RAD7连续测氡仪功能介绍

1．RAD7连续测氡仪

目前在电子氡检测仪中使用三种类型的α粒子探测器：

1.闪烁室或“Lucus传感器”

2.离子室

3.固态α探测器

 

每一种类型相对于其他类型都有优缺点。该三种类型都可以测出低背景读数的α粒子。DURRIDGE公司的RAD7使用固态的α探测器。固态的探测器是一种半导体材料（通常是硅），它将直接把α放射线辐射转换成电子信号。固态设备的一个*重要的优点*是耐久性，而另一个优点*是用电子技术来检测每一个α粒子的能量，这样*可能检测出哪个同位素（钋-218，钋-214等）释放出放射性辐射，因而能区分出新氡和旧氡，氡和钍，信号和噪音了，这种技术*是所熟知的α光谱测定法，在嗅吸和采样测量中有很大的优势。除了RAD7，几乎没有什么仪器能够做到这一点。

 

2．RAD7测氡仪取样器

嗅吸*是对现场读数进行快速的测量，以便使用户对氡浓度有一个大致的概念，而不必按EPA的规定测试等待48小时。该种技术通常用来寻找建筑物中氡的进入口处。

 

RAD7的*的地方*是对钍气进行嗅吸检测的能力。钋-216有150毫秒的半衰期，仪器的响应是即时的。*的推延是把空气样品送入到采样室所需要的时间，需要大约45秒种。

 

3．RAD7测氡仪工作水平

氡浓度是通过对氡辐射检测实现的。用来对空气中氡子体进行检测的装置，称为“工作水平型”监测器。工作水平监测器通过一个精致的过滤器来对空气样本进行采集，然后对过滤器进行辐射测试。氡气的衰变产物是金属物质，它们会黏附在过滤器上并由工作水平监测器仪器来进行记录。氡-222是一种惰性气体，它可通过过滤器，所以在该装置中是不会被记录的。因此，工作水平监测器将检测的是空气中氡的子体钋-218的浓度，而不是直接的氡浓度水平。

 

另一方面，RAD7中固态探测器将检测氡气的浓度，而氡的子体对测量并无影响。RAD7将通过一个可除去氡子体的精致进气口过滤器把空气送入到采样室进行分析，氡将在RAD7的采样室中衰变，检测出α射线，尤其是钋的同位素。虽然RAD7在内部对子体的辐射也进行检测，但它只检测氡浓度。简单来说，RAD7固态探测器并不检测氡子体的浓度（工作水平监测器检测），而只检测氡气的浓度。

 

4．RAD7测氡仪的固态传感器

RAD7的内部采样单元是一个0.7升的半球状物，里面涂有导电涂层。在半球的中心位置是一个固态型离子植入式平面硅的α探测器，在导电涂层与固态探测器之间加有2000～2500V高压，因而在内部空间形成一个电场，该电场将把带正电的微粒推向固态探测器上。

 

一个在传感器内部的氡-222原子核衰变后形成带正电的钋-218的原子核。在内部的电场作用下使黏附在探测器上。当半衰期短的钋-218在传感器活性表面上衰变时，其α粒子有50%的可能性形成和α粒子能量成正比的一个电信号，该原子核在随后的衰变中将形成不会被检测出的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，故在探测器中产生出不同强度的信号。

 

5．RAD7测氡仪频谱

RAD7的频谱，见图图4，即α粒子能量刻度范围为0～10兆电子伏特（MeV），氡及其子体所产生的α粒子能量在6～9兆电子伏特（MeV）之间。

 

当氡和钍的子体在探测器的表面进行衰变时，它们将释放出α粒子直接进入到固态探测器中。探测器将发出一个电信号，电子线路将该信号放大后，转化成数字信号。RAD7的微处理器将捕获该信号并按照其粒子能量大小而存放在内存中特定地址。而众多信号的汇总便形成了一个频谱。

 

RAD7把范围0-10MeV的能量的频谱划分为200个等级，每个等级代数按0.05MeV为一个通道。当RAD7检测到一个α粒子时，它在该200个记录中的某个等级内增加1，这样，RAD7将操纵、压缩、打印并把数据存储在长期内存中。然后把所有200通道设置回零，以便开始新的测量。

 

在频谱上出现的不同的α发射体的组合*是一系列不同的峰值，例如，等量的钋-218和钋-214（在氡裂变物平衡时将出现）的组合将会出现成对的α峰值，其中一个峰值（钋-218）的中心位置在6.00MeV处，而另一个（钋214）则为7.69MeV。

 

7章节的频谱b示例，*是氡和能发射α粒子的子体在平衡状态下的特征图。一般当氡浓度恒定时经数小时测量后即能看到这样的频谱。由氡-222直接释放出的5.49MeV的α粒子将不出现在RAD7的频谱上，因为它存在于空气中而不是在探测器的表面上。氡-222原子是惰性的，无法被吸附到固态的探测器上，只有当其衰变成为钋-218时才带正电，此时才会被引向探测器的表面。

 

RAD7的频谱能显示出氡的子体，不是氡本身。不要把RAD7的频谱和工作水平探测仪的仪器相混淆。其α峰值的显示可能一样，但是RAD7真正测试的是氡气而不是工作水平。

 

6．RAD7测氡仪视窗

RAD7将这200个通道的能谱分成8个单独的“视窗”。例如视窗A*涵盖了5.40-6.40MeV的能量范围，因此视窗A包括了来自钋-218的6.00MeV的α粒子。把原始的频谱数据转化成氡浓度的*步是把各个视窗中的计数相加并除以探测器的“有效工作时间”或实际的数据收集时间，RAD7的微处理器将完成该任务，并以上述方式把结果存储到内存中。用户可以重现并打印以前测量的视窗数据信息。RAD7在把数据存储到内存之前将把视窗E、F、G和H合起来组成视窗O，打印频谱清晰地以点线的形式显示出视窗A、B、C、D。

 

每个视窗的功能：

视窗A：氡气嗅吸模式计数。该视窗计数时间共3分钟，将钋-218衰变时能量为6.00Mev的α粒子记录下来。

视窗B：钍气1号视窗：计数时间为0.15秒，将钋-216衰变时能量为6.78MeVα粒子记录下来。该视窗是介于视窗A和氡的其他子体视窗C之间，它可能会有一些来自邻近视窗所的粒子被记录下来。

 

视窗C：钋-214的记录：是氡的第四代子体，能量为7.69MeV的α粒子数，它的有效半衰期接近1小时。

 

视窗D：钍气2号视窗：钋-212衰变时，发射出能量为8.78Mevα粒子，即被它收在该视窗中，其半衰期大约为10小时。

 

视窗E：高能量视窗：通常是接近零记录的诊断性视窗。如果在该视窗中的记录是视窗A、B、C、D中一个较大的分数值，那么RAD7可能工作异常。

 

视窗F：低噪音记录：一个给出前10个通道中所有记录的诊断性视窗。在视窗F中计数速度是对RAD7系统中的一种噪声测试。如果RAD7在高温下进行操作，噪声数大，那么这些记录值将很高。

 

视窗G：中等噪音记录：一个通道范围在30-40内的所有记录的诊断性视窗。即使当视窗F有很高的记录值，通常视窗G中是几乎没有记录的。

 

视窗H：高强度噪音或钋-210视窗：该视窗记录为Pb210（铅-210）的第三代子体钋-210α粒子能量范围在5.31MeV。由于铅-210（22年的半衰期）是我们所测试的氡裂变物的裂变的结果，这种同位素将通过对高浓度氡气的持续测量或经过很多年的正常使用而在敏感的探测器表面生成，该视窗将不用于对氡浓度水平的计算，因此即使有同位素的存在，RAD7仍将正常工作，而且其背景读数不会受到影响。

 

视窗O：“其他”视窗的综合窗口：RAD7将对视窗E、F、G和H分组后再综合成视窗O。

 

视窗O将捕获所有未进入到视窗A、B、C和D的α粒子，如果视窗O总是超过总计数的30%，应该对频谱打印进行检查，看是否有异常现象。

 

7．RAD7测氡仪同位素平衡

一台*清洁，没有氡或氡子体的RAD7测试仪，其探测器能检测到什么？几乎没有。由于仪器部件材料不可避免受污染，每小时将有少于一个α粒子的记录。这是仪器固有的背景读数，可以忽略不计。因为固有背景将测试值增加0.01皮居里/升，远远低于室外空气中氡的浓度（通常为0.10到1.00皮居里/升）。

 

现在把一些氡引入到RAD7中，用户看到了什么？*初时，可能什么也没有，但是几分钟过后，用户可以看到视窗A中开始有记录了，RAD7将对每次的计数发出轻快的唧唧声，那是采样室中氡-222衰变成钋-218而发出的声音。

 

对于*初的5分钟左右的时间，计数值增加速度较快，然后开始接近一个稳定的水平。经过10分钟后，氡-222的衰变速度及其子体，钋-218的形成已经达到平衡。

平衡状态是在其衰变产物的活动稳定时，既不上升也不下降。处于这个点的位置时，几乎所有的α粒子被记录在计数视窗A中，在打印出的频谱上可看到一个的峰值。

 

但是其总的计数速度仍在继续缓慢上升。此时，可看到在视窗C中出现计数值。刚开始时只有少数，但在其后的一两个小时时间中将会越来越大。经过3小时或更长时间后，当其子体达到动态平衡时。在打印出的频谱上将出现特征双峰：视窗A中的钋-218和视窗C中的钋-214，其峰值几乎相同。

 

现在给RAD7通入新鲜，不含氡的空气，在视窗A中的计数速度将立即开始下降，*如用户*次通入氡气开始上升的速度一样快。由于RAD7内部没有氡存在时，也*没有了钋-218的源头。钋-218特征半衰期为3.05分钟。

 

3.05分钟后，在视窗A中的计数速率为原先的一半；6.10分钟后，其计数速率再减半，即为*初的四分之一。经过10分钟后，在视窗A不再计数了，但是对于视窗C却不是这种情况，在视窗C中仍显示这一个单独的峰值。

 

视窗C中的峰值要经过较长时间才会消失，半个小时过后，在视窗C中的记录速度还没有减半，钋-214可能只有很短的半衰期，但是其母体元素铅-214和铋-214不是这样。铅-214的半衰期为26.8分钟，铋-214的为19.8分钟。

 

当用户完全去除氡的时候，在视窗C中的计数要完全停止前也许需要3小时或更长时间。由于它代表的是数小时前存在于RAD7中的氡，因此我们把视窗C称做为“旧氡”视窗。

 

在视窗B和D中的时间效应是相同的，但有显著区别。RAD7对钋-216的响应无延迟，因此在视窗B中的计数速率和测试室中的钍气测量平衡。与之相反，钋-212的衰变有10小时的半衰期，因此视窗D需要几天时间才能达到平衡状态，因此在对钍气进行嗅吸时，视窗D不会做记录。

 

8．RAD7测氡仪模式：Sniff和Auto (嗅吸和自动)

如无法从“新”氡中分辨出“旧”氡的衰变物将使测量变得比较困难。目前，很多的氡检测仪都无法解决该问题，RAD7可做到这一点。只要把RAD7设置成Sniff模式。

 

Sniff模式意味着RAD7将只记录在视窗A中而不计视窗C的氡浓度。此时仪器是即时测量。在Sniff模式下，可对采样室进行净化处理，在10分钟内，可使用较合理的精度来对低浓度氡进行检测。用户也可以在数分钟内从一个点移动到另一个点寻找氡气入口处。对于在一个地方数小时的连续监测，可选择Normal模式，该模式意味着RAD7将同时使用在视窗A和C中的氡浓度峰值来计算其浓度。在两倍的计数速率下，可有效提高测量的精度。在室内环境中，氡浓度很少出现大的波动，故不需要使用Sniff模式作持续监测。

 

用户*好选用Auto模式，这样，RAD7开始将以Sniff模式来进行测量，然后经过3个小时后，将自动地转换成Normal模式。*初几个周期中给出的无偶读数，既无残留在检测器上的旧氡子体，亦无在C视窗中缓慢形成的氡及其子体的平衡浓度值。所给出读数精度较高，得益于每周期中所进行的两倍计数速率测量。

 

对于实时监测，用户*好总是把模式设置为AUTO。RAD7快速跟踪氡衰变速度，并不受先测试的干扰。*终测出的平均值更为*和可靠。

 

9．RAD7测氡仪背景读数，干扰和污染

“Background”（背景读数）指的是即使在没有氡气的情况下，所出现的噪声计数。背景读数将根据仪器的特性、元器件、环境中的其他形式的辐射或仪器受污染而变化。

 

RAD7比其他氡检测仪受背景读数的影响要小得多，但仍应注意RAD7中的背景读数来减少误差。RAD7的背景读数变化来自以下原因。

 

9.1短暂存在的氡和钍的衰变物

这是造成RAD7背景读数的重要因素。氡和钍的衰变物即使在氡气和钍气从仪器中清除去后，在一段时间内仍会在RAD7中的固态探测器产生α的记录。这些逗留的衰变物如图在采集高浓度氡后，立即测试低浓度氡样品时，会对测量结果引起不小的干扰。

 

大多数氡检测仪都需要在测试另一样品前等这些裂变物都衰变完（约3小时）才能进行。而RAD7可在Sniff模式下在几分钟内直接从高浓度场合进入到低浓度场合进行测试，由于RAD7能根据α能量的不同区分出不同子体发射的α粒子。其结果仅受到3.05分钟半衰期影响，因此，在扣除的10分钟计数后，其背景读数将下降不到10%，同时可对新样品开始测量。

 

钍的子体比氡的子体要难处理，一种钍子体铅-212有10.6小时的半衰期，因此，对于其他的氡检测仪，如果其中有大量这种子体存在，该仪器需要等上一两天才可以使用。而RAD7能以α的能量来区分其裂变物能力总能使之能够持续工作。

 

9.2可吸附的氡气

氡原子可以吸附在RAD7的内部表面的管道内部或干燥剂的微粒上。这些氡在对仪器进行净化后仍会留下来，然后从表面逸出而进入到采样单元中，因为只有很少量被吸附，这种影响通常可以忽略不计。但是如果在很高的氡浓度下（超过1000皮居里/升），即使是很小的量也会变得十分的重要，在对仪器进行净化后，用户仍将可以看到一些残留的氡。解决方法是每过几小时进行10分钟的净化直到其计数速率降下来，即使在*糟糕的情况下，氡全部半衰期时间需3.82天，*终仍能再次使用仪器。

 

9.3固有背景读数

RAD7构件的材料不能受较低浓度的α粒子的污染，故即使在没有氡存在时，仍可能看到两小时一次的计数（0.009cpm），这个计数速率，相当于0.02皮居里/升，在进行氡常规检测时可以忽略。但是对于很低的室外氡浓度，或者是十分干净的房间中进行测量时，这个背景读数*可能显得很重要了。通过RAD7进行长期监测，仍可以对上述环境进行测量。考虑到因为背景读数对低浓度读数进行修正，即将检测到数据扣除0.02Pci/L即可。

 

9.4长期氡子体

在较高氡浓度下使用多年后，RAD7探测器将有铅-210的沉积，它是一种有22年衰变期的同位素，尽管铅-210本身是β射线，它其中的一种子体能产生出5.3MeV的α粒子的钋-210，RAD7将根据其能量来区分这种同位素，并把其从计算值中去除。即使经过数年的正常使用，铅-210的形成也不会影响到RAD7的背景读数。

 

9.5氡,钍气和固体物质的污染

如果氡或钍产出的固体物质，如镭-226或钍-228将堵塞进气口软管或过滤器，他们所释放出的氡气或钍气会通过过滤器进入到仪器内部。某些粉末状的土壤可能含有很多这种同位素而导致这种现象的发生，如果怀疑有此种污染情况的发生，请与DURRIDGE公司取得联系。

 

9.6其他α粒子辐射

只要用户对进入的空气进行过滤，仪器*不会被其他α放射物污染，也*是说，进气口过滤器会阻挡住所有的固体物质的进入，除了氡和钍以外自然生成的α粒子气体氡-219，或“锕射气”。其半衰期很短（少于4秒种），为自然生成的镭-235的产物，但是由于镭-235比镭-238（是氡-222的前身）的量要少的多。

 

9.7 β和γ放射物

RAD7的固态α粒子探测器对β和γ辐射是不灵敏的，因此不会有来自β和γ辐射场的干扰。高强度的β和γ辐射*有可能影响探测器漏电流和α峰值宽度的增加。一般环境下不会对RAD7产生影响。

 

10．RAD7测氡仪Precision&Accuracy (高精密及高正确性)

“高精密”定义为与可靠性，一致性和重复性有关的描述器测量性能的概念。“误差”定义为与测量标准符合误差的一个概念。一台误差小的仪器，其测量一定是精度高的，但是一台精度高的仪器却不一定误差*少。只要遵循程序操作，计数统计处理将决定RAD7的*度。环境因素常规模式的操作不形成大的影响。除了*度外，为保证RAD7误差小的主要因素。

 

DURRIDGE公司用“原版标准”仪器对所有的仪器相对于原版仪器进行校验，校验气误差为±2。而原版标准仪器则用美国环保局和美国能量部校验气的内部比较进行了校验。我们估计该原版仪器校验，误差在±4%以内。因此估计RAD7的总校验精度在±5%左右。我们正期望着在校验标准和溯源性上有新的发展，可以提高校验的精度。

 

下面的表格按计数统计的分布时RAD7的精密性作一小结，计数统计依赖于灵敏度和背景计数速率为据。RAD7“固定”的背景计数速率十分缓慢，因此误差方面来说，对表中对被测的氡浓度可忽略不计。环境和其他因素对误差的影响为±2%左右。RAD7不确定度的报告是单独以计数统计的精度来估计的，如表所示它是一个2位统计字符的值：