专利名称：空气中的镭射气和钍射气的测定方法
技术领域：
本发明涉及一种空气中的镭射气和钍射气的测定方法。
背景技术：
镭射气(Rn-222)是铀系的镭(Ra-226)蛻变产生的放射性核种，其半衰期为3.824天。并且，钍射气(Rn-220)是钍系镭(Ra-224)蜕变产生的放射性核种，其半衰期为55. 6秒。这些均为惰性气体，他们的起源分别为存在于地壳中铀(U-234)及钍(Th-232)。
由于在地壳中产生的镭射气及钍射气为气体状，或者从地里渗出到地表，或者与地下水一起出现到地上。而且，在密封性很高的住宅和隧道中，或在地下街等处，如果通风不足，则会发生镭射气和钍射气浓度变高的情况。据说，普通人在一年中从自然界吸收的放射线的照射量约为2. 4微西韦特，但其中的约半数为照射于肺部的镭射气、钍射气及其子核种(氡子体)所占据，这些核种的照射对人体的影响成为忧患。
已经实际应用的关于空气中的镭射气和钍射气的测定方法，现在有电离箱法、闪烁单元法、静电捕获式箱室法，过滤器法、静置型测定法等。
电离箱法中，有#_用1~ 300L容量的箱室，测定电离电流的方法及测定脉冲的方法。为了提高检测的敏感度，必须增大箱室的容量，因此，在本领域中，不以进行高敏感度的测定为目的，而是多用于校正用测定器。 一般来说，镭射气和钍射气的分离测定是很困难的。
闪烁单元法中，使用由在内壁上涂布荧光体(ZnS: Ag)的箱室及与其光学连接的光电子倍增管构成的装置。测定精度与单元的容积成正比，但容积变大时，来自于荧光体的光无法到达光电子倍增管，因此其大小也会受到限制。另外，如果镭射气的浓度不高的话，也无法进行测定。 一般来说，镭射气和钍射气的分离测定是很困难的。
静电捕获式箱室法中，使用球、半球、或圆筒型的箱室。箱室的底部放置很薄的聚酯薄膜，其上施加有负电压，在箱室壁上施加有正电荷。镭射气
的子核种钋(Po-218)在聚酯薄膜被捕获、检出。镭射气和钍射气的分别测定是可能的，但受到湿度的影响很严重。
过滤器法中，在过滤器上直接捕获大气中的镭射气和钍射气的子核种，对由该子核种放射出的阿尔法射线进行测量。由于不是直接捕获镭射气，因此必须估计镭射气及其子核种的平衡，这成为产生误差的重要因素。另外，在两段过滤器法中，也存在由于箱室中的子核种的壁损失现象，使得测量值偏低的问题。
在静置(passive)型测定法中，由金属等组成的测定容器中放置有聚碳酸脂等树脂作为检测器。在大气中暴露预定时间后，对检测器的树脂进行化学刻蚀，从出现在这里的阿尔法射线的固体飞行轨迹来对镭射气进行测定。由于装置很小，因此可以在多个测定点同时设置多个装置，另外，通过过滤器的使用等方法，可也以实现对镭射气和钍射气的区分。但是，由于检测敏感度很低，因此需要在大气中暴露两个月以上。并且，为了使固体飞行轨迹显
出较高的再现性，就必须要严格控制化学刻蚀的条件。专利文献1:特开平6-258443号公报专利文献2:特开平6-258450号公报专利文献3:特开平8-136660号公报专利文献4:特开平8-136661号公报专利文献5:特开平8-136662号公报专利文献6:特开平8-136663号公报专利文献7:特开平6—201523号公报
发明内容
本发明要解决的问题
如上所述，现有空气中的镭射气及钍射气的测定方法中，虽然已经有各种方法被投入实用，但每种方法都存在某些问题。
因此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以进行高敏感度的镭射气和钍射气的分离测定，并且装置结构很小，不受测定环境的影响的新颖的空气中的镭射气及钍射气的测定方法。
解决问题的手段
为了实现上述目的，进行了各种研究后，本发明的发明人着眼于在镭射气及钍射气的蜕变过程中产生的 一 系列的子核种中存在的 一种放出高能量的贝塔射线的核种，完成了本发明。
即，本发明权利要求1所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其
特征在于将空气中镭射气和钍射气中的至少一种吸附于吸附剂上，对在镭射气和钍射气中的至少一种的蛻变过程中放出的贝塔射线通过所述吸附剂时产生的切伦科夫光进行测定，据此，对镭射气和钍射气中的至少一种进行测定。
本发明权利要求2所述的镭射气及钍射气的测定方法，其特征在于在权利要求1中，基于切伦科夫光的衰减时间，对镭射气和钍射气的混合比例进行测定。
本发明权利要求3所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其特征在于所述吸附剂为多孔玻璃。
本发明权利要求4所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其特征在于所述吸附剂具有孔径为0. 3 ~ 30nm的细孔。
发明的效果
根据本发明权利要求1所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，可以对镭射气及钍射气的浓度进行高敏感度的测定。
根据本发明权利要求2所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，可以很容易地对镭射气及钍射气进行分离测定。
根据本发明权利要求3所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，能够确实地捕获镭射气及钍射气，并确实地观测切伦科夫光。
根据本发明权利要求4所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，能够确实地捕获镭射气及钍射气。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1表示使用本发明所述空气中的镭射气及钍射气的测定方法的空气中
的镭射气及钍射气的捕获装置的 一例的模式图2表示模拟将镭射气、钍射气及其混合气从作为母核种的镭中分离后，
产生切伦科夫光的时间过程的结果曲线图3表示实施例一中切伦科夫光的时间变化的曲线图；图4表示实施例二中切伦科夫光的时间变化的曲线图；图5表示实施例三中切伦科夫光的时间变化的曲线图；图6表示实施例四中切伦科夫光的时间变化的曲线图。
具体实施例方式
图1表示使用本发明所述空气中的镭射气及钍射气的测定方法的空气中的镭射气及钍射气的捕获装置的一例。1为用于吸入包含镭射气及钍射气的空气的空气吸入口。从该空气吸入口 1开始，顺序连接有用于去除空气中的尘埃、镭射气和钍射气的子核种的膜过滤器2，用于除去水分，并在水水混合物中被冷却到(TC的分离器3及干燥剂4,用于去除空气中的尘埃、镭射气和钍射气的子核种的膜过滤器5,用作吸附镭射气和钍射气的吸附剂的多孔玻璃6,及用于吸入一定量空气的定量泵7。此处，多孔玻璃6具有孔径为0. 3~ 30nm的细孔，通过干冰-酒精浴或电子冷却器被冷却到冰点以下，从而能够吸 附通过多孔玻璃6的空气中的镭射气及钍射气。另外，多孔玻璃6放置于液 体闪烁测量装置用的计数瓶中。
而且，由定量泵7所吸入的一定量的空气从空气吸入口 1进入，由膜过 滤器2将悬浮在尘埃及空气中的镭射气及钍射气的子核种去除。此后，通过 分离器3及干燥剂4，穿过膜过滤器5进入多孔玻璃6，将镭射气和钍射气吸 附于此处。
被多孔玻璃6吸附的镭射气和钍射气在蜕变过程中生成贝塔射线放出核 种。也就是说，在镭射气的情况中，贝塔射线放出体为铋(Bi-214);在钍射 气的情况中，贝塔射线放出体为铋(Bi-212)。吸入所定量的空气后，使多孔 玻璃6返回室温，通过通用的液体闪烁测量装置，在切伦科夫测定条件下， 测定切伦科夫光。通过对铋(Bi-214)和铋(Bi-212)的切伦科夫光进行定量地 测定，可以获知镭射气和钍射气的浓度。
此处，针对切伦科夫光进行说明。当物质中有荷电粒子通过时，其速度v 比物质中的光速(c/n，c:真空中的光速，n:物质折射率)还要高时，沿着所通 过的粒子的飞行轨迹会产生光。这种现象被称为切伦科夫效应，所产生的光 称为切伦科夫光。切伦科夫光当物质的折射率很大或者荷电粒子(主要是贝塔 粒子，即电子)的能量很大时，容易发生。
在本实施例中，作为容易产生切伦科夫光的材料，将具有孔径为0. 3~ 30nm的细孔的多孔玻璃用作吸附剂。多孔玻璃为透明的，具有大折射率且易 于吸附镭射气和钍射气的物质。尤其是具有孔径为0. 3~30nm的细孔的石英 质多孔玻璃对镭射气和钍射气具有较高的吸附性，优选使用。另外，可以用 在本发明方法中的吸附剂并不做限定，使用其他的材料也是可以的。吸附剂 优选使用折射率大的材料，例如，可以使用具有透光性的陶瓷和高分子材料 等。图2表示模拟将镭射气、钍射气及其混合气从作为母核种的镭中分离后， 产生切伦科夫光的时间过程的结果。在镭射气和钍射气中任一种情况中，均 在分离后的200分钟达到极大值。此后，可以看出发生也下降。如果从该衰 减过程的低利率求半衰期的话，镭射气为91.8小时，钍射气为10.7小时。 由此可见，在镭射气的情况中，镭射气的半衰期(91.8小时)，在钍射气的情 况中，铅(Pb-212)的半衰期(10. 64)成为律速，决定着衰减速率。
另外，当镭射气和钍射气的计数比发生变化时，初期，由于受到半衰期 较短的钍射气的影响而使倾斜度很大，但此后，由于受到半衰期较长的镭射 气的影响，从而变成平援，由此可见，该曲线是根据镭射气和钍射之比而决 定的。类似地，通过求钍射气半衰期的3倍以内的斜率，从而可以求出镭射 气和钍射气之比。
在实际的测定过程中，通过间隔几个小时的多次测定，可以得到计数率 的时间变化曲线。从测量时间和计数值的关系可以求出浓度，从曲线的斜率 可以求出镭射气和钍射气之比。
如上所述，本发明所述的对空气中的镭射气和钍射气的测定方法是将空 气中的镭射气和钍射气吸附于吸附剂上，镭射气和钍射气在蜕变过程中放出 的贝塔射线在通过所述吸附剂时会产生切伦科夫光，通过对该切伦科夫光进 行测定而完成对镭射气及钍射气的测定，从而可以对镭射气及钍射气的浓度 进行高敏感度的测定。
另外，基于切伦科夫光的衰减时间，也可以测定镭射气和钍射气的混合 比例，从而可以很容易地将镭射气和钍射气进行分离测定。
另外，上述吸附剂由于是多孔玻璃，因此可以确实地捕获镭射气和钍射 气，从而可以对切伦科夫光进行确实地观测。
进一步地，上迷吸附剂由于具有孔径为0. 3-30nm的细孔，因此可以于 是更确实地捕获镭射气和钍射气。
因此，本发明所述的对空气中的镭射气和钍射气的测定方法是至今未有的新方法，除了上述内容以外，还具有如下特征由于不使用液体闪烁物， 因此不会产生曱苯等有害有机废液，无需阿尔法射线频谱仪等特殊的装置， 只通过通用的液体闪烁测量装置即可完成测定。由于等待所吸附的镭射气和 钍射气的母核种的衰减，因此可以将吸附剂反复使用。
另外，本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明思想的范围内， 也可以进行各种变化实施。
以下，基于具体的实施例进行更详细的说明。
实施例一
使用如图1所示的捕获装置对容器中的空气进行吸入捕获，该容器中密 封保存有灯具用的覆盖物，该覆盖物为含有校多钍的制品。此后，测量切伦 科夫光的结果如图3所示。此时的吸入空气量为3L,吸入速度为0. 5L/m。
根据所得到的与图2所示的模拟曲线相同的曲线，已知，通过测量切伦 科夫光，可以测量镭射气和钍射气。从所得到的曲线的衰减过程的斜率计算 半衰期约为11.4小时，与图2的模拟结果相比对时可以看出，镭射气/钍射 的测量比为约80/20。
另外，已知，灯具用覆盖物是安装于用在帐篷等中的汽油灯上，用于照 明用的网格状的玻璃纤维，含有较多的氧化钍。
实施例二
如图4所示，为从已知含有较多氧化钍的磷矿石中所产生的镭射气和钍 射气的测定结果。空气的捕获不使用图1所示的捕获装置，将密封保存有矿 石的容器中的空气通过注射器获取20mL,注入到装有多孔玻璃吸附剂的小瓶
内之后，测定切伦科夫光。
得到了与实施例一相同的结果，从衰减过程的倾斜率求得的半衰期约为 53. 1小时。将该半衰期与图2所示的模拟曲线对照后可见，镭射气/钍射气的 测量比约为98. 5/1. 5。
实施例三
9使用如图1所示的捕获装置对混凝土建筑房屋的地下点检坑(点检用地下
通路，在一层的地下)的地上5cm的空气进行吸入捕获后，测量切伦科夫光的 结果如图5所示。此时的吸入空气量为60L,吸入速度为0. 5L/m。
由衰减过程的斜率求得的半衰期约为23. 6小时，与图2所示的模拟结果 进行对照时可以看到，镭射气/钍射气的测量比约为90/10。
实施例四
由于去除了短半衰期(55. 6秒)的钍射气的影响，从而形成能够使吸入后 的空气在通过5L的容器后吸附于吸附剂上的结构，与实施例三相同，对空气 进行吸入，测量切伦科夫光的结果如图6所示。此时的吸入空气量为90L，吸 入速度为0. 5L/m。
由衰减过程的斜率求得的半衰期约为74. 4小时，与图2所示的模拟结果 对照时，镭射气/钍射气的测量比约为99. 3/0. 7，从而可以确信，大部分钍射 气被去除了。
权利要求
1、一种空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其特征在于将空气中镭射气和钍射气中的至少一种吸附于吸附剂上，对在镭射气和钍射气中的至少一种的蜕变过程中放出的贝塔射线通过所述吸附剂时产生的切伦科夫光进行测定，据此，对镭射气和钍射气中的至少一种进行测定。
2、 根据权利要求1所述的镭射气及钍射气的测定方法，其特征在于基 于切伦科夫光的衰减时间，对镭射气和钍射气的混合比例进行测定。
3、 根据权利要求1或2所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其 特征在于所述吸附剂为多孔玻璃。
4、 根据权利要求3所述的空气中的镭射气及钍射气的测定方法，其特征 在于所述吸附剂具有孔径为0. 3 ~ 30nm的细孔。
全文摘要
本发明提供一种可以进行高敏感度的镭射气和钍射气的分离测定，并且装置结构很小，不受测定环境的影响的新颖的空气中的镭射气及钍射气的测定方法。将空气中镭射气和钍射气中的至少一种吸附于吸附剂上，对在镭射气和钍射气中的至少一种的蜕变过程中放出的贝塔射线通过所述吸附剂时产生的切伦科夫光进行测定，据此，对镭射气和钍射气中的至少一种进行测定。基于切伦科夫光的衰减时间，对镭射气和钍射气的混合比例进行测定。吸附剂最好使用具有孔径为0.3～30nm的细孔的多孔玻璃。
文档编号G01T1/167GK101460866SQ20068005485
公开日2009年6月17日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年6月6日
发明者上松和义, 佐藤峰夫, 太田雅寿, 户田健司 申请人:国立大学法人新泻大学