RAD7連續測氡儀功能介紹

1．RAD7連續測氡儀

目前在電子氡檢測儀中使用三種類型的α粒子探測器：

1.閃爍室或“Lucus傳感器”

2.離子室

3.固態α探測器

 

每一種類型相對于其他類型都有優缺點。該三種類型都可以測出低背景讀數的α粒子。DURRIDGE公司的RAD7使用固態的α探測器。固態的探測器是一種半導體材料（通常是硅），它將直接把α放射線輻射轉換成電子信號。固態設備的一個*重要的優點*是耐久性，而另一個優點*是用電子技術來檢測每一個α粒子的能量，這樣*可能檢測出哪個同位素（釙-218，釙-214等）釋放出放射性輻射，因而能區分出新氡和舊氡，氡和釷，信號和噪音了，這種技術*是所熟知的α光譜測定法，在嗅吸和采樣測量中有很大的優勢。除了RAD7，幾乎沒有什么儀器能夠做到這一點。

 

2．RAD7測氡儀取樣器

嗅吸*是對現場讀數進行快速的測量，以便使用戶對氡濃度有一個大致的概念，而不必按EPA的規定測試等待48小時。該種技術通常用來尋找建筑物中氡的進入口處。

 

RAD7的*的地方*是對釷氣進行嗅吸檢測的能力。釙-216有150毫秒的半衰期，儀器的響應是即時的。*的推延是把空氣樣品送入到采樣室所需要的時間，需要大約45秒種。

 

3．RAD7測氡儀工作水平

氡濃度是通過對氡輻射檢測實現的。用來對空氣中氡子體進行檢測的裝置，稱為“工作水平型”監測器。工作水平監測器通過一個精致的過濾器來對空氣樣本進行采集，然后對過濾器進行輻射測試。氡氣的衰變產物是金屬物質，它們會黏附在過濾器上并由工作水平監測器儀器來進行記錄。氡-222是一種惰性氣體，它可通過過濾器，所以在該裝置中是不會被記錄的。因此，工作水平監測器將檢測的是空氣中氡的子體釙-218的濃度，而不是直接的氡濃度水平。

 

另一方面，RAD7中固態探測器將檢測氡氣的濃度，而氡的子體對測量并無影響。RAD7將通過一個可除去氡子體的精致進氣口過濾器把空氣送入到采樣室進行分析，氡將在RAD7的采樣室中衰變，檢測出α射線，尤其是釙的同位素。雖然RAD7在內部對子體的輻射也進行檢測，但它只檢測氡濃度。簡單來說，RAD7固態探測器并不檢測氡子體的濃度（工作水平監測器檢測），而只檢測氡氣的濃度。

 

4．RAD7測氡儀的固態傳感器

RAD7的內部采樣單元是一個0.7升的半球狀物，里面涂有導電涂層。在半球的中心位置是一個固態型離子植入式平面硅的α探測器，在導電涂層與固態探測器之間加有2000～2500V高壓，因而在內部空間形成一個電場，該電場將把帶正電的微粒推向固態探測器上。

 

一個在傳感器內部的氡-222原子核衰變后形成帶正電的釙-218的原子核。在內部的電場作用下使黏附在探測器上。當半衰期短的釙-218在傳感器活性表面上衰變時，其α粒子有50%的可能性形成和α粒子能量成正比的一個電信號，該原子核在隨后的衰變中將形成不會被檢測出的β粒子，或有不同能量的α粒子。不同的同位素有形成α粒子的能量粒子，故在探測器中產生出不同強度的信號。

 

5．RAD7測氡儀頻譜

RAD7的頻譜，見圖圖4，即α粒子能量刻度范圍為0～10兆電子伏特（MeV），氡及其子體所產生的α粒子能量在6～9兆電子伏特（MeV）之間。

 

當氡和釷的子體在探測器的表面進行衰變時，它們將釋放出α粒子直接進入到固態探測器中。探測器將發出一個電信號，電子線路將該信號放大后，轉化成數字信號。RAD7的微處理器將捕獲該信號并按照其粒子能量大小而存放在內存中特定地址。而眾多信號的匯總便形成了一個頻譜。

 

RAD7把范圍0-10MeV的能量的頻譜劃分為200個等級，每個等級代數按0.05MeV為一個通道。當RAD7檢測到一個α粒子時，它在該200個記錄中的某個等級內增加1，這樣，RAD7將操縱、壓縮、打印并把數據存儲在長期內存中。然后把所有200通道設置回零，以便開始新的測量。

 

在頻譜上出現的不同的α發射體的組合*是一系列不同的峰值，例如，等量的釙-218和釙-214（在氡裂變物平衡時將出現）的組合將會出現成對的α峰值，其中一個峰值（釙-218）的中心位置在6.00MeV處，而另一個（釙214）則為7.69MeV。

 

7章節的頻譜b示例，*是氡和能發射α粒子的子體在平衡狀態下的特征圖。一般當氡濃度恒定時經數小時測量后即能看到這樣的頻譜。由氡-222直接釋放出的5.49MeV的α粒子將不出現在RAD7的頻譜上，因為它存在于空氣中而不是在探測器的表面上。氡-222原子是惰性的，無法被吸附到固態的探測器上，只有當其衰變成為釙-218時才帶正電，此時才會被引向探測器的表面。

 

RAD7的頻譜能顯示出氡的子體，不是氡本身。不要把RAD7的頻譜和工作水平探測儀的儀器相混淆。其α峰值的顯示可能一樣，但是RAD7真正測試的是氡氣而不是工作水平。

 

6．RAD7測氡儀視窗

RAD7將這200個通道的能譜分成8個單獨的“視窗”。例如視窗A*涵蓋了5.40-6.40MeV的能量范圍，因此視窗A包括了來自釙-218的6.00MeV的α粒子。把原始的頻譜數據轉化成氡濃度的*步是把各個視窗中的計數相加并除以探測器的“有效工作時間”或實際的數據收集時間，RAD7的微處理器將完成該任務，并以上述方式把結果存儲到內存中。用戶可以重現并打印以前測量的視窗數據信息。RAD7在把數據存儲到內存之前將把視窗E、F、G和H合起來組成視窗O，打印頻譜清晰地以點線的形式顯示出視窗A、B、C、D。

 

每個視窗的功能：

視窗A：氡氣嗅吸模式計數。該視窗計數時間共3分鐘，將釙-218衰變時能量為6.00Mev的α粒子記錄下來。

視窗B：釷氣1號視窗：計數時間為0.15秒，將釙-216衰變時能量為6.78MeVα粒子記錄下來。該視窗是介于視窗A和氡的其他子體視窗C之間，它可能會有一些來自鄰近視窗所的粒子被記錄下來。

 

視窗C：釙-214的記錄：是氡的第四代子體，能量為7.69MeV的α粒子數，它的有效半衰期接近1小時。

 

視窗D：釷氣2號視窗：釙-212衰變時，發射出能量為8.78Mevα粒子，即被它收在該視窗中，其半衰期大約為10小時。

 

視窗E：高能量視窗：通常是接近零記錄的診斷性視窗。如果在該視窗中的記錄是視窗A、B、C、D中一個較大的分數值，那么RAD7可能工作異常。

 

視窗F：低噪音記錄：一個給出前10個通道中所有記錄的診斷性視窗。在視窗F中計數速度是對RAD7系統中的一種噪聲測試。如果RAD7在高溫下進行操作，噪聲數大，那么這些記錄值將很高。

 

視窗G：中等噪音記錄：一個通道范圍在30-40內的所有記錄的診斷性視窗。即使當視窗F有很高的記錄值，通常視窗G中是幾乎沒有記錄的。

 

視窗H：高強度噪音或釙-210視窗：該視窗記錄為Pb210（鉛-210）的第三代子體釙-210α粒子能量范圍在5.31MeV。由于鉛-210（22年的半衰期）是我們所測試的氡裂變物的裂變的結果，這種同位素將通過對高濃度氡氣的持續測量或經過很多年的正常使用而在敏感的探測器表面生成，該視窗將不用于對氡濃度水平的計算，因此即使有同位素的存在，RAD7仍將正常工作，而且其背景讀數不會受到影響。

 

視窗O：“其他”視窗的綜合窗口：RAD7將對視窗E、F、G和H分組后再綜合成視窗O。

 

視窗O將捕獲所有未進入到視窗A、B、C和D的α粒子，如果視窗O總是超過總計數的30%，應該對頻譜打印進行檢查，看是否有異常現象。

 

7．RAD7測氡儀同位素平衡

一臺*清潔，沒有氡或氡子體的RAD7測試儀，其探測器能檢測到什么？幾乎沒有。由于儀器部件材料不可避免受污染，每小時將有少于一個α粒子的記錄。這是儀器固有的背景讀數，可以忽略不計。因為固有背景將測試值增加0.01皮居里/升，遠遠低于室外空氣中氡的濃度（通常為0.10到1.00皮居里/升）。

 

現在把一些氡引入到RAD7中，用戶看到了什么？*初時，可能什么也沒有，但是幾分鐘過后，用戶可以看到視窗A中開始有記錄了，RAD7將對每次的計數發出輕快的唧唧聲，那是采樣室中氡-222衰變成釙-218而發出的聲音。

 

對于*初的5分鐘左右的時間，計數值增加速度較快，然后開始接近一個穩定的水平。經過10分鐘后，氡-222的衰變速度及其子體，釙-218的形成已經達到平衡。

平衡狀態是在其衰變產物的活動穩定時，既不上升也不下降。處于這個點的位置時，幾乎所有的α粒子被記錄在計數視窗A中，在打印出的頻譜上可看到一個的峰值。

 

但是其總的計數速度仍在繼續緩慢上升。此時，可看到在視窗C中出現計數值。剛開始時只有少數，但在其后的一兩個小時時間中將會越來越大。經過3小時或更長時間后，當其子體達到動態平衡時。在打印出的頻譜上將出現特征雙峰：視窗A中的釙-218和視窗C中的釙-214，其峰值幾乎相同。

 

現在給RAD7通入新鮮，不含氡的空氣，在視窗A中的計數速度將立即開始下降，*如用戶*次通入氡氣開始上升的速度一樣快。由于RAD7內部沒有氡存在時，也*沒有了釙-218的源頭。釙-218特征半衰期為3.05分鐘。

 

3.05分鐘后，在視窗A中的計數速率為原先的一半；6.10分鐘后，其計數速率再減半，即為*初的四分之一。經過10分鐘后，在視窗A不再計數了，但是對于視窗C卻不是這種情況，在視窗C中仍顯示這一個單獨的峰值。

 

視窗C中的峰值要經過較長時間才會消失，半個小時過后，在視窗C中的記錄速度還沒有減半，釙-214可能只有很短的半衰期，但是其母體元素鉛-214和鉍-214不是這樣。鉛-214的半衰期為26.8分鐘，鉍-214的為19.8分鐘。

 

當用戶完全去除氡的時候，在視窗C中的計數要完全停止前也許需要3小時或更長時間。由于它代表的是數小時前存在于RAD7中的氡，因此我們把視窗C稱做為“舊氡”視窗。

 

在視窗B和D中的時間效應是相同的，但有顯著區別。RAD7對釙-216的響應無延遲，因此在視窗B中的計數速率和測試室中的釷氣測量平衡。與之相反，釙-212的衰變有10小時的半衰期，因此視窗D需要幾天時間才能達到平衡狀態，因此在對釷氣進行嗅吸時，視窗D不會做記錄。

 

8．RAD7測氡儀模式：Sniff和Auto (嗅吸和自動)

如無法從“新”氡中分辨出“舊”氡的衰變物將使測量變得比較困難。目前，很多的氡檢測儀都無法解決該問題，RAD7可做到這一點。只要把RAD7設置成Sniff模式。

 

Sniff模式意味著RAD7將只記錄在視窗A中而不計視窗C的氡濃度。此時儀器是即時測量。在Sniff模式下，可對采樣室進行凈化處理，在10分鐘內，可使用較合理的精度來對低濃度氡進行檢測。用戶也可以在數分鐘內從一個點移動到另一個點尋找氡氣入口處。對于在一個地方數小時的連續監測，可選擇Normal模式，該模式意味著RAD7將同時使用在視窗A和C中的氡濃度峰值來計算其濃度。在兩倍的計數速率下，可有效提高測量的精度。在室內環境中，氡濃度很少出現大的波動，故不需要使用Sniff模式作持續監測。

 

用戶*好選用Auto模式，這樣，RAD7開始將以Sniff模式來進行測量，然后經過3個小時后，將自動地轉換成Normal模式。*初幾個周期中給出的無偶讀數，既無殘留在檢測器上的舊氡子體，亦無在C視窗中緩慢形成的氡及其子體的平衡濃度值。所給出讀數精度較高，得益于每周期中所進行的兩倍計數速率測量。

 

對于實時監測，用戶*好總是把模式設置為AUTO。RAD7快速跟蹤氡衰變速度，并不受先測試的干擾。*終測出的平均值更為*和可靠。

 

9．RAD7測氡儀背景讀數，干擾和污染

“Background”（背景讀數）指的是即使在沒有氡氣的情況下，所出現的噪聲計數。背景讀數將根據儀器的特性、元器件、環境中的其他形式的輻射或儀器受污染而變化。

 

RAD7比其他氡檢測儀受背景讀數的影響要小得多，但仍應注意RAD7中的背景讀數來減少誤差。RAD7的背景讀數變化來自以下原因。

 

9.1短暫存在的氡和釷的衰變物

這是造成RAD7背景讀數的重要因素。氡和釷的衰變物即使在氡氣和釷氣從儀器中清除去后，在一段時間內仍會在RAD7中的固態探測器產生α的記錄。這些逗留的衰變物如圖在采集高濃度氡后，立即測試低濃度氡樣品時，會對測量結果引起不小的干擾。

 

大多數氡檢測儀都需要在測試另一樣品前等這些裂變物都衰變完（約3小時）才能進行。而RAD7可在Sniff模式下在幾分鐘內直接從高濃度場合進入到低濃度場合進行測試，由于RAD7能根據α能量的不同區分出不同子體發射的α粒子。其結果僅受到3.05分鐘半衰期影響，因此，在扣除的10分鐘計數后，其背景讀數將下降不到10%，同時可對新樣品開始測量。

 

釷的子體比氡的子體要難處理，一種釷子體鉛-212有10.6小時的半衰期，因此，對于其他的氡檢測儀，如果其中有大量這種子體存在，該儀器需要等上一兩天才可以使用。而RAD7能以α的能量來區分其裂變物能力總能使之能夠持續工作。

 

9.2可吸附的氡氣

氡原子可以吸附在RAD7的內部表面的管道內部或干燥劑的微粒上。這些氡在對儀器進行凈化后仍會留下來，然后從表面逸出而進入到采樣單元中，因為只有很少量被吸附，這種影響通常可以忽略不計。但是如果在很高的氡濃度下（超過1000皮居里/升），即使是很小的量也會變得十分的重要，在對儀器進行凈化后，用戶仍將可以看到一些殘留的氡。解決方法是每過幾小時進行10分鐘的凈化直到其計數速率降下來，即使在*糟糕的情況下，氡全部半衰期時間需3.82天，*終仍能再次使用儀器。

 

9.3固有背景讀數

RAD7構件的材料不能受較低濃度的α粒子的污染，故即使在沒有氡存在時，仍可能看到兩小時一次的計數（0.009cpm），這個計數速率，相當于0.02皮居里/升，在進行氡常規檢測時可以忽略。但是對于很低的室外氡濃度，或者是十分干凈的房間中進行測量時，這個背景讀數*可能顯得很重要了。通過RAD7進行長期監測，仍可以對上述環境進行測量。考慮到因為背景讀數對低濃度讀數進行修正，即將檢測到數據扣除0.02Pci/L即可。

 

9.4長期氡子體

在較高氡濃度下使用多年后，RAD7探測器將有鉛-210的沉積，它是一種有22年衰變期的同位素，盡管鉛-210本身是β射線，它其中的一種子體能產生出5.3MeV的α粒子的釙-210，RAD7將根據其能量來區分這種同位素，并把其從計算值中去除。即使經過數年的正常使用，鉛-210的形成也不會影響到RAD7的背景讀數。

 

9.5氡,釷氣和固體物質的污染

如果氡或釷產出的固體物質，如鐳-226或釷-228將堵塞進氣口軟管或過濾器，他們所釋放出的氡氣或釷氣會通過過濾器進入到儀器內部。某些粉末狀的土壤可能含有很多這種同位素而導致這種現象的發生，如果懷疑有此種污染情況的發生，請與DURRIDGE公司取得聯系。

 

9.6其他α粒子輻射

只要用戶對進入的空氣進行過濾，儀器*不會被其他α放射物污染，也*是說，進氣口過濾器會阻擋住所有的固體物質的進入，除了氡和釷以外自然生成的α粒子氣體氡-219，或“錒射氣”。其半衰期很短（少于4秒種），為自然生成的鐳-235的產物，但是由于鐳-235比鐳-238（是氡-222的前身）的量要少的多。

 

9.7 β和γ放射物

RAD7的固態α粒子探測器對β和γ輻射是不靈敏的，因此不會有來自β和γ輻射場的干擾。高強度的β和γ輻射*有可能影響探測器漏電流和α峰值寬度的增加。一般環境下不會對RAD7產生影響。

 

10．RAD7測氡儀Precision&Accuracy (高精密及高正確性)

“高精密”定義為與可靠性，一致性和重復性有關的描述器測量性能的概念。“誤差”定義為與測量標準符合誤差的一個概念。一臺誤差小的儀器，其測量一定是精度高的，但是一臺精度高的儀器卻不一定誤差*少。只要遵循程序操作，計數統計處理將決定RAD7的*度。環境因素常規模式的操作不形成大的影響。除了*度外，為保證RAD7誤差小的主要因素。

 

DURRIDGE公司用“原版標準”儀器對所有的儀器相對于原版儀器進行校驗，校驗氣誤差為±2。而原版標準儀器則用美國環保局和美國能量部校驗氣的內部比較進行了校驗。我們估計該原版儀器校驗，誤差在±4%以內。因此估計RAD7的總校驗精度在±5%左右。我們正期望著在校驗標準和溯源性上有新的發展，可以提高校驗的精度。

 

下面的表格按計數統計的分布時RAD7的精密性作一小結，計數統計依賴于靈敏度和背景計數速率為據。RAD7“固定”的背景計數速率十分緩慢，因此誤差方面來說，對表中對被測的氡濃度可忽略不計。環境和其他因素對誤差的影響為±2%左右。RAD7不確定度的報告是單獨以計數統計的精度來估計的，如表所示它是一個2位統計字符的值：