测定多孔射气介质中氡扩散系数和可运移氡产生率的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定多孔射气介质中氡扩散系数和可运移氡产生率的方法，该方法使用以下装置进行测量：该装置包括测试体、第一集氡空间、第二集氡空间、第一测氡系统和第二测氡系统；在内弧面的内侧设有第一集氡空间，在外弧面的外侧设有第二集氡空间，第一测氡系统与第一集氡空间连通并形成闭合回路，第二测氡系统与第二集氡空间连通并形成闭合回路。本发明专利技术提供一种在不需要测量镭含量、密度和孔隙率等物理参数的条件下，确定多孔射气介质氡扩散系数和可运移氡产生率的方法，这样就可以大大减少工作量，而且设备简单，非常便捷。

Method for Measuring Radon Diffusion Coefficient and Transportable Radon Generation Rate in Porous Jet Media

The invention discloses a method for measuring radon diffusivity and migratory radon generation rate in porous ejection medium. The method uses the following devices to measure: the device includes a test body, a first set of radon space, a second set of radon space, a first radon measurement system and a second radon measurement system; and a first set of radon space is arranged inside the inner arc surface. In addition, there is a second set of radon space outside the outer arc. The first radon measurement system is connected with the first set of radon space and forms a closed loop. The second radon measurement system is connected with the second set of radon space and forms a closed loop. The invention provides a method for determining radon diffusion coefficient and migration radon generation rate of porous ejecting media without measuring physical parameters such as radium content, density and porosity, so as to greatly reduce workload, and the equipment is simple and convenient.

【技术实现步骤摘要】
测定多孔射气介质中氡扩散系数和可运移氡产生率的方法
本专利技术涉及一种测定多孔射气介质中氡扩散系数和可运移氡产生率的方法，属于核辐射探测

技术介绍
氡是一种无色，无味的放射性惰性气体，比空气重7.5倍。它的半衰期约为3.85天。当人们吸入氡气时，它就会在人体内衰变并释放出α粒子对人的呼吸系统造成辐射损伤，从而引发肺癌。人居环境和工业环境中，氡主要来自含镭介质中的释放，如建筑室内的氡主要来自含镭的建材及地基，地下空间主要来自含镭的维护岩体。为了准确的评价含镭介质氡的迁移与释放能力，多孔介质氡的扩散系数和可运移氡产生率是两个关键的物理参数。扩散系数作为一个与多孔介质本身孔隙结构、温度和湿度有关的物理量，经常被人们用来描述氡在多孔介质的迁移能力，它的大小影响着多孔射气介质表面的氡析出率的大小。可运移氡产生率是决定多孔射气介质氡释放潜力的重要物理量，它与介质镭含量、孔隙微观结构以及温度和湿度相关。目前测定氡的扩散系数和可运移氡产生率得方法均较复杂，需要测量镭含量、密度、孔隙率、含水率等参数，测量难度和测量工作量均较大。为此，本专利技术提供一种在不需要测量镭含量、密度和孔隙率等物理参数的条件下，确定多孔射气介质氡扩散系数和可运移氡产生率的方法，这样就可以大大减少工作量，而且设备简单，非常便捷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题有二：一是提供一种准确的解算在多孔介质的氡扩散系数；二是在不需要测量镭含量等参数的情况下，解算射气介质可运移氡产生率。本专利技术的技术方案是，提供一种测定多孔射气介质中氡扩散系数的方法，该方法使用以下装置进行测量：该装置包括测试体、第一集氡空间、第二集氡空间、第一测氡系统和第二测氡系统；所述测试体为直柱体，测试体的底面为四分之一圆环，测试体的侧面由两个相对的平面和两个相对的弧面组成，其中靠近圆心的弧面为内弧面，远离圆心的弧面为外弧面；在内弧面的内侧设有第一集氡空间，第一集氡空间用于收集从内弧面析出的氡；在外弧面的外侧设有第二集氡空间，第二集氡空间用于收集从外弧面析出的氡；第一测氡系统与第一集氡空间连通并形成闭合回路，第二测氡系统与第二集氡空间连通并形成闭合回路；第一集氡空间和第二集氡空间为相对密闭的空间，通过管道与测氡仪及其他结构(气体流量计、干燥装置、过滤装置等)连通组成第一、第二测氡系统。该方法根据以下公式计算多孔射气介质中氡扩散系数D：其中：I0、I1分别表示第一类0阶、1阶虚宗量Bessel函数；K0、K1分别表示第二类0阶、1阶虚宗量Bessel函数；r1表示圆环中内圆弧的半径；r2表示圆环中外圆弧的半径；J1、J2分别表示内弧面、外弧面的氡析出率；用第一测氡系统在两个时刻分别测试第一集氡空间的氡浓度C11和C12，根据以下公式计算内弧面的氡析出率J1,t1表示测试第一集氡空间的两个时刻的时间间隔，S1表示测试体内弧面的表面积，V1表示第一集氡空间所在闭合回路的总体积；用第二测氡系统在两个时刻分别测试第二集氡空间的氡浓度C21和C22，根据以下公式计算氡析出率J2，t2表示测试第二集氡空间的两个时刻的时间间隔，S2表示测试体外弧面的表面积；V2表示第二集氡空间所在闭合回路的总体积。优选地，t1＝10-30min；t2＝10-30min。优选地，所述测试体是由铀尾渣与水泥混合，再加水混匀制成。优选地，所述铀尾渣的粒径小于1mm。优选地，铀尾渣与水泥的质量比为3-7:1。优选地，r1＝80-150mm；r2＝300-500mm。优选地，利用第一测氡系统和第二测氡系统同时对集氡空间内的氡浓度进行测试。优选地，所述第一集氡空间和第二集氡空间为均直柱体，第一集氡空间的底面为圆心角为90度的扇形；第二集氡空间的底面为四分之一圆环。本专利技术提供一种测定多孔射气介质中可运移氡产生率的方法，先计算多孔射气介质中氡扩散系数D；再根据以下公式计算可运移氡产生率α，本专利技术提供一种测定多孔射气介质中可运移氡产生率的方法，先计算多孔射气介质中氡扩散系数D；再根据以下公式计算可运移氡产生率α，本专利技术利用四分之一的圆环形成的直柱体作为测试体，直柱体即柱体的底面与侧面垂直。柱体的底面为四分之一的圆环，以靠近圆环的圆心的一侧为内侧，远离圆环的圆心的一侧为外侧。本专利技术的推导过程如下：根据式(1)微分方程，式中：C——在多孔射气介质中的氡浓度，Bq/m3；D——在多孔射气介质中的氡扩散系数，m2/s；λ——氡的衰变常数，λ＝2.1×10-6s-1；α——多孔射气介质产生的可运移氡产生率，Bq/(m3s)；该微分方程的通解为式(2)所示：式中：I0——第一类零阶虚宗量Bessel函数；K0——第二类零阶虚宗量Bessel函数；A、B——积分常数；利用边界条件求解积分常数，边界条件为r＝r1处C＝C1；r＝r2处，C＝C2。C1，C2——测试体内、外表面的氡浓度，即第一集氡空间和第二集氡空间中的氡浓度，Bq/m3；当圆管体介质内外表面空气环境氡浓度较低，即当C1和C2接近0Bq/m3，则式(3)和式(4)化简为：由费克第一定律可知：测试体内弧面的氡析出率J1公式：测试体外弧面的氡析出率J2公式：测试体内、外弧面的氡析出率的比值：其中，式(9)中，J1和J2可以通过测氡系统测试出氡浓度后计算得到，除氡扩散系数D外，其他均为已知常数。因此可以计算出氡扩散系数D，再将得到氡扩散系数D代入式(7)或(8)中，得到多孔射气介质产生的可运移氡产生率α。其中，J1和J2根据以下公式(10)计算：J为氡析出率，Bq/m2s；C1为第1个时刻集氡空间的氡浓度，Bq/m3；C2为第2个时刻集氡空间的氡浓度，Bq/m3；S为测试体的某个面的表面积，氡通过该表面进入相应的集氡空间；V为对应的集氡空间所在闭合回路的总体积，m3；t为两个时刻的取样间隔时间，s。本专利技术可在不需要测量镭含量、密度和孔隙率等物理参数的条件下，确定多孔射气介质氡扩散系数和可运移氡产生率的方法，这样就可以大大减少工作量，而且设备简单，非常便捷。附图说明图1为本专利技术测试所用装置的简易结构示意图；图2为本专利技术所用的闭环式循环氡析出率测量系统结构示意图；图3为本专利技术制作时测试体及集氡空间的主视图；图4为本实施例的装置结构示意图；图例说明：1-第一测氡系统，2-第二测氡系统，3-第一集氡空间，4-楔子，5-测试体，6-第二集氡空间；11-测氡仪、12-过滤装置、13-干燥管、14-气体流量计。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例如图1所示，该实验装置的主要组成部分为：第一测氡系统1，第二测氡系统2，第一集氡空间3，第二集氡空间6，测试体5，用楔子4固定测试体5。第一测氡系统1与第一集氡空间3通过软管连通，第二测氡系统2与第二集氡空间6通过软管连通。第一测氡系统1与第二测氡系统2的结构相同，如图2所示，第一测氡系统1与第二测氡系统2均包括测氡仪11、过滤装置12、干燥管13、气体流量计14。测氡仪11、过滤装置12、干燥管13、气体流量计14和第一集氡空间3通过软管串联并形成闭合回路组成第一测氡系统1。同样地，测氡仪11、过滤装置12、干燥管13、气体流量计14和第二集氡空间6通过软管串联并形成闭合回路组成第二测氡系统2。(1)实验待测模具的制作：1)实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定多孔射气介质中氡扩散系数的方法，其特征在于，该方法使用以下装置进行测量：该装置包括测试体、第一集氡空间、第二集氡空间、第一测氡系统和第二测氡系统；所述测试体为直柱体，测试体的底面为四分之一圆环，测试体的侧面由两个相对的平面和两个相对的弧面组成，其中靠近圆心的弧面为内弧面，远离圆心的弧面为外弧面；在内弧面的内侧设有第一集氡空间，第一集氡空间用于收集从内弧面析出的氡；在外弧面的外侧设有第二集氡空间，第二集氡空间用于收集从外弧面析出的氡；第一测氡系统与第一集氡空间连通并形成闭合回路，第二测氡系统与第二集氡空间连通并形成闭合回路；该方法根据以下公式计算多孔射气介质中氡扩散系数D：

【技术特征摘要】
1.一种测定多孔射气介质中氡扩散系数的方法，其特征在于，该方法使用以下装置进行测量：该装置包括测试体、第一集氡空间、第二集氡空间、第一测氡系统和第二测氡系统；所述测试体为直柱体，测试体的底面为四分之一圆环，测试体的侧面由两个相对的平面和两个相对的弧面组成，其中靠近圆心的弧面为内弧面，远离圆心的弧面为外弧面；在内弧面的内侧设有第一集氡空间，第一集氡空间用于收集从内弧面析出的氡；在外弧面的外侧设有第二集氡空间，第二集氡空间用于收集从外弧面析出的氡；第一测氡系统与第一集氡空间连通并形成闭合回路，第二测氡系统与第二集氡空间连通并形成闭合回路；该方法根据以下公式计算多孔射气介质中氡扩散系数D：其中：I0、I1分别表示第一类0阶、1阶虚宗量Bessel函数；K0、K1分别表示第二类0阶、1阶虚宗量Bessel函数；r1表示圆环中内圆弧的半径；r2表示圆环中外圆弧的半径；J1、J2分别表示内弧面、外弧面的氡析出率；用第一测氡系统在两个时刻分别测试第一集氡空间的氡浓度C11和C12，根据以下公式计算内弧面的氡析出率J1,t1表示测试第一集氡空间的两个时刻的时间间隔，S1表示测试体内弧面的表面积，V1表示第一集氡空间所在闭合回路的总体积；用第二测氡系统在两个时刻分别测试第二集氡空间的氡浓度C21和C22，根据以下公式计算氡...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶勇军，吴文浩，李实，丁德馨，谢超，冯胜洋，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43