氡体积活度模型与验证

　　氡(Rn)是惰性气体,在自然界中存在222Rn、220Rn、219Rn、218Rn等4个同位素,它们是天然放射性铀、钍系中镭同位素的衰变子体,具有α放射性。220Rn、219Rn、218Rn的半衰期分别为54.5s、3.92s、0.03s,其产生后在自然界中存在的时间很短,因此大气环境中的氡主要是半衰期为3.825天的222Rn。本文所指的标准氡室是充填222Rn气体,用于刻度和校准测氡仪的氡室,属于第三代标准氡源。

　　近年来,国内外研制的标准氡室有不少,氡气箱体的体积从1-30m3不等[1,7,9],并且大都由固体镭源、氡气箱体、氡体积活度监测与控制装置等组成,可为测氡仪量值溯源提供参考氡气,还可成为环境氡试验装置[5,6]。当用标准氡室刻度和校准测氡仪时,标准氡室是它们的计量标准,氡室内氡气的体积活度值作为刻度和校准的约定真值。

　　1　标准氡室体积活度补氡模型和稳氡模型

　　标准氡室的氡来源于固体或液体镭源(通常也称为氡源),通过时间积累达到预期的体积活度,实际的氡体积活度值由仪器测量得到。东华理工大学和上海市计量测试技术研究院联合研制的标准氡室采用智能化的自控技术,由计算机软件实现系统实时监测、自动控制氡室氡体积活度,可在较长时间内保持氡体积活度的稳定。

　　通常,氡室氡体积活度的补氡模型和稳氡模型可以通过实验数据来建立。本文介绍的标准氡室,在补氡期可以近似采用补氡模型[3,5,6]来表示:

　　其中,Ct为t时刻的氡室氡体积活度值(Bq/m3);C1为补氡期氡室氡体积活度初始值,即补氡开始时刻(t=0时刻)的氡室氡体积活度(Bq/m3);υ为补氡速度(Bq/(m3·s)),表示单位时间向氡室输入的氡体积活度;t为补氡时间(s)。

　　当氡室氡体积活度达到期望值时,系统停止补氡。此时,氡室氡体积活度值遵循放射性衰变规律而自然减小,即进入氡体积活度的衰减期。在该衰减期内,氡体积活度值满足如下关系:

　　式中,Ct为t时刻的氡室氡体积活度值(Bq/m3);C2为衰减期开始时刻(t=0时刻)的氡室氡体积活度初始值(Bq/m3);λ为氡体积活度衰减期内的衰减常数(s-1),它包括了氡自然衰变、氡室内壁和管道对氡的吸附、氡箱和管道的漏气等因素导致的氡体积活度的减少量,通常该衰减常数大于氡自然衰变常数;t为衰减时间(s)。

　　氡室氡体积活度的稳定是一个动态过程,只能要求在一定误差范围内保持相对稳定,即氡室进入稳氡过程。所谓稳氡模型,也就是:当氡室氡体积活度值低于误差下限时,氡室进入补氡期;当氡室氡体积活度值高于误差上限时,氡室进入衰减期。如此反复,使氡室氡体积活度按照上述稳氡模型实现氡室氡体积活度的动态稳定。