主动瞬时活性炭吸附土壤氡气测量方法初探

第33卷2017伍第2期3月地质GeologyVO1．33No．2Mar．2017DOI：10．3969／j．issn．1000—0658．2017．02．005主动瞬时活性炭吸附土壤氡气测量方法初探齐宁，冯延强，张兆山，王海洋，韩耀照(核工业北京地质研究院，北京100029)[摘要]研究了主动式活性炭吸附土壤氡气测量方法。在氡室条件下，利用设计的取样装置对主动式活性炭吸附法中活性炭吸附能力、取样量、取样速度等影响因素及测量参数开展了实验研究，并进行了该方法与其他3种不同土壤氡气测量方法的野外对比实验，相对于传统的被动式活性炭累积测氡，该方法工作效率高，为土壤氡气测量在勘探找矿、环境监测等领域的应用提供了一种全新的测量方式。[关键词]土壤氡气测量；主动式活性炭吸附；高效率[文章编号]1000—0658(2017)02—0097—05[中图分类号]P631．6[文献标志码]A氡是一种无色、无味的惰性气体，存在3种天然放射性同位素，分别是铀系的射气22Rn、钍系的射气2。2。Rn和锕铀系的射气21。Rn。通常所说的土壤氡即指Rn，其对于矿产勘查、大地构造、水文地质等地球科学领域研究有不可替代的作用]。另外，近年来对于环境中氡的辐射照射，世界各国都给予高度重视。美英等发达国家早已绘制了国家氡潜势图，我国从20O0年“全国天然辐射照射与控制研讨会”后，也开始了全国氡水平分布普查工作。环境中的氡约56％来自土壤，因此研究土壤氡浓度水平、迁移累积、析出等问题具有重要意义[2]。目前广泛采用的活性炭吸附测氡均为被动自然扩散吸附方式，测量周期较长，工作效率低¨3]。笔者在调研国内外现有土壤氡测量方法和设备基础上，结合野外土壤氡测量工作经验，研究了主动瞬时活性炭吸附土壤氡测量方法_5]。相对于传统的活性炭累积法，该方法较大地提高了工作效率，并且具有灵敏度高、易操作、不受仪器测量本底干扰等优势。l主动式活性炭吸附装置介绍项目组设计的主动式活性炭吸附土壤氡气测量方法取样装置示意图见图1，该装置通取样盒取图1主动式活性炭吸附取样装置示意图Fig．1Theschematicdiagramofactiveactivatedcarbonadsorptiondevice[收稿日期]2016—01—05[改回日期]2016—10—26[作者简介]齐宁(1959)，男，工程师，主要从事放射性环境监测、地质勘探仪器开发。E—mailfengyanqiang@163．com铀矿地质第33卷过固定流量的取样抽气泵将土壤氡气抽出，经过干燥管、过滤膜后进入装有50g活性炭的取样盒进行土壤氡气的吸附累积。整个取样过程一般需要5～1Omin即可完成，极大地提高了工作效率，方便野外大面积土壤氡普查实际应用。2主动式活性炭吸附土壤氡气测量的影响因素研究笔者结合土壤氡测量方法及相关仪器的对比分析，以及前人在该方法研究基础之上，探讨了主动式活性炭吸附土壤氡的测量方法，并针对该方法的影响因素进行了理论分析及试验研究，确定了适用于笔者设计的主动式活性炭吸附取样装置的工作参数，并进行了实际野外对比测量工作。2．1取样装置氡吸附能力分析及实验研究活性炭对氡的吸附能力是主动式活性炭测氡的基础，对其吸附能力的探讨是该方法必须考虑的因素之一。在动态条件下，当温度18℃时，1g活性炭中的氡含量是1cm。干燥空气中的9000多倍，即可达mg数量级。理论推导可知37GBq活度对应的纯氡质量为6．53t~g，那么1g活性炭可吸附1O至数百GBq的氡]。鉴于吸附效率直接影响该方法的探测效率，在氡室条件下，对设计的主动式活性炭吸附取样装置(图1)，利用核工业北京地质研究院研制的HD一2001型低本底能谱仪进行了吸附效率和吸附线性关系(吸附氡量与标准氡浓度)的验证试验。文中取样装置的吸附效率是指在氡室条件下，取样装置在一定取样流速和时间内进行氡吸附后测量到的活度计数与氡室相应活度计数之比。附一塑．100VoUYo(1)吸附一———一‘l』氧室式中：N氡室和N取样装置分别为氡室和取样装置中每升气体中、每秒的计数。表1数据为取样装置在氡室条件下，取样时间5min、取样流速1L·rain的实测数据。表1活性炭吸附效率实验数据表Table1Testeddataofactivatedcarbonadsorptionefficiency／由表1可知，当氡浓度值大于1kBq·m时，吸附效率几乎一致。在吸附效率实验的基础上，进行了本方法设计的取样装置的氡吸附量与氡室浓度的线性关系实验。为了解本方法测量数据的可靠性，设计2个相同的取样装置(即1号和2号取样装置)进行实验。实验数据见表2，其中1号和2号取样装置是在同样条件下进行取样测量，净计数率与氡室浓度的关系曲线见图2。表2氡计数率与氡室浓度关系数据表Table2Relatio