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长寿命α放射性气溶胶监测方法测量灵敏度估算

更新时间:2016-07-05

0 引言

放射性气溶胶由放射性物质的微小固体或液体粒子悬浮于空气中形成,粒径范围为10-3~103 μm。天然氡-钍子体α气溶胶浓度在一般环境中约高于人工核素(Pu,U)最大允许浓度(0.2 Bq/m3)两个数量级[1]。钚是239Pu、240Pu、241Pu、242Pu及微量238Pu的混合物。质量数较高的同位素是在238Pu向239Pu的原始转变后继续受中子照射而形成[2]

现有文献中,Sarkar曾提出企业环境行为是企业为了平衡环境和经济效益而推行的一系列战略措施,其目的可能是响应来自外界的压力,或是主动减轻企业经营生产对社会环境造成的危害。[2]在此之后,学者们又将企业环境行为的内涵逐渐细化至具体方向及措施。学者王宇露指出企业为响应环境问题而采取的绿色行为包括处置废弃物、降低能源消耗、采购生态友好型产品等。[3]结合国内外学者的观点,企业环境行为就是企业在其生产经营中对环境造成影响的行为,同时为挽救这些负面影响所采取的一系列措施以及为平衡企业经济利益与社会环境效益而施行的决策。

(6)《唐虞之道》简11:“〔夫唯〕顺乎脂肤血气之情,养眚(性)命之政……。”(眚,山母耕部;性,心母耕部。)

测量长寿命α放射性气溶胶方法的灵敏度表示常不相同,一般以监测仪本底读数的标准偏差表示。此种表示法只考虑了仪器自身本底涨落引入的统计误差,而对可测到的样品中最小放射性统计涨落未予考虑[3]。考虑了此两种统计误差而定义“最小可探测放射性真值”[2],认为气溶胶监测的灵敏度采用“最小可探测放射性真值LD”表示较为恰当:

LD=kασ0+kβσD

(1)

式中,kαkβ为置信系数;σ0σD分别为测量方法本底读数的标准偏差和可测到的样品中最小放射性的标准偏差。

为导出灵敏度公式,根据误差传递公式计算了“能谱法”(包括超道补偿和双道补偿)和“假符合法”本底读数的标准偏差,包括了仪器本底和样品中最小放射性统计涨落。

由图1可以看出,淹水天数为1 d时,淹水深度2/3和1/1处理的株高显著低于对照;淹水天数为5 d时,淹水深度2/3和1/1处理的株高显著高于对照;其余各处理与对照相比无差异显著。

1 能谱法本底读数的标准偏差

图1为能谱法中超道补偿与双道补偿的示意图。

图1 超道补偿与双道补偿示意图

1.1 超道补偿法

故有:

N1+N2=n2qt1δηt2f

(2)

式中,N1为样品测量时间(t3,min)内人工道氡-钍子体α计数;N2t3时间内超道中氡-钍子体α计数;n2为空气中含氡-钍子体浓度,Ci/L;q为空气取样流量,L/min;t1为空气取样时间,min;δ为滤纸的过滤效率;η为探测器的探测效率;t2为取样后等待时间,min;f为从取样到测量时氡钍子体有效衰减因子。

其次,在开展不同课堂活动的过程中,老师还可以也结合知识传授的具体规律和相关的策略不断的构建活动的意义和价值,实现翻转课堂与英语专业翻译教学之间的紧密配合,提高和培养学生良好的互助合作精神,鼓励学生通过共同协商和共同探讨的形式解决翻译过程中所存在的问题。另外老师还可以将翻转课堂与小组式的教学模式相结合,让学生在小组探讨的过程中进行合理的分工,真正地实现相互合作和共同发展。

Q=qt1δηt2, 超道补偿系数K=N1/N2得:

N1+N2=n2Qf

(3)

(2) t3内人工道总α计数:

N=n1QP+KN2 +NB

(1) t3内α道总计数N

(4)

(3) 当无人工核素存在时,n1=0,由式(3)得N=N1=KN2,令σn1=0σE,得超道法本底读数的标准偏差:

华罗庚先生曾说,“数缺形时少直观,形少数时难入微”。形象说明了数形结合的重要性,指出数学问题应从数形相联系入手。数形结合就是把抽象的数学语言与直观的图形结合起来思考,使抽象思维与形象思维结合,通过“以形助教”或“以数解形”,可使复杂问题简单化,抽象问题具体化,从而起到优化解题途径的目的。《义务教育数学课程标准》将培养学生用数学解决问题的能力作为重要目标。这给教师在小学数学教学中解决如何从具体事物中抽象出数学问题,如何从感性思维上升到理性思维提出了具体要求。而数形结合思想正是实现该类问题教学的有效例证之一。

由式(4)根据误差传递公式,导出空气中人工核素浓度测量标准差:

(5)

式中,n1为空气中含人工核素浓度,Ci/L;P为人工道对人工核素的计数效率,P≌1;N为t3内人工道总α计数;K=N1/N2为超道补偿系数;NBt3内人工道中探测器本底计数;QP为常数(当测量方式确定)。

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(6)

由于KN1/N2,由式(3)得:

代入式(6)得:

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(7)

(1) 由图1,令

1.2 双道补偿法(图1中斜线所示)

式中,分别为道内计数、超道计数及K值的相对标准偏差,代入具体数值可算出能谱法测量误差σE

氡-钍子体全谱计数为:

式中,为双道补偿系数;t3内第二道中氡-钍子体α计数;n2为氡-钍子体浓度;Q=qt1δηt2f为从取样到测量氡-钍子体有效衰减因子。

式中:为每片薄片顶部竖向应力;为水的重度;为土的有效重度;为管桩内径;为土塞与管桩内壁的水平向平均摩阻力;为水平与竖向应力之比,出于安全考虑,假定土塞边缘的土主动破坏,得到最小值;为土塞内摩擦角;为管桩内壁的摩擦角。

(8)

(2) 当空气存在人工核素,其浓度为n1时,人工道总α计数:

(9)

NB可略去,由式(9)得:

根据误差传递公式得:

(10)

(3) 当无人工核素存在(n1=0)时,令σn1=0≡σ,得双道法本底读数的标准偏差:

(11)

将式(8)代入式(11)得:

(12)

当道址选定,K′、K″可求出,代入具体数值可算出σ

化简式(12)。因:

则:

Hashweh也强调教师的PCK是其在教学实践中自主建构的,但是他认为PCK的本质是价值性和叙事性的:PCK是教师个人教学建构的结果,这种建构是基于种种教学事件集合而成的,是教师不断通过对所教主题的设计、教学和反思发展而来的[7].因此,他将PCK界定为是一种个人知识,是教师各种教学建构的集合,即教师教学建构(Teacher Pedagogical Constructions,简称TPCs).它是一种创造性的过程,这种过程会受到教师其它知识和信念交互作用的影响,并形成了教学建构不同的分类方式.

(1) 由图1,可以将总计数表示为:

代入式(12)得双道法测量误差:

(13)

1.3 两种补偿方法比较

式(7)、式(13)说明,在相同取样和测量条件下,监测仪两种补偿方法本底读数的标准偏差的常数项系数相同,方括弧内第1项相同,第2、第3项不同,代入实测数据即可估算出所用测量方法的灵敏度。

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2 假符合法本底读数的标准偏差

NB可略去,则:

其中,NB可略;选定条件下Q为常数,则:

(14)

(15)

式中,Nαt3内α道内氡-钍子体α计数;Nαβt3内符合道内氡-钍子体α、β符合计数;NBt3内α道内深测器本底计数;K=Nα/Nαβ 为补偿系数;余同前。

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(2) 当无人工核素存在(n1=0)时,N=Nα=KNαβ,令σn1=0σ,则:

由于Nα=n2Qf,得符合法测量误差为:

(16)

(3) 式(16)与式(7)、式(13)比较,没有常数系数P≌1,因此,假符合法灵敏度难以做到优于能谱法。

3 讨论

长寿命放射性气溶胶监测方法灵敏度的确定,属于低水平测量中数据处理问题。采用“最小可探测放射性真值”表示监测方法的灵敏度可以给出该方法在一定置放水平下实际可测到的空气中人工α核素气溶胶最小浓度。这种表示方法不仅意义明确而且实用。

在能谱法中,对超道补偿与双道补偿分别求出两者本底读数的标准偏差〔见式(7)、(13)〕,它们的常数项相同,变数项(平方根项)不同,但两种方法的本底标准偏差值近似相等,因此在能谱法中,在电子学线路上采用超道或双道任何一种补偿方法对灵敏度看不出有显著的改善。

能谱法本底读数的标准偏差较假符合法多常数项反映出能谱法本身的特性。由于能谱法通过α粒子能量的不同,甄别掉氡气子体α放射性90%以上再进行补偿,而假符合法在总α计数中通过氡-钍子体的α计数与α、β符合计数比,扣除氡-钍子体的α计数求得人工α计数。因此能谱法从原理上看,较假符合法优越。两种方法在实际使用时都需要预先测定补偿系数K值。K值的涨落是测量方法本底读数标准偏差的来源之一。根据现有实验数据分析的结果认为能谱法K值涨落与过滤材料的均匀性和测量时计数的标准偏差有关。假符合法K值涨落主要决定于测量时计数的标准偏差。当然电路的稳定性也造成一定影响但对本底读数标准偏差的贡献不是主要的。

鉴于间断取样的即时测量要求达到快速给出测量结果的目的,灵敏度公式中含有取样、等待和测量总时间因子T是可取的,以便于各种方法在一定条件下进行比较,时间因子应限定在目前实际采用的范围,否则无意义。

能谱法较假符合法灵敏度高约一个数量级的结论是根据采用的灵敏度公式和有关文献[4]报道的实验数据估算得出,该实验数据是在当时国内使用的取样材料,仪器装置和测量方法可达到水平条件下获得的。能谱法的灵敏度是根据监测239Pu α气溶胶条件下实验测得数据估算得到,如监测其它同位素需要改变人工道址,各参数相应有所改变,能谱法的灵敏也会有些变化。

国外介绍类似的监测α气溶胶浓度方法其灵敏度估算,一般先估算一下经补偿后天然氡气子体在所定条件下的α计数,再根据监测对象的最大允许浓度计算在同样条件下α粒子计数,视后者高于前者情况确定灵敏度。近年国内关于放射性气溶胶监测方面文章报导有采用甄别能量的假符合方法[5];取样滤纸的性能亦有仔细研究[6]

参考文献

[1] Tanaka E, Iwadate S, Miwa H, et al. A High-Sensitivity Continous Plutonium Air Moitor, Health Physics, 1968,14(5):473-482.

[2] Altshuler B, Pasternack B. Statistical Measures of the Lower Limit of Detection of a Radioactivity Counter[J]. Healty Physics, 1963,9:293-298.

[3] 岳清宇. 放射性气溶胶监测[M]//李德平, 潘自强, 主编. 辐射防护手册 第二分册. 北京:原子能出版社, 1988:223-236.

[4] 岳清宇, 夏益华, 杨英俊, 等. 用半导体探测器及微孔滤膜监测α气溶胶[J]. 生物化学与生物物理进展, 1975,3:5.

[5] 牟长丽, 黄子瀚, 徐宏坤, 等. 新型放射性气溶胶连续监测仪的研制[J]. 核电子学与探测技术, 2014,34(9):1073-1078.

[6] 傅翠明, 李静韬, 张志龙, 等. 用于放射性气溶胶连续监测仪的新型滤纸测试[J]. 辐射防护通讯, 2003,23(5):32-34.

岳清宇,王惠
《辐射防护通讯》 2018年第06期
《辐射防护通讯》2018年第06期文献

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