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氡及其子体是人类所受天然本底辐射的最主要来源,而氡子体是造成人类照射剂量的直接原因,氡子体的准确测量与剂量评价受到了广泛的关注。标准氡室是进行氡子体测量仪器比对检定和氡子体行为规律研究的重要实验装置。中国计量科学研究院国家标准氡室的建立,其目的是要实现气溶胶与氡子体水平的稳定调控,以期实现氡子体浓度的计量与刻度。而实现氡子体水平的稳定调控,需要基于对氡室内气溶胶和氡子体行为规律的理解。为此,本文对氡室内气溶胶和氡子体行为规律进行研究。 本文介绍的研究工作主要分为两个部分:第一部分是氡室内气溶胶行为规律的实验研究,其目的是为了弄清楚氡室内气溶胶的行为规律,进而实现气溶胶的稳定调控。第二部分则是氡室内氡子体行为规律的实验研究,其目的是为了弄清楚氡室内氡子体浓度及其未结合态份额随气溶胶浓度的变化规律,进而实现氡子体浓度的稳定调控。 本文的第一部分在分析回顾前人室内气溶胶模型基础上,提出了氡室内气溶胶行为规律的理论模型,通过实验设计,对上述理论模型进行了检验。为了能够更好地调控氡室内环境气溶胶参数,选择鼓入单分散气溶胶进行控制,气溶胶粒径在一段时间内保持稳定。理论分析表明,氡室内的单分散气溶胶从高浓度自然衰减的过程中,起主导作用的沉降作用和凝并作用可以分别用沉降系数与凝并系数来量化表征。通过拟合实际测量得到的气溶胶粒子数浓度衰减数据,可以得到某一粒径分布下的单分散气溶胶的沉降系数与凝并系数。研究表明,随着气溶胶粒子的粒径从58.7nm增长至436.4 nm,沉降系数从2.11×10-5 s-1减小至1.55×10-5s-1(285.2 nm),再逐渐增加至1.72×10-5 s-1;凝并系数从2.12×10-9 cm3s-1减小至3.82×10-10 cm3s-1。沉降系数、凝并系数变化规律同以往研究规律类似,测量值与其它实测值范围较为接近。综合考虑氡室中气溶胶的沉降和凝并规律,在氡室模拟正常环境(气溶胶浓度10000cm-3)情况下,“最稳定”粒径出现在252.6nm,其浓度减小5%的时间约为40 min,该值对于氡室中气溶胶浓度的稳定控制及氡子体浓度的控制具有重要意义。 本文的第二部分在经典Jacobi模型的基础上,结合氡室自身的参数,建立了氡室内氡子体模型。选取氡室调控时环境气溶胶参数与氡气体活度浓度参数,从理论上计算出氡室内的氡子体未结合态份额与气溶胶粒子数浓度的关系。通过氡室内未结合态份额随气溶胶浓度变化的实验测量,对比理论计算结果,研究发现,在气溶胶粒径(CMD=250nm,GSD=1.5)稳定不变,氡气体浓度保持在(10315±495) Bq/m3,气溶胶浓度从46000cm-3缓慢衰减至250cm-3情况下,氡室内氡子体浓度随着气溶胶浓度的降低而降低,从7800Bq/m3变化到700Bq/m3,而氡子体未结合态份额随着气溶胶浓度的降低先缓慢升高后快速升高,从0.93%增加至50.9%。同理论计算的曲线比较发现,由Jacobi模型和氡室自身参数计算出的近似表达式与准确表达式对应的曲线与氡室的实测未结合态份额数据点吻合地较好。 氡室内气溶胶与氡子体行为规律的实验研究为氡室实现自动稳定调控提供了基本数据。