不同压强下氡气运移实验的研究.pdfVIP

核电子学与 中国核科学技术进展报告第二卷 核探测技术分卷 年 月 不同压强下氡气运移实验研究 张金钊 庹先国 成都理工大学核技术与自动化工程学院四川 成都 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川 成都 摘要氡气在空气中的运移研究是氡气测量和防护的基础理论问题论文以实验为基础采用活性炭累积测氡法对 氡气在不同气体压强下的运移规律进行研究得出氡气在空气中运移速度与空气压强有关空气压强越大运移速 度越快在低压状态下向下运移更加明显对比氡气在竖直方向和水平方向上测量结果不管压强高低氡气运移在竖 直方向上的运移能力远远超过水平方向在不同压强情况下氡气平均速度估算常压下向上运移平均速度为 向下运移平均速度为 低压下相对真空度为 时氡气的向上运移平均速度为 向下运移平均速度为 与实际测量结果符合性良好 关键词运移活性炭测氡扩散 氡气是人类所受天然辐射照射最主要的贡献者它是一种无色无味的惰性气体也是自然界三 个天然放射性系列中唯一的气态元素因为地壳中含有放射性元素的岩石总是不断的向四周扩散氡 气使空气中和地下水中多多少少含有一些氡气氡气对人类既有害又有利因此氡气研究引起人们 的广泛兴趣通过测氡人们常用来寻找地下矿床了解地质构造预报地震研究火山喷发和断层活 动等 本论文通过实验测量不同空气压强下氡气竖直水平方向上的空间分布讨论不同空气压强下氡 气的运移规律并提出相应运移理论此实验也是对高空中低压状态下氡气运移的模拟同时为地 空界面及地质体内氡气运移研究提供参考 测量方法及实验设计 活性炭测氡基本原理 活性炭测氡法是氡气测量方法中一种静态累积测氡方法具有灵敏度高精度高抗干扰强探 测深度大等优点 目前依然是理想的测氡方法之一 活性炭测氡的机理气液相和固相物质的吸附发生在固体界面活性炭为非极性吸附剂氡 为非极性单原子分子当这两种物质的分子或原子相互接近时由于电力转动和核振动发生电子和 核之间的相对位移而产生瞬时偶极这种情况的不断重复使分子之间始终存在色散力活性炭对氡 的吸附正是色散力起主要作用当氡运移到活性炭表面时很快被吸附造成其周围的氡浓度降低 在浓度差作用下高浓度处的氡不断向活性炭运移直至它吸附的氡量达最大值或与周围的氡浓度 达到平衡 活性炭吸附器 计数与氡浓度的关系吸附量是吸附时间氡浓度等许多因素的函数当吸附时 间和其他因素不变时吸附器 计数仅与氡浓度有关本论文用 的 峰计数率代表氡气 浓度 实验设计 为了研究氡气运移机制前人设计了很多的实验但是没有一种是通过调节氡气所在环境压强来 作者简介张金钊 男博士生现主要从事核信息获取等科研工作 进行对比实验本实验通过真空泵真空表调节玻璃管中空气压强研究不同压强下氡气运移情况 采用室内低压玻璃管研究氡气运移规律原因 室内低压管中研究氡气运移规律受到外界大气压强外界氡源气体对流等影响较小便于减 少测量参数运算变量等有利于发现氡气运移的真正规律 实验采用沥青铀矿石作为氡源由于固体氡源氡的析出率受外界 压强影响较小液体镭源在外界压强剧烈变化时不易控制容易喷溅造成 污染 采用弱氡源弱氡源减少了放射性对实验操作者得伤害 由于实 验只做定性分析不做定量计算弱氡源即可以 实验装置 本次实验充分考虑到前人对氡气运移理论的贡献在氡气本身放射性 特征的基础上设计了实验装置图见图 实验设计 实验步骤 将活性炭放到烤箱内约 烘烤 取出制作的活性炭吸 附器密封保存 随机取出 个活性炭吸附器利用高纯锗探测器测量 的 的 的净峰面积检验活性炭测氡的稳定性 利用氡析出率仪测量室内空气氡浓度估计对实验结果影响 将活性炭吸附器沥青铀矿石氡源放置进玻璃管中将玻璃管中 图 氡气竖直方向运移 分别调节为常压真空度 竖直静置 天取活性炭吸附器 实验装置示意图 出利用高纯锗探测器测量 净峰面积 将压强调节为真空度 分别静置 天 天取活性炭吸附器出利用高纯锗探测 器测量 净峰面积 将数据进行初步修正做出统计图见图 图 活性炭测氡低本底高纯锗 能谱仪稳定性数据图 实验数据 活性炭吸附器重 测量时间 如图 所示活性炭测氡稳定性良好 如图 所示为在常压与真空度为 下活性炭测氡数据对比图 图 不同真空度下氡气累积 天测量结果 图 真空度为 不同 累积时间测量结果对比图 对比图 的 活性炭吸附器质量 测量时间为 此处真空 度为相对真空度其与压强换算关系 真空度 真空度为 压强约为 下同 速度估算 根据文献得到氡气在空气中的运移方程 式中 层中的氡气浓度 氡源边界面到 层的距离 通过 层底面流入的氡气流 通过 层顶面流出的氡气流 层的面积 射气的衰变常数 层中的氡量 若扩散作用不存在时 则式变为 氡气浓度计算式为 可得 其中 都可由实验测得即可求出平均速度 由