活性炭高靈敏度氡檢測(cè)器
活性炭高靈敏度氡檢測(cè)器
氡是一種放射性惰性氣體，如果在空氣中濃度過(guò)高會(huì)引起嚴(yán)重危害。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氡的高靈敏度的一種方法是將氡吸附在活性炭上，并測(cè)量來(lái)活性炭上吸附的氡及其后續(xù)的輻射。本次研究的是一種新型的氣體傳感器帶有活性炭吸附劑的氡檢測(cè)器/監(jiān)測(cè)器。
活性炭氡檢測(cè)器的設(shè)計(jì)理念
帶溫度補(bǔ)償?shù)幕钚蕴刻綔y(cè)器模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。內(nèi)部傳感器使用活性炭吸附器和固體核徑跡探測(cè)器(SSNTD)。在本實(shí)驗(yàn)中，使用了三種活性炭制成的纖維。活性炭用作氡收集器/散熱器，而SSNTD則檢測(cè)輻射量。補(bǔ)償模塊的壁由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯箔制成。根據(jù)造型選擇箔的厚度和表面積，以達(dá)到合適的溫度補(bǔ)償。。當(dāng)探測(cè)器在探測(cè)器模塊外時(shí)，校準(zhǔn)系數(shù)為CF0。然而，當(dāng)探測(cè)器放置在其校準(zhǔn)因子內(nèi)時(shí)，平衡時(shí)將為CF?=CF0.ρ，其中ρ是“穿透率”，即模塊體積內(nèi)空氣中的平衡時(shí)氡濃度與濃度的比值在它周圍的空氣中。CF0與吸附容量k成正比并且遵循與k相同的溫度趨勢(shì)，而CF與kρ成正比。正如在其他地方所指出的，穿透體積中壁的部分ρ隨著溫度的升高而增加，因此溫度的趨勢(shì)與k的趨勢(shì)相反。選擇氣體擴(kuò)散通過(guò)的壁材、厚度、壁表面積和“補(bǔ)償模塊”的體積，以使kρ的溫度變化在應(yīng)用的溫度區(qū)間內(nèi)盡可能小。
圖1：本實(shí)驗(yàn)中使用的帶有活性炭檢測(cè)器和SSNTD的補(bǔ)償模塊方案。
檢測(cè)器的檢驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)是在3個(gè)不同的溫度下進(jìn)行的(在±0.5℃內(nèi)保持恒定)：5℃、21℃和35℃，使用其他地方描述的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。分別在三種不同的Rn濃度下進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試期間的活動(dòng)濃度為由氡氣監(jiān)測(cè)儀提供。將一對(duì)包裝在模塊中的檢測(cè)器和一個(gè)未包裝的檢測(cè)器與每種使用的活性炭裝入暴露室中。另一組相同對(duì)的條件下被留在室外低氡水平但與室中的溫度相同。暴露后，所有暴露組都放置一周以在低氡水平(20Bqm-3)在與暴露相同的溫度下。向外凝視后，拆除傳感器，取下探測(cè)器并在10%NaOH下在60.0±0.1℃下蝕刻100分鐘。蝕刻后，它們?cè)跊_洗水中清洗30分鐘，然后在50%乙醇中放置2分鐘。之后將它們晾干，并通過(guò)顯微鏡目測(cè)計(jì)數(shù)軌道以獲得軌道密度。“探測(cè)器的軌道密度，這是由于探測(cè)器背景和探測(cè)器儲(chǔ)存放氣期間的低氡暴露，從暴露探測(cè)器的軌道密度中減去以獲得凈軌道密度。
活性炭檢測(cè)器的效果
對(duì)于實(shí)驗(yàn)，使用三種活性炭的織物為探測(cè)器設(shè)計(jì)了單獨(dú)的模塊。對(duì)于前兩種活性炭，模塊是HDPE，對(duì)于第三種活性炭，模塊是LDPE。單獨(dú)設(shè)計(jì)遵循上述方法，考慮到每種活性炭織物的確切單獨(dú)質(zhì)量。在所有設(shè)計(jì)中，不同溫度下的k(T)值根據(jù)方程式計(jì)算?；钚蕴康慕Y(jié)果如圖2所示。5℃時(shí)的CF0比35℃時(shí)的CF0高305%。相比之下，對(duì)于放置在補(bǔ)償模塊中的傳感器，CF的變化在17%以內(nèi)(最大值/最小值=1.17)。值得注意的是，在模塊內(nèi)部不同溫度下暴露的傳感器的CF之間的配差異在95%的顯著性水平上沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。發(fā)現(xiàn)所描述的帶有補(bǔ)償模塊的探測(cè)器的CF明顯高于其他常用的無(wú)源氡探測(cè)器。
圖2：吸附器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果暴露在9μm厚的HDPE箔模塊的外部(CF0)和內(nèi)部(CF)模塊。
查看活性炭的檢測(cè)器的結(jié)果(圖2)可以看出，相同溫度下的CF0在活性炭之間存在差異。這意味著不同活性炭的吸附能力存在一些差異。在所有模塊設(shè)計(jì)中，假設(shè)21℃下的吸附容量值為4m3/kg-1。然而，由于我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同活性炭材料的k可能存在差異。不同k值的結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯瑢?duì)于區(qū)間2-6m3/kg-1內(nèi)的所有k值，η的變化(例如最大/最小比率)與溫度的變化遠(yuǎn)小于未包裝傳感器觀察到的230-305%的變化。
圖3：對(duì)于不同的k值，模塊的η=?kρ的溫度依賴性。
本次提出了一種基于活性炭的具有溫度影響補(bǔ)償?shù)男滦透哽`敏度無(wú)源氡探測(cè)器。目前研究的探測(cè)器由活性炭+SSNTD制成。檢測(cè)器放置在補(bǔ)償模塊中，它顯著降低了溫度對(duì)所用吸附劑的吸附能力的影響。建模顯示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)這種設(shè)計(jì)，CF在5-35℃范圍內(nèi)的溫度變化可能從230-305%降低到6-17%。并且這種活性炭氡檢測(cè)器可以制成扁平的、非常緊湊和靈活的。它們顯示出比其他傳統(tǒng)氡檢測(cè)器更高的CF，靈敏度提高了7-9倍。
本文作者：董帝豪
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