[發(fā)明專(zhuān)利]一種μBq/m3

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211415442.3
• 申請(qǐng)日: 2022-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115792107A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭聰;張永鵬;劉金昌;楊長(zhǎng)根;張鵬;王思博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/00;G01N1/40
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發(fā)明公開(kāi)一種μBq/m³量級(jí)的氣體氡濃度測(cè)量裝置，包括液氮罐、氣體除濕裝置、氡富集裝置和氡探測(cè)器；液氮罐設(shè)置有液氮出口；液氮出口管路分成兩路，一路依次連接第一電磁閥、和第一杜瓦罐，另一路依次連接第二電磁閥、和第二杜瓦罐；儲(chǔ)水罐在第一杜瓦罐內(nèi)；儲(chǔ)水罐上設(shè)有第一進(jìn)氣管和第一出氣管；活性炭腔室在第二杜瓦罐內(nèi)；活性炭腔室上設(shè)有第二進(jìn)氣管和第二出氣管；第一閥門(mén)入口為取樣口；第一閥門(mén)出口依次連接第一質(zhì)量流量計(jì)、儲(chǔ)水罐的第一進(jìn)氣管、儲(chǔ)水罐的第一出氣管、活性炭腔室的第二進(jìn)氣管、活性炭腔室的第二出氣管和氡探測(cè)器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)零本底的除濕裝置；高效的氡富集以及高靈敏的氡濃度探測(cè)，整個(gè)裝置聯(lián)合可以實(shí)現(xiàn)μBq/m³量級(jí)的氣體氡濃度探測(cè)，具有靈敏度高、測(cè)量精度高、測(cè)量時(shí)間短等眾多優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種μBq/m³量級(jí)的氣體氡濃度測(cè)量裝置，屬于氡濃度測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氡是一種無(wú)色無(wú)味的惰性氣體，可溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。氡的同位素主要有²²²Rn、²²⁰Rn以及²¹⁹Rn，此三種均為不穩(wěn)定核素，其中²²⁰Rn與²¹⁹Rn半衰期僅為秒量級(jí)無(wú)法長(zhǎng)期存在，半衰期為3.8天的²²²Rn是自然界中氡氣的主要成份。²²²Rn是²³⁸U經(jīng)由²²⁶Ra的衰變產(chǎn)物，²²⁶Ra和²³⁸U普遍存在于土壤巖石之中，因此²²²Rn是無(wú)處不在的；²²²Rn會(huì)進(jìn)一步衰變成²¹⁸Po，并最終衰變成穩(wěn)定的²⁰⁶Pb，在衰變過(guò)程中會(huì)發(fā)出數(shù)個(gè)α、β粒子以及大量的γ射線。氡是低本底實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要的本底來(lái)源，世界上多家低本底實(shí)驗(yàn)都曾受到氡氣帶來(lái)的“大麻煩”，比如中微子實(shí)驗(yàn)Kamland實(shí)驗(yàn)為降低氡氣引入的本底而不得不對(duì)其靶物質(zhì)液閃進(jìn)行蒸餾，無(wú)中微子雙β衰變實(shí)驗(yàn)Nemo-3為去除氡本底而增加了在線的除氡設(shè)備，暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)DEAP-3600為去除氡的本底而把有機(jī)玻璃表層磨掉500μm。能否做好氡的防護(hù)將直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的物理目標(biāo)是否可以實(shí)現(xiàn)。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)μBq/m³量級(jí)的氣體氡濃度測(cè)量裝置，靈敏度最高的裝置為本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)2018年獲得授權(quán)的專(zhuān)利CN206876605U：mBq/m³量級(jí)氡濃度測(cè)量設(shè)備。該設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要原理是利用常溫下的活性炭對(duì)一定體積的氡氣進(jìn)行富集，之后再將其高溫解析至探測(cè)器腔室之中進(jìn)行氡濃度的探測(cè)，mBq/m³量級(jí)氡濃度測(cè)量設(shè)備100主要裝置包含：取樣容器110，干燥劑150，質(zhì)量流量計(jì)142，循環(huán)泵141，活性炭腔室120和加熱溫控裝置以及氡探測(cè)腔體131。進(jìn)行氣體循環(huán)的氣體循環(huán)系統(tǒng)140包括如下部件：循環(huán)泵141和質(zhì)量流量計(jì)142。mBq/m³量級(jí)氡濃度測(cè)量設(shè)備100使用方法為：首先將一定量的含氡氣體至于取樣腔室之中，之后開(kāi)啟循環(huán)泵141和質(zhì)量流量計(jì)142，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)143B、閥門(mén)143C，并關(guān)閉閥門(mén)143A、閥門(mén)143D時(shí)，取樣容器110與富集腔體120之間可以形成一條封閉的循環(huán)氣路，此時(shí)富集腔體120外部的加熱裝置不工作，富集腔體120內(nèi)部的活性炭將對(duì)循環(huán)至富集腔體120處的待測(cè)氣體中的氡氣進(jìn)行吸附；當(dāng)關(guān)閉質(zhì)量流量計(jì)142，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)143A、閥門(mén)143B以及閥門(mén)143D，并關(guān)閉閥門(mén)143C時(shí)，富集腔體120與α粒子探測(cè)裝置130之間可以形成另一條封閉的循環(huán)氣路，此時(shí)富集腔體120外部的加熱裝置加熱并穩(wěn)定在300℃，富集腔體120內(nèi)部的活性炭在高溫下將解吸其所吸附的氡氣，并將氡氣轉(zhuǎn)移至探測(cè)腔體131之中，以進(jìn)行后續(xù)的探測(cè)工作。傳感器腔體132可以包括溫度傳感器和濕度傳感器，分別用于感測(cè)待測(cè)氣體的溫度和濕度。該裝置有以下幾個(gè)缺陷：

第一，該裝置使用常溫下的活性炭對(duì)氡氣進(jìn)行富集，而常溫下的活性炭其對(duì)氡氣的吸附系數(shù)及吸附效率較低，因此無(wú)法一次性將通過(guò)活性炭的氣體中的氡氣全部吸附，因此需要在循環(huán)泵的作用下多次使待測(cè)氣體經(jīng)過(guò)活性炭腔室。