基于静电收集法连续快速跟踪测量变化的222Rn浓度的若干重要问题研究

The main natural radiations received by humans are from radon and its daughters. In 2009, WHO confirmed that indoor radon can increase the risk of developing lung cancer for general population and therefore adopted more stringent standards for indoor radon control. Radon is widely used as a tracer due to its migration ability and chemical stability. Instruments used currently for continuously measuring radon concentration are suitable only for monitoring the average radon concentration in the environment; they are incapable of tracing changes in radon concentration in real time. It is inappropriate to use those instruments to deeply study radon flow and diffusion mechanism, radon emanation characteristics, and material's ability to absorb radon, etc. Based on the current mainstream approach to monitoring radon by continuously measuring radon using the electrostatic collection method, we have, in our preliminary studies, established a method for continuously and quickly tracing changes of radon concentration. In this proposed project, we will research into the following aspects: stability conditions of the above method; detection limits and error requirements of the instruments; characteristics of response to radon concentration changing at different frequencies; error sources and suppression methods; the best correction methods; designs of appropriate experimental setup for validation; and other important issues. This project is of great importance both scientifically and in practical application in that it will provide a theoretical foundation and technical means for radon monitoring and protection, and for developing new methods and technology to apply radon as a tracer.

人类所受到的天然辐射主要来自氡及其子体，2009年WHO确认室内氡可以引起普通人群肺癌危险增加并对室内氡采取了更严格的控制标准。氡迁移能力强且化学性质稳定，作为一种示踪元素被广泛应用。当前连续测量氡浓度的方法和仪器适用于环境平均氡浓度的测量，难以实时测量变化的氡浓度。这对于深入开展氡的扩散和渗流机理研究、氡的运移机制和析出特性研究、吸附材料对氡的吸附特性研究等是不利的。基于当前主流的静电收集法连续测氡原理，我们的前期研究已建立了快速连续跟踪测量变化的氡浓度的方法。本项目主要研究：该方法的稳定性条件及对仪器的探测下限和误差的要求；对按不同频率变化的氡浓度的响应特性；误差来源及抑制方法；针对不同使用目的，何种修正方法最佳等重要问题。并且设计相应的实验装置进行验证。本项目的研究可以为氡监测和防护、氡示踪应用等领域中的新方法与新技术研究提供理论基础和技术手段，具有重大的科学意义和实用价值。

人类所受到的天然辐射主要来自氡及其子体，2009 年WHO 确认室内氡可以引起普通人群肺癌危险增加并对室内氡采取了更严格的控制标准。氡迁移能力强且化学性质稳定，作为一种示踪元素被广泛应用。当前连续测量氡浓度的方法和仪器适用于环境平均氡浓度的测量，难以实时测量变化的氡浓度。这对于深入开展氡的扩散和渗流机理研究、氡的运移机制和析出特性研究、吸附材料对氡的吸附特性研究等是不利的。理论研究发现：静电收集法连续跟踪测量变化的氡浓度的修正算法是一阶微分方程，是天然稳定的。但是在实际应用中，由于每个测量周期的测量误差在该算法中放大，衰减，叠加效应可能导致后面测量周期中利用该修正算法的得到的氡浓度与实际值差异交大。能够根据实际测量的要求来选择合适的测量周期来抑制该效应。通过理论研究和相关验证试验已发现：氡浓度阶跃变化上升时，静电收集法连续跟踪测量变化的氡浓度的修正算法能够较好的追踪变化的氡浓度，误差较小，这是因为在变化前的周期氡浓度较低，测量误差的绝对值较小，这样放大，衰减，叠加到阶跃变化后较高的氡浓度时，相对误差较小；氡浓度阶跃变化下降时，利用静电收集法连续跟踪测量变化的氡浓度的修正算法追踪变化的氡浓度误差较大，这是因为在变化前的周期氡浓度较高，测量误差的绝对值较大，这样放大，衰减，叠加到阶跃变化后较低的氡浓度时，相对误差较大。利用快速追踪变化氡浓度的算法对按矩形规律变化的氡浓度进行追踪，提出了用0值代替不合理的负值来减小误差的方法。