α能(neng)譜(pu)測氡儀測量原理(li)及(ji)其(qi)影(ying)響(xiang)因素(su)

根據(ju)放射(she)性動(dong)態平衡原(yuan)理，當(dang)達(da)到放射性(xing)動(dong)態平衡時(shi)，可由(you)式5-1表示(shi)。

式5-1中，λ_a，λ_b分別為(wei)母(mu)體(ti)核素(su)和子(zi)體核素(su)的衰變(bian)常(chang)數(shu)，N_a、N_b分(fen)別為(wei)母(mu)體(ti)核素(su)和子(zi)體核素(su)的原子(zi)核數(shu)量(liang)，則λ_aN_a、λ_bN_b母體核素(su)和子(zi)體核素(su)發(fa)生(sheng)α衰變(bian)產生(sheng)的α粒(li)子(zi)數(shu)。

由(you)於在(zai)放(fang)射(she)性動(dong)態平衡狀(zhuang)態下，由(you)式1可知(zhi)，母體核素(su)的活(huo)度(du)與子(zi)體核素(su)的活(huo)度(du)相(xiang)等(deng)，因(yin)此(ci)，通過測量子(zi)體核素(su)的活(huo)度(du)來(lai)獲(huo)得(de)對(dui)母體(ti)核素(su)的活(huo)度(du)的(de)測量。

由(you)放射(she)性動態平衡理(li)論結(jie)合由(you)表5-1和表5-2所示的半(ban)衰期(qi)可知(zhi)，²²²Rn和²¹⁸Po理(li)論(lun)上30.5分鐘(zhong)即(ji)可達(da)到放射性(xing)動(dong)態平衡。²²⁰Rn和²¹⁶Po幾秒(miao)鐘內即可達(da)到平衡。²²²Rn和²¹⁴Po約4個(ge)小(xiao)時能(neng)達(da)到平衡，²²⁰Rn和²¹²Po約4天(tian)能(neng)達(da)到平衡。

由(you)天(tian)然(ran)放射(she)性(xing)核素(su)α射線(xian)能譜(pu)特性可知(zhi)，理論上通過測量²²²Rn和²²⁰Rn的(de)α能(neng)譜來直接(jie)實(shi)現(xian)對(dui)²²²Rn和²²⁰Rn活(huo)度(du)的(de)測量。

由(you)於α能(neng)譜測量特點決定了在(zai)常(chang)溫(wen)常壓(ya)下(xia)必須對(dui)被吸(xi)附(fu)到半導體(ti)探(tan)測器表面(mian)α輻射體(ti)發(fa)生(sheng)α衰變(bian)產生(sheng)的α粒(li)子(zi)進行(xing)探(tan)測。但通過分析²²²Rn和²²⁰Rn的(de)電(dian)學特性(xing)及物理特性可知(zhi)，由(you)於其(qi)是不(bu)帶電(dian)的(de)惰性(xing)氣體，其(qi)吸附(fu)力(li)很弱，因此(ci)很難(nan)滿(man)足(zu)對(dui)其進(jin)行(xing)α能譜測量的要求。因此(ci)，半導(dao)體(ti)探(tan)測器對(dui)²²²Rn和²²⁰Rn的(de)探(tan)測效(xiao)率是非常(chang)低的(de)。

在(zai)鈾(you)系中²¹⁸Po，²¹⁴Po，在(zai)釷系中²¹⁶Po，²¹²Po均(jun)具(ju)有能量特(te)征(zheng)性(xing)和******性，且均(jun)為(wei)短壽(shou)核素(su)。在(zai)²²²Rn和²²⁰Rn及(ji)其(qi)子(zi)體發(fa)生(sheng)α衰變(bian)時(shi)，α粒子(zi)為(wei)帶(dai)正(zheng)電(dian)重(zhong)核粒子(zi)，由(you)於其(qi)反沖(chong)作用會激(ji)發(fa)出(chu)原(yuan)子(zi)核的外(wai)層電(dian)子(zi)，使其帶(dai)正(zheng)電(dian)。根據(ju)這壹(yi)特(te)性，因此(ci)²¹⁸Po、²¹⁴Po、²¹⁶Po及²¹²Po理(li)論(lun)上會帶(dai)正(zheng)電(dian)（小(xiao)部(bu)分(fen)核素(su)會被(bei)環境中的(de)負離子(zi)中和而不(bu)帶電(dian)），其(qi)具(ju)有(you)較強的範(fan)德(de)華(hua)力(li)，容(rong)易吸(xi)附(fu)到物體表面。

圖(tu)5-1 電(dian)場(chang)結(jie)構

根據(ju)電(dian)學特性(xing)，通過靜(jing)電(dian)場(chang)，增加(jia)其(qi)吸(xi)附(fu)到半導體(ti)探(tan)測器表面(mian)的(de)能(neng)力(li)，從而提(ti)高測量靈敏度。壹(yi)種常用(yong)的(de)電(dian)場(chang)結(jie)構如(ru)圖(tu)5-1所示，在(zai)圖(tu)5-1中，氡(dong)高壓(ya)靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)加正(zheng)高(gao)壓(ya)，探(tan)測器表面(mian)為(wei)地(di)電(dian)平(ping)。理(li)論(lun)上，氡高(gao)壓(ya)靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)內部的電(dian)場(chang)會指(zhi)向探(tan)測器表面(mian)。

靜(jing)電(dian)吸(xi)附(fu)α能(neng)譜測量因素(su)

在(zai)室(shi)內氡汙染檢(jian)測領(ling)域(yu)，壹(yi)般用平(ping)衡當(dang)量氡(dong)濃(nong)度(du)（Equivalence Equilibrium Concentration）和平衡因(yin)子(zi)來表(biao)示(shi)。平(ping)衡當(dang)量氡(dong)濃(nong)度(du)指(zhi)的是氡(dong)與其(qi)短壽(shou)命衰變(bian)產物處(chu)於(yu)平(ping)衡狀(zhuang)態，並具(ju)有與實(shi)際非平(ping)衡混(hun)合物相(xiang)同的α潛(qian)能(neng)濃度(du)時氡(dong)的活(huo)度(du)濃(nong)度(du)，常(chang)用單(dan)位(wei)為(wei)Bq/m³(貝可/立方(fang)米(mi))。氡(dong)濃度值(zhi)與平(ping)衡因(yin)子(zi)的乘(cheng)積(ji)等(deng)於(yu)平(ping)衡當(dang)量氡(dong)濃(nong)度(du)值。

由(you)放射(she)性動態平衡理(li)論結(jie)合氡濃度的定義(yi)，氡濃度(du)理論(lun)上可根據(ju)（式5-2）得出(chu)。

            （式5-2）

式1中，N為(wei)²¹⁸Po發(fa)生(sheng)α衰變(bian)產生(sheng)的被(bei)探(tan)測到的α粒子(zi)，Rn為(wei)氡(dong)濃(nong)度(du)，v為(wei)氡(dong)高(gao)壓(ya)靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)容(rong)積，t為(wei)測量時間(jian)，η為(wei)金矽面探(tan)測器的固(gu)有(you)探(tan)測效(xiao)率，壹(yi)般小於(yu)50%，δ為(wei)氡(dong)子(zi)體的(de)收(shou)集效(xiao)率，它主要為(wei)氡(dong)高(gao)壓(ya)靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)容(rong)積v、氡(dong)高(gao)壓靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)內部的溫度T，濕度(du)h，探(tan)測器面積(ji)S，氡(dong)高(gao)壓(ya)靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)內部的電(dian)場(chang)分(fen)布(bu)的(de)壹(yi)個(ge)相(xiang)關函數(shu)，由(you)式5-3所示(shi)：

         （式5-3）

由(you)於實(shi)際測量過程中，很(hen)難獲(huo)得(de)探(tan)測器探(tan)測效(xiao)率η和氡子(zi)體收(shou)集效(xiao)率δ的(de)確(que)定值，因此(ci)難以(yi)通(tong)過直接(jie)測量α粒子(zi)數(shu)的(de)方(fang)式用理(li)論去計(ji)算氡濃(nong)度，只有通(tong)過標準(zhun)氡(dong)室刻(ke)度(du)獲(huo)得(de)。

氡(dong)子(zi)體主要以兩(liang)種形式存在(zai)：壹(yi)是以(yi)未(wei)結(jie)合的離子(zi)態或(huo)離子(zi)團形(xing)式存在(zai)，二(er)是以(yi)放射(she)性(xing)氣溶(rong)膠(jiao)形式存在(zai)，兩(liang)者(zhe)都帶正電(dian)荷(he)，它們(men)存在(zai)比例(li)會因(yin)空(kong)氣的(de)氣溶(rong)膠(jiao)顆粒的(de)多少(shao)有(you)所(suo)差(cha)別(bie)。

根據(ju)α能譜(pu)測氡原理(li)的(de)論(lun)述(shu)，采(cai)用α能(neng)譜(pu)方(fang)法(fa)來測量室內空(kong)氣氡(dong)濃度(du)時，實(shi)際上是通(tong)過收(shou)集氡子(zi)體到探(tan)測器表面(mian)發(fa)生(sheng)α衰變(bian)產生(sheng)的α粒(li)子(zi)來間(jian)接(jie)測量的。由(you)式1可知(zhi)，氡子(zi)體的(de)收(shou)集效(xiao)率直接(jie)影(ying)響(xiang)氡濃(nong)度的測量。對(dui)壹(yi)個(ge)固有的(de)儀器系統(tong)來(lai)說，氡高(gao)壓靜(jing)電(dian)收(shou)集腔體(ti)容(rong)積是不(bu)變的(de)。由(you)式2可知(zhi)，則影(ying)響(xiang)氡濃(nong)度測量的主要因素(su)為(wei)溫(wen)度(du)和濕度(du)。

氡(dong)衰變(bian)產生(sheng)壹(yi)系(xi)列非氣(qi)態放射(she)性核素(su)由(you)於擴散或(huo)靜(jing)電(dian)吸(xi)附(fu)作用，被(bei)大(da)氣(qi)中的(de)微粒(li)（粉(fen)塵、蒸(zheng)汽等(deng)）捕(bu)集而形(xing)成放(fang)射(she)性(xing)氣(qi)溶(rong)膠(jiao)。濕度(du)影(ying)響(xiang)著(zhe)氣溶(rong)膠(jiao)的密(mi)度，濕度(du)越大(da)，氣(qi)溶(rong)膠(jiao)的密(mi)度也(ye)越(yue)大(da)，因(yin)此(ci)更容(rong)易形(xing)成放射(she)性(xing)氣(qi)溶(rong)膠(jiao)。

資(zi)料(liao)表明(ming)，由(you)於濕度(du)增大(da)，大(da)量(liang)的(de)水(shui)分子(zi)在(zai)氡(dong)子(zi)體粒(li)子(zi)周圍(wei)密集形成(cheng)包殼，相(xiang)當降低(di)了(le)子(zi)體粒(li)子(zi)所帶(dai)的(de)正(zheng)電(dian)荷(he)，使得降(jiang)低(di)了作為(wei)負(fu)電(dian)極的(de)探(tan)測器對(dui)其的(de)吸附(fu)能(neng)力(li)，從而影(ying)響(xiang)收(shou)集效(xiao)率繼(ji)而引(yin)起測量誤(wu)差(cha)。

濕度(du)還有壹(yi)種可能(neng)性會影(ying)響(xiang)探(tan)測效(xiao)率，也(ye)即為(wei)濕度(du)對(dui)氡子(zi)體在(zai)電(dian)場(chang)力(li)作用下(xia)遷(qian)移(yi)能力(li)的影(ying)響(xiang)。在(zai)斯托(tuo)克(ke)斯阻(zu)力(li)範圍(wei)內，粒子(zi)在(zai)電(dian)場(chang)中的(de)運動速度可表(biao)示為(wei)式5-4的關系式：

         （式5-4）

其中Ve為(wei)粒(li)子(zi)在(zai)電(dian)場(chang)力(li)中的(de)運動速度，η為(wei)空(kong)氣粘度(du)，d為(wei)粒(li)子(zi)直徑(jing)，Cc為(wei)坎(kan)寧(ning)安修正系(xi)數(shu)，E為(wei)電(dian)場(chang)強度。當(dang)濕度(du)變大(da)時(shi)，氣(qi)體粘度(du)變大(da)，因(yin)此(ci)粒子(zi)運動速度變慢(man)。同(tong)時，以氣溶(rong)膠(jiao)形式存在(zai)的(de)氡(dong)子(zi)體直徑(jing)比以(yi)離子(zi)態存在(zai)的(de)氡(dong)子(zi)體粒(li)子(zi)直徑(jing)大(da)，因(yin)此(ci)以氣(qi)溶(rong)膠(jiao)方(fang)式存在(zai)的(de)氡(dong)子(zi)體比以(yi)離子(zi)態方(fang)式存在(zai)的(de)氡(dong)子(zi)體運動速度慢。由(you)於外(wai)加(jia)電(dian)場(chang)E是壹(yi)定的，因此(ci)在(zai)單(dan)位(wei)時間(jian)內被吸附(fu)到探(tan)測器表面(mian)的(de)氡(dong)子(zi)體數(shu)是有(you)所差(cha)別(bie)的(de)，從而影(ying)響(xiang)氡子(zi)體的(de)收(shou)集效(xiao)率。

溫(wen)度主要影(ying)響(xiang)粒子(zi)的擴散系數(shu)，根據(ju)愛因(yin)斯坦的推導(dao)，擴散系數(shu)與溫(wen)度(du)成正比。當(dang)溫(wen)度高(gao)時，粒子(zi)的運動能力(li)增強，因此(ci)形成(cheng)氣(qi)溶(rong)膠(jiao)的概(gai)率增加(jia)，從而影(ying)響(xiang)氡子(zi)體的(de)收(shou)集效(xiao)率。

為(wei)了(le)進(jin)壹(yi)步(bu)降低(di)溫濕度(du)對(dui)測量結(jie)果(guo)的影(ying)響(xiang)，本儀(yi)器采用標準(zhun)氡(dong)室在(zai)不(bu)同溫(wen)濕度(du)條(tiao)件(jian)下(xia)對(dui)儀器(qi)系統(tong)進(jin)行(xing)刻(ke)度(du)，並對(dui)溫濕度(du)影(ying)響(xiang)進行(xing)擬(ni)合。