钍射气室流场模式下Rn-220及其子体同时调控方法及优化

Thoron and its progeny are non-negligible sources of natural radiation for human. In order to ensure the quality of measurement and assessment, the standard thoron chamber which has good control ability should be established for calibration of the instruments. It is hard to concurrently achieve good control performance for thoron and its progeny in thoron chamber, particularly it is a problem to control.thoron and its progeny simultaneously, because there are large differences of half-life and state of matter between thoron and its progeny. This project propose to study plans and theory models of controlling thoron and its progeny simultaneously in air flow field of thoron chamber which are based on the thoron progeny complementary technology by using theoretical analysis and modeling method, establish a method for measuring loss rate of thoron progeny when thoron progeny go around in a cyclic flow field, emphatically analyze relationships between wind speed and the loss rate of thoron progeny and uniformity of progeny, optimize the new control method and test performances such as scope of control, stability, uniformity and response time, and contrastively verify through experiment and numerical simulation. In this project it will be truth to control thoron and its progeny simultaneously in air flow field of thoron chamber. The research will be great significance to improve the control of thoron chamber and enhance the metrology of thoron and its progeny in China.

Rn-220及其子体是人类所受天然辐射不可忽视的来源，为准确测量与评价其辐射剂量，需建立调控能力强的钍射气室用于测量仪器的刻度或校准。由于Rn-220与其子体在半衰期、物态等方面差异较大，使得钍射气室Rn-220与其子体的调控性能难以兼顾，特别是存在钍射气室流场模式下Rn-220与其子体不能同时调控的难题。本项目拟基于Rn-220子体补充技术，采用理论分析与建模的方法开展钍射气室流场模式下Rn-220及其子体同时调控方案和理论模型的研究，建立循环流场下Rn-220子体循环损失率测量方法，着重分析循环风速与子体损失率和子体均匀性的关系，最后通过实验和数值模拟对调控方法进行优化，对调控范围、稳定性、均匀性、调控时间等性能进行测试与验证。本项目将解决钍射气室流场模式下Rn-220及其子体不能同时调控的难题，对进一步提高钍射气室调控水平和提升我国Rn-220及其子体计量水平，具有重要意义。

氡是人类所受天然辐射的主要来源，被世界卫生组织（WHO）列为吸烟之后导致肺癌的第二大诱因。为准确测量与评价其辐射剂量，需建立调控能力强的钍射气室用于测量仪器的刻度或校准。本项目开展了以下几方面研究：（1）开展了220Rn室流场模式下220Rn及其子体同时调控的方案研究。研究确立了220Rn室流场模式下220Rn及其子体浓度循环调控方案，在此基础上推导出220Rn室流场模式下220Rn浓度随时间变化的微分方程，并得出220Rn室流场模式下220Rn平衡浓度。（2）建立了220Rn室流场模式下220Rn及其子体同时调控理论模型。从理论上推导了220Rn室流场“一次通过”模式下220Rn子体浓度的数学关系式，推导得出该模式下220Rn子体的平衡浓度。相比常规循环模式，该调控方法存在时间响应更快和稳定性更好的特点，提高了220Rn室的调控能力。（3）开展了220Rn子体循环损失率测量方法研究。将220Rn室子体的附壁损失率和沉积损失率等影响因素综合为循环损失率，首次提出了“220Rn子体循环损失率”这一概念及其测量方法，解决了220Rn室子体损失影响因素复杂的问题。实验表明：气溶胶粒径中位值为200nm，风机频率在15Hz-30Hz内时循环损失率变化较小；风机频率保持在25Hz，气溶胶粒径中位值在200nm以下时循环损失率较低且变化不大。（4）开展了220Rn室流场模式下220Rn及其子体同时调控方法的理论与实验验证及优化研究。采用数值模拟与实验结合的方法，给出了子体源箱的子体输出最优化方案和220Rn室子体同时调控的最优化方案：①当改变源箱入口流率至9L/min时源箱子体输出率能够提高20.25%，改变箱体轴向长度至140cm时源箱子体输出率能够提高48.51%。②220Rn室流场模式下，220Rn室风扇转速越低，子体的均匀性越差，但是子体的浓度越高；220Rn室子体补充速率越小，子体的均匀性越好，但是子体浓度越低。风机转速从50rpm增至500rpm时，子体浓度均匀性越好，子体浓度达到平衡的时间缩短了48.4%，但是子体浓度显著降低。子体补充速率从2L/min增加至9L/min时，212Pb/212Bi的均匀性变差，但是子体浓度显著升高。该研究成果能够实现220Rn 室流场模式下 220Rn 及其子体同时调控，为建立调控能力强的钍射气室提供基础。