活性炭高靈敏度氡檢測器

　　氡是一種放射性惰性氣體，如果在空氣中濃度過高會引起嚴(yán)重危害。為了實(shí)現(xiàn)對氡的高靈敏度的一種方法是將氡吸附在活性炭上，并測量來活性炭上吸附的氡及其后續(xù)的輻射。本次研究的是一種新型的氣體傳感器帶有活性炭吸附劑的氡檢測器/監(jiān)測器。

　　活性炭氡檢測器的設(shè)計理念

　　帶溫度補(bǔ)償?shù)幕钚蕴刻綔y器模塊設(shè)計如圖1所示。內(nèi)部傳感器使用活性炭吸附器和固體核徑跡探測器(SSNTD)。在本實(shí)驗(yàn)中，使用了三種活性炭制成的纖維。活性炭用作氡收集器/散熱器，而SSNTD則檢測輻射量。補(bǔ)償模塊的壁由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯箔制成。根據(jù)造型選擇箔的厚度和表面積，以達(dá)到合適的溫度補(bǔ)償。。當(dāng)探測器在探測器模塊外時，校準(zhǔn)系數(shù)為CF0。然而，當(dāng)探測器放置在其校準(zhǔn)因子內(nèi)時，平衡時將為CF =CF0.ρ，其中ρ是“穿透率”，即模塊體積內(nèi)空氣中的平衡時氡濃度與濃度的比值在它周圍的空氣中。CF0與吸附容量k成正比并且遵循與k相同的溫度趨勢，而CF與kρ成正比。正如在其他地方所指出的，穿透體積中壁的部分ρ隨著溫度的升高而增加，因此溫度的趨勢與k的趨勢相反。選擇氣體擴(kuò)散通過的壁材、厚度、壁表面積和“補(bǔ)償模塊”的體積，以使kρ的溫度變化在應(yīng)用的溫度區(qū)間內(nèi)盡可能小。

　　圖1：本實(shí)驗(yàn)中使用的帶有活性炭檢測器和SSNTD的補(bǔ)償模塊方案。

　　檢測器的檢驗(yàn)方法

　　實(shí)驗(yàn)是在3個不同的溫度下進(jìn)行的(在±0.5℃內(nèi)保持恒定)：5℃、21℃和35℃，使用其他地方描述的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。分別在三種不同的Rn濃度下進(jìn)行測試。測試期間的活動濃度為由氡氣監(jiān)測儀提供。將一對包裝在模塊中的檢測器和一個未包裝的檢測器與每種使用的活性炭裝入暴露室中。另一組相同對的條件下被留在室外低氡水平但與室中的溫度相同。暴露后，所有暴露組都放置一周以在低氡水平(20Bqm-3)在與暴露相同的溫度下。向外凝視后，拆除傳感器，取下探測器并在10%NaOH下在60.0±0.1℃下蝕刻100分鐘。蝕刻后，它們在沖洗水中清洗30分鐘，然后在50%乙醇中放置2分鐘。之后將它們晾干，并通過顯微鏡目測計數(shù)軌道以獲得軌道密度。“探測器的軌道密度，這是由于探測器背景和探測器儲存放氣期間的低氡暴露，從暴露探測器的軌道密度中減去以獲得凈軌道密度。

　　活性炭檢測器的效果

　　對于實(shí)驗(yàn)，使用三種活性炭的織物為探測器設(shè)計了單獨(dú)的模塊。對于前兩種活性炭，模塊是HDPE，對于第三種活性炭，模塊是LDPE。單獨(dú)設(shè)計遵循上述方法，考慮到每種活性炭織物的確切單獨(dú)質(zhì)量。在所有設(shè)計中，不同溫度下的k(T)值根據(jù)方程式計算。活性炭的結(jié)果如圖2所示。5℃時的CF0比35℃時的CF0高305%。相比之下，對于放置在補(bǔ)償模塊中的傳感器，CF的變化在17%以內(nèi)(最大值/最小值=1.17)。值得注意的是，在模塊內(nèi)部不同溫度下暴露的傳感器的CF之間的配差異在95%的顯著性水平上沒有統(tǒng)計學(xué)意義。發(fā)現(xiàn)所描述的帶有補(bǔ)償模塊的探測器的CF明顯高于其他常用的無源氡探測器。

　　圖2：吸附器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果暴露在9µm厚的HDPE箔模塊的外部(CF0)和內(nèi)部(CF)模塊。

　　查看活性炭的檢測器的結(jié)果(圖2)可以看出，相同溫度下的CF0在活性炭之間存在差異。這意味著不同活性炭的吸附能力存在一些差異。在所有模塊設(shè)計中，假設(shè)21℃下的吸附容量值為4m3/kg-1。然而，由于我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同活性炭材料的k可能存在差異。不同k值的結(jié)果如圖3所示�？梢钥闯觯瑢τ趨^(qū)間2-6m3/kg-1內(nèi)的所有k值，η的變化(例如最大/最小比率)與溫度的變化遠(yuǎn)小于未包裝傳感器觀察到的230-305%的變化。

　　圖3：對于不同的k值，模塊的η= kρ的溫度依賴性。

　　本次提出了一種基于活性炭的具有溫度影響補(bǔ)償?shù)男滦透哽`敏度無源氡探測器。目前研究的探測器由活性炭+SSNTD制成。檢測器放置在補(bǔ)償模塊中，它顯著降低了溫度對所用吸附劑的吸附能力的影響。建模顯示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過這種設(shè)計，CF在5-35℃范圍內(nèi)的溫度變化可能從230-305%降低到6-17%。并且這種活性炭氡檢測器可以制成扁平的、非常緊湊和靈活的。它們顯示出比其他傳統(tǒng)氡檢測器更高的CF，靈敏度提高了7-9倍。

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