[發(fā)明專利]靜電收集法測(cè)量氡在薄膜中有效擴(kuò)散系數(shù)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811493752.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109612903B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁紅志;譚延亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 衡陽(yáng)師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 衡陽(yáng)市科航專利事務(wù)所 43101
• 代理人: 鄒小強(qiáng)

1.靜電收集法測(cè)量氡在薄膜中有效擴(kuò)散系數(shù)的裝置，其特征是：包括測(cè)量室、靜電收集法測(cè)氡儀、泵及環(huán)形密封墊；

所述的測(cè)量室包括一個(gè)兩端帶螺紋的圓柱形筒體及連接在圓柱形筒體兩端的螺紋端蓋，圓柱形筒體的筒壁上對(duì)稱設(shè)有出氣端接頭及進(jìn)氣端接頭，圓柱形筒體的內(nèi)徑為D1，螺紋端蓋內(nèi)設(shè)有環(huán)形溝槽，在環(huán)形溝槽內(nèi)安裝有環(huán)形密封墊，螺紋端蓋端蓋板上的孔徑為D2，其中，D1＝D2；

測(cè)量室上的出氣端接頭通過(guò)管道與測(cè)氡儀上的進(jìn)氣端連接，測(cè)氡儀上的出氣端通過(guò)管道與泵的進(jìn)氣端連接，泵的出氣端通過(guò)管道與測(cè)量室上的進(jìn)氣端接頭連接。

2.采用如權(quán)利要求1所述的靜電收集法測(cè)量氡在薄膜中有效擴(kuò)散系數(shù)的裝置測(cè)量氡在薄膜中有效擴(kuò)散系數(shù)的方法，其特征是：它包括測(cè)量過(guò)程和計(jì)算過(guò)程；

一、測(cè)量過(guò)程：

A、將需要測(cè)量的薄膜切割成直徑與圓柱形筒體端口外徑相同的圓形薄膜片，將兩片薄膜片分別貼在圓柱形筒體的兩端，并用螺紋端蓋壓緊密封，其中，薄膜片暴露在空氣中的表面為外表面，處在圓柱形筒體內(nèi)的表面為內(nèi)表面；

B、啟動(dòng)泵，在泵的作用下，將測(cè)量室內(nèi)的氣體與靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量腔內(nèi)氣體混合均勻；

C、將測(cè)量室放入標(biāo)準(zhǔn)氡室內(nèi)，通過(guò)靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量測(cè)量室內(nèi)氡濃度的變化趨勢(shì)；

二、計(jì)算過(guò)程：

由于泵的流率較大，靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量腔內(nèi)的氡濃度與測(cè)量室內(nèi)的氡濃度相等，外界環(huán)境空氣氡濃度非常低，其初始氡濃度近似為0；

氡在薄膜片中的一維擴(kuò)散方程為：

(1)

式(1)中， D_e是氡在薄膜片中有效擴(kuò)散系數(shù)，λ是氡的衰變常數(shù)，C（z,t）是不同時(shí)間點(diǎn)薄膜內(nèi)離外表面不同垂直距離點(diǎn)的氡濃度，t是時(shí)間，z是薄膜片中的任一點(diǎn)到薄膜片外表面的垂直位置；

擴(kuò)散穩(wěn)定后，根據(jù)菲克定律有：

（2）

式(2)中，J為薄膜片內(nèi)表面的氡析出率；

由于薄膜片的厚度d非常小，當(dāng)氡擴(kuò)散穿透薄膜片后，能對(duì)薄膜片中的氡濃度垂直分布做線性近似，式（2）可變化為：

(3)

式(3)中， C是標(biāo)準(zhǔn)氡室的氡濃度， 為測(cè)量室內(nèi)及靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量腔內(nèi)的氡濃度；

靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量腔內(nèi)的氡濃度可由下式描述：

(4)

將式（3）代入式（4）得：

(5)

式(5)中，S為測(cè)量室腔內(nèi)的圓面積；V為測(cè)量室腔內(nèi)體積與氣流管道體積及靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量腔體積之和；N為薄膜片的數(shù)量，式(5)中，N=2；

靜電收集法測(cè)氡儀測(cè)量氡濃度，測(cè)量周期為T(mén)，在氡濃度上升曲線段任意取n個(gè)測(cè)量周期的數(shù)據(jù)，假設(shè)從第m個(gè)測(cè)量周期開(kāi)始選取測(cè)量數(shù)據(jù)，每個(gè)測(cè)量周期的測(cè)量值能近似認(rèn)為是該測(cè)量周期中點(diǎn)的氡濃度值；

式（5）變化為：

（6）

假設(shè)第m個(gè)測(cè)量周期測(cè)量值為K，即C₁[(m-0.5)T]=K，式（6）的解為：

（7）

設(shè) （8）

（9）

式（7）簡(jiǎn)化為：

(10)

由于靜電收集法測(cè)氡儀是通過(guò)測(cè)量Po-218的濃度來(lái)反推氡的濃度，Po-218濃度C_p(t)的變化規(guī)律如下：

(11)

式(11)中，λp是Po-218的衰變常數(shù)；

將式（10）代入式（11）得：

（12）

設(shè)從第m個(gè)測(cè)量周期開(kāi)始的第n個(gè)測(cè)量周期的讀數(shù)為U，即：

C_p[(m+n-1.5)T]=U (13)

設(shè)V=(m+n-1.5)T (14)

式（12）的解為：

（15）

第m個(gè)測(cè)量周期開(kāi)始選取n個(gè)周期的實(shí)際氡濃度數(shù)據(jù)，然后利用式（15）對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性數(shù)據(jù)擬合，就能夠得到a及K；

將a的值代入式（8）就能夠解得有效擴(kuò)散系數(shù)。