由于被收集的氡子體與氡濃度存在正比關(guān)系,測量濾膜上的放

15、射性就可以計算得到氡濃度。氣球法同時也可以測量氡子體潛能。由于入口濾膜收集的是空氣中的氡子體,因此測量入口濾膜的放射性可以計算得到氡子體潛能濃度。常用的為乳膠球,其體積根據(jù)需要而定。一般體積在10103 L之間,礦山井下常用氣球體積為2025 L,環(huán)境測量用較大的氣球。(2)計數(shù)設(shè)備能將取樣頭固定在探頭上進(jìn)行測量?，F(xiàn)在多用的是FJ-13型輻射探測儀或采用KF-602系列氡和氡子體測量儀。(3)采樣泵及流量計量程為1050 L/min,現(xiàn)在礦山多用DK-60型取樣泵或SY-70型微塵取樣儀,流量計常用葉輪流量計。(1)氣球及所附套環(huán)和橡皮塞2.主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器(4)秒表(5)濾膜取樣

16、頭。(6)子體過濾器。(7)合成纖維濾膜1號(過氯乙烯樹脂纖維)。3.測量程序測量程序圖10.8給出了氣球法測量氡和氡子體時通常的時間流程圖。圖10.8氣球法測量時間流程圖對不同的測量對象(如井下或環(huán)境中),測量的具體時間段有所不同,一般程序簡述如下:(1)在0至t1時間段內(nèi)以流量q1往氣球內(nèi)充氣;(2)在t2t3時間間隔內(nèi)以流量q2排氣;(3)在T1T2時間段內(nèi)對入口濾膜進(jìn)行計數(shù),其積分計數(shù)記為NE;(4)在T3T4時間段內(nèi)對出口濾膜進(jìn)行計數(shù),其積分計數(shù)記為NR;(5)用下式計算氡子體潛能濃度: (10.5)式中,Cp為子體潛能濃度,Jm-3;KE為刻度常數(shù),Jm-3/計數(shù);q1為充氣流速,

17、Lmin-1;NE為測子體濾膜的計數(shù),cpm;為計數(shù)效率;Ef為濾膜的過濾效率;Ea為濾膜的自吸收因子。(6) 用下式計算氡濃度: (10.6)式中,CR為氡濃度,Bqm-3;KR為刻度常數(shù),Bqm-3/計數(shù);Nb為本底計數(shù),cpm。4.方法評價方法評價氣球法測量氡和氡子體濃度是一種較為簡單實(shí)用的方法。所需裝置較少,攜帶方便;特別是對于井下測量而言,方法的靈敏度和準(zhǔn)確性都已夠用(方法靈敏度約為37 Bq/m3)。但由于影響因素較多,因此使用中應(yīng)注意下述事項:(1)條件的一致性必須保持標(biāo)定和具體使用時條件的一致性,如氣球體積、采用濾膜、計數(shù)設(shè)備和時間坐標(biāo)等不能改變。其中任何一項改變,都必須重新標(biāo)

18、定刻度系數(shù)。(2)過濾要完全保證純氡進(jìn)入氣球,入口濾膜必須有足夠高的清除氡子體的能力,過濾效率應(yīng)在99%以上。(3)保持球內(nèi)清潔 對于新球要洗出里面的滑石粉,用過的球也要經(jīng)常清洗,以保持清潔。(4)縮短氣體通路無論在充氣或者排氣時,都要盡量縮短氣體的通路,要去掉氣球的頸部,排氣時始終保持氣球為球形狀態(tài)。(5)防止過排氣排氣稍過頭,氣球就會被吸附在濾膜上,而使此樣品報廢。排氣時一定要精力集中,及時關(guān)閉抽氣泵。(6)定期刻度嚴(yán)格按儀器檢定周期刻度,當(dāng)測量條件變更時要及時刻度。(7)采樣泵的選擇由于加的濾膜層數(shù)較多,阻力較大,如果采樣泵的負(fù)荷特性不好,會使流量計前面形成負(fù)壓,導(dǎo)致實(shí)際流速低于流量計的

19、指示值,而使氣球體積不足,因而要選擇負(fù)荷特性好的采樣泵。5.濕度影響濕度影響相對而言,濕度是影響氣球法測量準(zhǔn)確性的最大因素。當(dāng)空氣樣品的相對濕度小于90%時,刻度系數(shù)有顯著變化。為消除此影響,必須在不同相對濕度下刻度,求出濕度修正因子。 活性炭測氡也是一種非常經(jīng)典的氡測量方法。常用的有活性炭盒法,改進(jìn)的活性炭盒法,活性炭濾紙法,活性炭濃縮測氡法,等等。從礦山實(shí)用角度出發(fā),這里僅介紹活性炭濃縮測氡方法。10.1.5活性炭濃縮測氡法活性炭濃縮測氡法此法是對經(jīng)典的靜電計法的一種補(bǔ)充。利用活性炭對氡有常溫吸附、高溫釋放的特性,把大體積空氣中的氡濃集起來,然后加熱解析并轉(zhuǎn)移至電離室中。封閉3 h后,用靜

20、電計測量電離電流,求出氡濃度,或用閃爍法測出氡濃度。此法可把測量靈敏度提高到3 Bq/m3,過去曾長期用來測環(huán)境中的氡。在流氣速度為12 L/min情況下,活性炭吸附氡的效率可達(dá)90%以上。1.工作原理工作原理2.主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器(1)抽氣泵包括真空泵和現(xiàn)場取樣用的輕便抽氣泵。(2)流量計用來測量取樣流速,用玻璃轉(zhuǎn)子流量計為宜。(3)氯化鈣干燥管(4)活性炭管所用的活性炭粒徑2040目較為理想。(5)解吸電爐配備調(diào)壓變壓器,能調(diào)節(jié)電爐的升溫速度。(6)500 以上高溫溫度計(7)其他如靜電計、電離室或閃爍室、定標(biāo)器等也是必備的。3.測量程序測量程序靜電計法或閃爍法測氡的測量程序前面

21、已作了介紹,這里著重講解活性炭吸附和解吸的操作過程。(1)吸附按圖10.9把干燥管、活性炭吸附管、流量計和抽氣泵連接起來,流氣速度q(L/min)抽氣t(h)時間,然后將活性炭管封閉起來。流速和抽氣時間可根據(jù)情況確定。圖10.9吸附裝置示意圖(2)解析電離室或閃爍室抽成真空。按圖10.10所示將干燥管、活性炭吸附管(置于加熱電爐內(nèi))、電離室或閃爍室等連接好。擰緊螺旋夾2,緩慢地打開螺旋夾3和4,接通電源,調(diào)節(jié)變壓器使解吸爐內(nèi)溫度在15 min內(nèi)升到350 。此時緩緩地打開螺旋夾2和1,控制進(jìn)氣速度100120個氣泡/min。進(jìn)氣15 min后加大進(jìn)氣速度,直到擴(kuò)散器內(nèi)不冒泡為止。然后將電離室或

22、閃爍室封閉3 h。圖10.10解析裝置示意圖1,2,3,4,5螺旋夾;6CaCl2干燥器;7溫度計;8加熱電爐;9干燥管為了濾去空氣中的氡,解吸時可在擴(kuò)散器前再加一個活性炭管, 或者用氮?dú)庾鬏d體。(3)用靜電計測量電離室的電離電流(測量方法同10.1.1)。(4)用下式計算氡濃度: (10.7)式中,CRn為氡濃度,Bq/m3;K為刻度系數(shù),Bq/(格min);J為電離電流,格min-1;Jb為本底電離電流,格min-1;q為抽氣流速,m3s-1;t為抽氣時間,s-1;c為活性炭吸附效率。4.方法評價方法評價活性炭濃縮法是最早用于環(huán)境中氡測量的,靈敏度可達(dá)到3.7Bq/m3。其缺點(diǎn)是,測量所需

23、時間較長,設(shè)備復(fù)雜,測量誤差相對較大。 10.1.6RAD7電子氡氣檢測儀電子氡氣檢測儀RAD7電子氡氣檢測儀是美國DURRIDGE公司的產(chǎn)品,自進(jìn)入中國市場伊始,就憑借其操作簡單,功能強(qiáng)大,性能穩(wěn)定,測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),盡管價格相對昂貴,但仍然受到很多氡測量用戶的歡迎,核工業(yè)鈾礦冶系統(tǒng)也有很多企業(yè)新購了這款儀器。根據(jù)核工業(yè)鈾礦冶系統(tǒng)應(yīng)用情況,本教材側(cè)重介紹該儀器的原理、功能、儀器操作方法和典型使用舉例。 圖10.11RAD7電子氡氣檢測原理工作方式1.測量原理測量原理RAD7的工作方式見圖10.11。采樣泵以一定流率將空氣經(jīng)干燥管、濾膜過濾器、測量室氣路引入到測量室,空氣經(jīng)過干燥器和濾膜后,氡(

24、釷射氣)子體、水蒸氣、灰塵等被過濾,只有干燥的含氡(釷射氣)空氣進(jìn)入測量室。測量室的探測器位置有一個負(fù)高壓,測量室壁為正高壓,壓差在2 000 V以上,在這里,純氡(釷射氣)衰變的氡(釷射氣)子體由于帶正電,被測量室壁正高壓推向探測器位置,它們衰變產(chǎn)生的粒子被探測器探測到。由于不同核素衰變產(chǎn)生的粒子具有不同能量,它們在探測器中產(chǎn)生的電信號幅度也就不同,在探測器后續(xù)電路中,將這些不同幅度的電信號分成若干個部分,稱之為感興趣區(qū)(ROI),這些感興趣區(qū)電信號計數(shù)的多少,就對應(yīng)了相應(yīng)核素的多少,根據(jù)放射性衰變方程、測量時間等參數(shù),就可以計算出氡(釷射氣)氣濃度。 通過一定取樣方法,對應(yīng)不同介質(zhì)析出的氡

25、,就可以測量不同介質(zhì)的氡析出率。2.功能功能對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行合適的設(shè)置,以及通過建立一定取樣方法,RAD7可以具有如下功能:(1)氡的快速測量;(2)氡的連續(xù)測量;(3)土壤氡測量;(4)水中氡測量;(5)氡析出率測量。氡的快速測量誤差相對連續(xù)測量要大得多,其用途在于迅速了解某處氡濃度的大致水平。一般來說,當(dāng)測量結(jié)果遠(yuǎn)低于需要重視的水平時,就可以不用理會此處了,這是因為測量結(jié)果誤差雖大,但也不至于達(dá)到很高水平,但當(dāng)測量結(jié)果在需要重視的水平附近時,這時就需要采用連續(xù)測量模式以準(zhǔn)確確定該處氡濃度,以決定是否需要采取措施。 氡的連續(xù)測量模式不僅可以了解某處氡濃度隨時間的變化,也可以通過計算平均值較準(zhǔn)確

26、地確定該處氡濃度。3.儀器操作儀器操作儀器使用說明書給出了詳盡的儀器使用說明,但實(shí)際上儀器操作本身還是很簡單的。如果了解了儀器鍵盤上幾個鍵的作用,認(rèn)識顯示屏上有限的幾個英語單詞(或縮寫的英文單詞),就可以自如地進(jìn)行各項工作了,如參數(shù)設(shè)置、測量開始結(jié)束、數(shù)據(jù)處理等。常用鍵說明:menu:功能鍵,按下此鍵進(jìn)入儀器操作狀態(tài);enter:確認(rèn)鍵,按下此鍵進(jìn)入顯示屏上顯示操作;和鍵:尋找鍵,按兩鍵用于前后翻找儀器的功能。一點(diǎn)說明:RAD7的功能是分級的,即某功能下還有子功能,以“數(shù)據(jù)(data)”功能為例,data下有read,save,print等子功能。舉例:要讀取第5個取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)。(1)menu

27、,顯示“test”;(2)鍵直至顯示“data ”;(3)enter;(4)鍵直至顯示“data ”;(5)enter;(6)鍵直至顯示“05”;(7)enter;(8)鍵即可逐個瀏覽第5個取樣點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)了。儀器中常用英語單詞含義:test:測量;status:狀態(tài);start:開始測量;stop:暫停測量(注意!start后又會繼續(xù)下去,采樣編號不變!);save:停止當(dāng)前測量并存儲數(shù)據(jù);clear:停止當(dāng)前測量并清理數(shù)據(jù);purge:清洗測量室;data:數(shù)據(jù);read:閱讀數(shù)據(jù);print:打印數(shù)據(jù);com:傳送數(shù)據(jù)到計算機(jī)中;free:剩余的數(shù)據(jù)空間;delete:刪除選中的某個采樣

28、點(diǎn)中的全部數(shù)據(jù);renumber:將儀器中的采樣點(diǎn)自動重新編號;erase:清除儀器中所有采樣點(diǎn)的所有數(shù)據(jù);setup:儀器設(shè)置;protocol:程序(sniff,1-day,2-day,);cycle:樣品的測量周期;recycle:測量周期數(shù)量;mode:方式;thoron:釷射氣開關(guān),一般選擇;pump:泵工作模式(auto自動開5分鐘關(guān)5分鐘;on一直開;gra每周期開始開5分鐘;off一直不開);units:量綱單位;savuser:用戶自定義程序,設(shè)置后需存儲方可今后調(diào)用;protocol user:調(diào)用用戶自定義程序。4.使用舉例使用舉例(1)設(shè)置自定義程序要求: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)運(yùn)行自定義程序 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。5.一些建議一些建議鈾礦冶輻射監(jiān)測的常見工作為井下工作場所氡濃度監(jiān)測和環(huán)境氡濃度監(jiān)測,本教材建議:(1)在井下測量時,由于井下工作場所氡濃度變化很大,主巷與采場的氡濃度經(jīng)常相差幾十倍以上。建議采用本節(jié)例1所自定義的模式protocol:user;cycle:00:10;recycle:02;mode:sniff;pump:grab。并且,第1個測量結(jié)果舍棄。(2)在地表進(jìn)行環(huán)境氡濃度監(jiān)測時,建議采用1天或以上的默認(rèn)模式,每取樣點(diǎn)測量3小時以

31、上。(3)在氡室刻度時,對上述兩種測量方法均需進(jìn)行刻度,不同測量方法對應(yīng)不同刻度系數(shù)。(4)當(dāng)日工作結(jié)束后,按測量方式連接好干燥器、濾膜、RAD7,在室外抽氣10 min。 如前所述,這里所說的氡子體是指氡的短壽命子體。氡子體是固體,在空氣中以氣溶膠方式存在,通常的采樣、測量方法為:通過濾膜收集空氣中的氡子體,然后測量濾膜上的放射性計數(shù),從而計算得到空氣中的氡子體濃度。濾膜上氡子體放射性產(chǎn)生和衰變的過程可以由放射性衰變基本方程貝特曼方程描述并求解。主要側(cè)重描述儀器和測量方法。 10.2氡子體測量氡子體測量氡子體測量基于以下假設(shè)或基礎(chǔ):(1)取樣過程中空氣中各氡子體的濃度不變;(2)取樣過程中取

32、樣流速不變;(3)濾膜對各種氡子體均有相同的過濾效率和自吸收;(4)采用氡及其子體的簡化衰變鏈。10.2.1庫斯尼茲法庫斯尼茲法庫斯尼茲(Kusnetz)法是最早出現(xiàn)的氡子體潛能測量方法,由美國人庫斯尼茲創(chuàng)立。方法的基本原理是:以一定流速采取空氣樣品5 min,等待4090 min,然后測量濾膜上的放射性,通過公式計算得到氡子體潛能濃度。(1)輻射測量儀井下測量常采用KF-602型氡和氡子體測量儀,FJ-13型輻射儀等。 (2)采樣泵井下測量常采用DK-60型或SY-70型采樣泵。(3)流量計葉輪流量計或玻璃轉(zhuǎn)子流量計。1.主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器(4)其他濾膜,濾膜取樣頭,橡膠管,秒表等

33、。2.測量程序測量程序(1)按圖10.12連接好測量裝置;(2)將濾膜裝到濾膜取樣頭上;(3)啟動采樣泵,開始秒表計時;(4)調(diào)節(jié)采樣泵流速至給定流量;圖10.12氡子體測量裝置及連接示意圖(5)5 min后停止采樣泵的采樣;(6)將濾膜取樣頭裝到輻射測量儀上;(7)在取樣結(jié)束后的4090 min時間段內(nèi)測量T時間;(8)按下式計算氡子體潛能濃度: (10.8)式中,Cp為氡子體潛能濃度,J/m3;N為樣品的計數(shù);q為取樣流率,L/min;為輻射測量儀的探測效率;為濾膜的過濾效率;為濾膜的自吸收因子;T為測量計數(shù)時間,min;F為與T(即從取樣結(jié)束到測量時間中點(diǎn)之間的時間間隔,min)有關(guān)的因

34、子,計算公式為:F=240-2T (40T70)F=195-1.5T (70T90)如果固定取樣時間為5 min,測量取樣結(jié)束后的5659分鐘的計數(shù),則式10.8可表示為: (10.9)庫斯尼茲法是一種經(jīng)典的,同時也是被廣泛采用的氡子體潛能濃度測量方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:受氡子體間平衡比關(guān)系影響較小,因而計算出來的氡子體潛能濃度誤差相對較小;裝置、操作、公式以及計算都比較簡單。缺點(diǎn)是:測量時間相對其他氡子體潛能測量方法較長。3.方法評價方法評價10.2.2馬爾科夫法馬爾科夫法馬爾科夫(Markov)法是氡子體潛能快速測量方法,由前蘇聯(lián)人馬爾科夫等創(chuàng)立。這種方法常用于井下氡子體潛能濃度測量。1.

35、主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器同10.2.1節(jié)主要設(shè)備和儀器。2.測量程序測量程序(1)按圖10.12連接好測量裝置;(2)將濾膜裝到濾膜取樣頭上;(3)啟動采樣泵,開始秒表計時;(4)調(diào)節(jié)采樣泵流速至給定流量;(5)5 min后停止采樣泵的采樣;(6)將濾膜取樣頭裝到輻射測量儀上;(7)測量取樣結(jié)束后的第710分鐘的樣品計數(shù);(8)按下式計算氡子體潛能濃度: (10.10)式中,Cp為氡子體潛能濃度,J/m3;N(710)為樣品的計數(shù);其余符號同10.2.1節(jié)。馬爾科夫法是氡子體潛能濃度的快速測量方法。這種方法操作簡單,測量時間較少,測量的準(zhǔn)確度滿足輻射防護(hù)的要求。缺點(diǎn)是由于測量時間較短,計算

36、結(jié)果受氡子體間平衡關(guān)系漲落變化影響,導(dǎo)致結(jié)果誤差相對較大。根據(jù)計算,在氡子體間平衡比變化較大時,方法誤差即達(dá)10%。 3.方法評價方法評價10.2.3三段法三段法三段法又稱托馬斯(Tomas)三段法,或改進(jìn)的齊沃格勞(Tsivoglou)法。這種方法是氡子體濃度的標(biāo)準(zhǔn)測量方法,可以分別測量出三個氡子體單獨(dú)的濃度,并進(jìn)而求出氡子體潛能濃度。1.主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器同10.2.1節(jié)的主要設(shè)備和儀器。2.測量程序測量程序(1)按圖10.12連接好測量裝置;(2)將濾膜裝到濾膜取樣頭上;(3)啟動采樣泵,開始秒表計時;(4)調(diào)節(jié)采樣泵流速至給定流量;(5)5 min后停止采樣泵的采樣;(6)將

37、濾膜取樣頭裝到輻射測量儀上;(7)測量取樣結(jié)束后的第25分鐘、第610分鐘的樣品計數(shù)、第2130分鐘的樣品計數(shù);(8)按下式計算單個的氡子體濃度以及氡子體潛能濃度值:(10.11)式中,CA,CB,CC分別為氡子體RaA,RaB,RaC的濃度,Bq/m3;Cp為氡子體潛能濃度,J/m3;N(25),N(620),N(2130)為樣品的計數(shù);其余符號同10.2.1節(jié)。托馬斯三段法是最常用的氡子體濃度及氡子體潛能濃度測量方法。這種方法所采用的裝置簡單,能夠測量出單個的氡子體濃度,由此計算出的氡子體潛能濃度由于不受氡子體間平衡比的影響,因而準(zhǔn)確度較高。不方便之處是在測量期間稍不留神就會錯過三個測量段

38、的準(zhǔn)確啟停時間,因而測量期間一定要集中精力注意時間,注意三個測量段的準(zhǔn)時啟停。 3.方法評價方法評價礦山的主要輻射危害來自氡所產(chǎn)生的氡子體的內(nèi)照射,鈾礦山還存在其他輻射危害,如X,外照射,表面污染等,本節(jié)將介紹X,外照射、表面污染、空氣中長壽命氣溶膠的測量方法。 10.3其他輻射測量方法其他輻射測量方法 只有當(dāng)?shù)V石的鈾品位超過0.3%0.5%時,進(jìn)行外照射測量才是合理的。當(dāng)?shù)V石的鈾品位為0.1%左右時,外照射年劑量占總劑量的10%左右。 10.3.1X,外照射的監(jiān)測外照射的監(jiān)測X,射線外照射的監(jiān)測通常是使用便攜式照射量率儀或巡測儀測量,用于描述X和輻射場的物理量照射量(率)。常用的巡測儀有電離

39、室、閃爍計數(shù)器、GM計數(shù)管和正比計數(shù)器等不同類型的測量儀,它們各有不同的特點(diǎn)、性能和應(yīng)用范圍。鈾礦監(jiān)測外照射一般采用國產(chǎn)FJ-302BG型和FJ-200G型劑量率儀直接進(jìn)行測量。(1)及時發(fā)現(xiàn)污染狀況,以決定是否采取去污或其他防護(hù)措施,使表面污染水平控制在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi);(2)及時發(fā)現(xiàn)包裝容器失效和違反安全操作程序事件的發(fā)生;(3)為制定個人和場所監(jiān)測計劃,制定合理的操作程序提供依據(jù)。國產(chǎn)的表面污染監(jiān)測儀有FJ-355D型,FJ-2201型和FJ-2203型等。工作場所表面污染監(jiān)測的主要目的是:10.3.2表面污染的監(jiān)測表面污染的監(jiān)測 表面污染的測量,一種方法是直接監(jiān)測法,另一種是間接監(jiān)

40、測法。直接監(jiān)測法用得較多,下面將對其進(jìn)行介紹。 表面污染的直接測量常采用表面污染儀,這種表面污染儀的探頭采用硫化鋅-光電倍增管組成,硫化鋅探頭的面積約為 50 cm2。使用方法非常簡單,將探頭置于被測表面,測量一定時間,根據(jù)測量計數(shù)除以測量時間(s)和探頭面積(cm2)就可以得到表面污染數(shù)值,單位是Bq/cm2。雖然表面污染的直接測量法操作和計算都非常簡單,但對于鈾礦山和水冶廠,這種方法的應(yīng)用是有限制的。其原因有:被污染表面的粉塵會導(dǎo)致粒子很強(qiáng)的自吸收;在鈾礦山井下,高濃度的氡子體濃度會造成儀器探頭表面的沾污,從而造成測量假計數(shù)?；谏鲜鲈?直接測量法一般用于確定被測表面是否被污染,并確定是

41、否需要采取去污措施。 空氣中長壽命氣溶膠濃度的監(jiān)測方法和原理都比較簡單,用采樣泵通過濾膜采集空氣樣,數(shù)十小時后測量濾膜上的放射性,通過公式就可計算得到空氣中長壽命氣溶膠的濃度。1.主要設(shè)備和儀器主要設(shè)備和儀器(1)大流率采樣泵;(2)低本底測量裝置;(3)流量計;(4)濾膜取樣頭及相應(yīng)濾膜;10.3.3空氣中長壽命空氣中長壽命氣溶膠的監(jiān)測氣溶膠的監(jiān)測(5)秒表。2.測量程序測量程序(1)將濾膜裝到取樣頭上,連接好濾膜取樣頭流量計采樣泵;(2)打開采樣泵,開始秒表計時,調(diào)節(jié)采樣泵到給定流量q(L/min);(3)采樣t時間(min),停泵;(4)等待數(shù)十小時,以使氡的短壽命子體完全衰變掉;(5)

42、將已取樣的濾膜裝到低本底測量裝置上,測量T時間(min);(6)按下述公式計算長壽命氣溶膠濃度C: (10.12)式中,N為對濾膜樣品測得的計數(shù);t為采樣時間,min;T為測量時間,min;q為采樣泵給定流量,L/min;其余符號同10.2.1節(jié)。 個人(劑量)監(jiān)測:利用工作人員個人佩戴的個人劑量計進(jìn)行的測量,或?qū)ζ潴w內(nèi)及排泄物中的放射性核素的種類和活度進(jìn)行的測量。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB188712002電離輻射與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)6.6.2.2,對于任何在控制區(qū)工作的工作人員,或有時進(jìn)入控制區(qū)工作并可能受到顯著職業(yè)照射的工作人員,或其職業(yè)照射劑量可能大于5 mSv/a的工作人員,均應(yīng)進(jìn)行

43、個人劑量監(jiān)測。 10.4個人劑量監(jiān)測個人劑量監(jiān)測應(yīng)對任何工作人員(成人)的職業(yè)照射水平進(jìn)行控制,使之不超過下述限值:(1)連續(xù)5年內(nèi)的年平均有效劑量20 mSv/a;(2)任何一年中的有效劑量 50 mSv。 鈾礦山井下工作環(huán)境惡劣,巷道和采場縱橫,地質(zhì)條件復(fù)雜,周邊圍巖和礦石放射性高,并且不易排放或屏蔽,這造成了鈾礦山從業(yè)人員的職業(yè)照射劑量遠(yuǎn)高于后處理從業(yè)人員,尤其是井下作業(yè)人員的年個人劑量經(jīng)常達(dá)到十幾個mSv,甚至超過個人劑量年限值20 mSv/a。長期以來,我國鈾礦工人的個人劑量是通過工作場所的區(qū)域監(jiān)測結(jié)果,以及工人在工作場所的年工作時間來估算得到的。由于不同工種接觸放射性的差異很大,不

44、同作業(yè)場所放射性強(qiáng)度的差異很大,因而這種方法在估算個體的劑量時有可能出現(xiàn)很大的誤差。根據(jù)20世紀(jì)90年代初對郴州某鈾礦的調(diào)查,由區(qū)域監(jiān)測估算的井下主要工種個人年劑量與個人劑量計直接監(jiān)測的個人劑量相差最大達(dá)到500%以上。由上所述,必須在鈾礦山進(jìn)行個人劑量監(jiān)測。對鈾礦工人而言,他們受到的最大輻射危害來自于氡所產(chǎn)生的氡子體的內(nèi)照射,達(dá)到個人總劑量的80%以上,其次是來自于周邊礦石所產(chǎn)生的外照射,有可能達(dá)到個人總劑量的10%以上。因此,鈾礦工人的個人劑量監(jiān)測就是對他們所受到的氡子體內(nèi)照射和外照射個人劑量進(jìn)行監(jiān)測。1998年以來,遼寧某鈾礦率先在國內(nèi)開展了工人個人劑量的個人劑量計監(jiān)測,至今仍在進(jìn)行。2

45、0022003年,核工業(yè)金原鈾業(yè)公司在所屬中核撫州金安鈾業(yè)有限責(zé)任公司、中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限責(zé)任公司、中核北方鈾業(yè)有限責(zé)任公司、中核西安藍(lán)天鈾業(yè)有限責(zé)任公司開展個人劑量監(jiān)測試點(diǎn)工作,為在全系統(tǒng)全面開展個人劑量監(jiān)測取得經(jīng)驗,做好準(zhǔn)備。2004年,金原鈾業(yè)公司成立“金原鈾業(yè)公司鈾礦冶個人劑量監(jiān)測中心”,下發(fā)了鈾礦冶從業(yè)人員個人劑量監(jiān)測管理辦法(試行),在所屬全部鈾生產(chǎn)企業(yè)開展了個人劑量監(jiān)測。10.4.1KF606B型礦工個人劑量計型礦工個人劑量計KF606B型礦工個人劑量計是專門用于鈾礦冶企業(yè)從業(yè)人員個人劑量監(jiān)測,其設(shè)計充分考慮了鈾礦冶作業(yè)環(huán)境和我國國情,其特點(diǎn)是:(1)測量準(zhǔn)確度高,足夠滿足輻射

46、監(jiān)測要求;(2)使用方便,包括體積小、質(zhì)量輕,佩戴時不影響工作;(3)日常管理簡單;(4)適應(yīng)礦山井下惡劣環(huán)境,能在高塵、高濕、高溫條件下正常工作;(5)成本低廉,便于廣泛推廣佩戴。10.4.2氡子體內(nèi)照射測量原理氡子體內(nèi)照射測量原理 氡子體內(nèi)照射測量采用無源擴(kuò)散室型氡累積測量方法,通過氡與氡子體平衡比,將佩戴者工作期間所受到的氡累積照射量轉(zhuǎn)換為氡子體照射量,進(jìn)而計算氡子體內(nèi)照射劑量。氡累積測量原理見圖10.13。劑量計佩戴者所處工作環(huán)境空氣中的氡擴(kuò)散進(jìn)入劑量計的擴(kuò)散室內(nèi),擴(kuò)散室內(nèi)外氡濃度快速達(dá)到平衡,則擴(kuò)散室內(nèi)的氡(及其子體)衰變的粒子入射到CR39探測器上形成潛徑跡,潛徑跡的數(shù)量正比于氡濃度與工作時間的乘積(氡照射量)。圖10.13無源擴(kuò)散室型氡累積測量原理示意圖佩戴結(jié)束后,將劑量計中的CR39探測器取出,經(jīng)過恒溫、恒時、恒濃度的化學(xué)溶液處理,潛徑跡擴(kuò)大為徑跡,通過光學(xué)顯微鏡攝像頭將徑跡圖像送入計算機(jī),計算機(jī)自動分析計數(shù),讀出徑跡密度。顯然,徑跡密度也正比于氡濃度與工作時間的乘積(氡照射量),即: (10.13)式中,ERn為氡照射量;T為工作時間;CRn為工作環(huán)境中的空氣氡濃度;n為CR39探測器的徑跡密度;nb為CR39探測器固有本底徑跡密度;K為刻度系數(shù),可在氡