极低本底氡浓度测量技术研究

The main natural radiations received by humans are from radon and their daughters. Radon also is an important tracer nuclide. China Jinping underground laboratory vertical rock covering 2,400 meters, it is world-class clean and low-radiation research platform. Now, radon monitors based on electrostatic collection method have been widely applied due to good anti-interference and the ability to distinguish 222Rn, 220Rn. Using the electrostatic collection method to measure very low background radon concentrations has the principle advantage. The project will establish an electrostatic collection measuring chamber witch volume is 1000 liters to solve some still existence key issues on the methodology for measuring very low background radon concentration, and further theoretical research and experimental verification. The detection limit of this device for direct measuring the radon concentration in the air reaches 0.1 mBq /m3, exceeding the detection limit of 0.3 mBq/m3 of ultra-high sensitivity radon detector developed by Mitsuda et al. of Japan. After enriching radon in the air by activated carbon fiber without radium, the desorbed high concentration radon is sent to the device, and the detection limit of this device for indirect measuring the radon concentration in the air reaches 1 uBq /m3. This project will provide a theoretical foundation and technical means for radon monitoring and protection, and support for effectively assessing the background of environmental radiation impacts on the very low background physics experiments.

人类所受到的天然辐射主要来自氡及其子体，氡还是一种重要的示踪核素。中国锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，是世界一流的洁净的低辐射研究平台。目前，静电收集法测氡仪抗干扰性好且能够分辨Rn-222, Rn-220，得到了广泛应用。采用静电收集法测量极低本底氡浓度具有原理上的优势。本项目将建立体积为1000升的静电收集测量腔，解决极低本底氡浓度测量方法学上尚存在的一些关键问题，并进行进一步的理论研究和实验验证。本装置直接测量空气氡浓度的探测下限达到0.1 mBq/m3，超过日本Mitsuda等研制的超高灵敏度测氡仪的探测下限0.3 mBq/m3；利用无镭活性炭纤维对空气中的氡进行富集后，解析后的高浓度氡送入本装置，本装置间接测量空气氡浓度的探测下限达到1 uBq/m3。本项目的研究可以为氡监测和防护提供理论基础和技术手段，为有效评估环境辐射本底对极低本底物理实验的影响提供支撑。

人类所受到的天然辐射主要来自氡及其子体，氡还是一种重要的示踪核素。中国锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，是世界一流的洁净的低辐射研究平台。目前，静电收集法测氡仪抗干扰性好且能够分辨Rn-222, Rn-220，得到了广泛应用。采用静电收集法测量极低本底氡浓度具有原理上的优势。本项目成功研制了一套空气干燥装置，环境中的空气经过空气压缩机、膜干燥器后，控制输出端空气流量为50L/min（常压），其绝对湿度能达到0.02g/m3以下，甚至0.01g/m3；还成功研制了：低电子学噪音的前放电路；高精度多道；极低本底氡浓度测量的上位机、下位机软件；1立方米的测氡仪腔体。解决了极低本底氡浓度测量方法学上的一些关键问题并进行了实验验证。根据能谱图，选定1042-1103道为Po-218能谱区域；1345-1406道为Po-214能谱区域。通过长时间的测量，得到在0.01克/立方米绝对湿度条件下，极低本底氡浓度测量装置的刻度因子为：23.1±0.9 (counts/day)/ (mBq/m3)。极低本底氡浓度测量装置的电子学部分的本底计数为：1.92±1.59 counts/day。根据公式计算得到90%置信度下的探测下限为0.11mBq/m3。超过日本研究者的研制的718升测氡仪的探测下限0.3mBq/m3。本项目研制的极低本底氡浓度测量装置，将应用于锦屏地下实验室的有关极低本底物理实验的本底氡浓度测量。本项目研制的低电子学噪音的前放电路和高精度多道正在应用于一种不受温湿度影响的静电收集法测氡仪的研制。本项目的研究可以为氡监测和防护提供理论基础和技术手段，为有效评估环境辐射本底对极低本底物理实验的影响提供支撑。