[發明專利]開環式靜電收集法部分積分測量水中鐳濃度的方法

有效

• 申請號: 201811387864.8
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109188494B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 袁紅志;譚延亮
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G01T1/167
• 分類號: G01T1/167
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所(普通合伙) 43101
• 代理人: 鄒小強

1.開環式靜電收集法部分積分測量水中鐳濃度的方法，基于開環式靜電收集法部分積分測量水中鐳濃度的裝置，該裝置包括水樣測量瓶、瓶蓋、進氣管套、出氣管套、進氣管、出氣管、氣泵、靜電收集法測氡儀、流量計及三通電磁閥；

進氣管套及出氣管套分別安裝在瓶蓋上，進氣管插在進氣管套上，出氣管插在出氣管套上，出氣管通過軟管與氣泵的進氣端連接，氣泵的出氣端通過軟管與三通電磁閥的進氣端連接，三通電磁閥的第一出氣端通過軟管與靜電收集法測氡儀的進氣端連接，三通電磁閥的第二出氣端與大氣環境相通，靜電收集法測氡儀的出氣端通過軟管與流量計連接；

其特征是，包括測量過程和計算過程，其具體步驟如下：

一、測量過程

A、將開環式靜電收集法部分積分測量水中鐳濃度的裝置放置在恒溫的環境，并測量環境溫度；

B、將待測水樣倒入水樣測量瓶內，并蓋緊瓶蓋，進氣管的出氣口在待測水樣內并靠近水樣測量瓶的瓶底，出氣管的進氣口位于待測水樣液面上；

C、打開三通電磁閥的第二出氣端，關閉三通電磁閥的第一出氣端，啟動氣泵，調節氣泵的流率，使得空氣通過進氣管進入待測水樣中鼓泡，同時將待測水樣中的氡攜帶出來，通過出氣管進入氣泵進入三通電磁閥，然后從三通電磁閥的第二出氣端進入大氣環境，由于氣泵的流率非常大，氣泵啟動5-30分鐘后，能夠認為氣路中氡的濃度為0；

D、關閉三通電磁閥的第二出氣端，打開三通電磁閥的第一出氣端，通過獲取流量計讀數來控制氣泵調小流率，使得空氣通過進氣管進入待測水樣中鼓泡，同時將待測水樣中的氡攜帶出來，通過出氣管進入氣泵進入三通電磁閥，然后從三通電磁閥的第一出氣端進入靜電收集法測氡儀后，再通過流量計進入大氣環境；在調小氣泵流率時，氣泵的流率保持適中，使得靜電收集法測氡儀測量腔內的氡濃度與水樣測量瓶內的氣態氡濃度同步變化；

E、采用較短的時間間隔測量，即2-10分鐘測量一次，一直測量到氡濃度趨于恒定值；

二、計算過程

根據環境溫度、待測水樣的體積、氣泵的流率以及靜電收集法測氡儀的讀數計算水樣中的鐳濃度；

待測水樣中的氡來源于水中鐳的衰變，設待測水樣的體積為V，水中鐳活度為A_Ra，則水中鐳濃度C_Ra為：

C_Ra＝A_Ra/V (1)

水中氡濃度C’_Rn的變化規律為：

式中λ_Rn是氡的衰變常數，C_Rn是水樣測量瓶中氣態氡的濃度，L為氣泵的流率，λ_l是泄漏系數，V₁是從水樣測量瓶到靜電收集法測氡儀測量腔的氣路體積，由于氣泵流率較大，能夠認為水樣測量瓶到靜電收集法測氡儀測量腔的氣態氡濃度相同；

根據測量時的溫度可以查表得到水氡與氣態氡平衡時的濃度比X，有：

C'_Rn＝XC_Rn (3)

將式(3)代入式(2)得：

令

式中λ_e為有效衰變常數；

式(4)可簡化為：

式(6)的解為：

對于靜電收集法測氡儀，其實際測量的是氡衰變產生的Po-218的濃度，對于Po-218的濃度C_Po(t)有：

式中C_Po(t)為靜電收集法測氡儀測量腔內Po-218濃度，λ_Po為Po-218衰變常數，靜電收集法測氡儀測量腔內的氡濃度的初始值為0，測量腔內Po-218濃度的初始值也為0；

將式(7)代入式(8)得：

選取合適的t值，使得的值比較小，有：

將式(10)代入式(9)得：

對式(11)兩邊在0-T₁區間積分：

C_Po(0)是靜電收集法測氡儀測量腔內初始Po-218濃度，其值為0，式(12)簡化為：

設測量周期為T，由于靜電收集法測氡儀并不能得到每個時間點的氡濃度，在較短的測量周期，理解為該測量周期中點的氡濃度，T₁位于第n個測量周期的中點，n為總測量周期數，n大于等于2，式(13)變化為：

C_Po(nT)是靜電收集法測氡儀在第n個測量周期的讀數，根據式(14)計算水中鐳濃度。