地下工程降氡技术的应用与现状

与开放空间相比,地下工程内空气氡含量较高,为保障内部工作和生活人员的身体健康,需进行环境空气降氡处理。目前活性炭吸附技术及静电除尘技术为地下工程局部降氡的主要技术。为保证除氡效率,活性炭吸附设备存在占地过大、能耗过高等问题,而静电除氡技术只能去除环境中未结合态氡子体,对氡气浓度及结合态氡子体无影响。通过对现有技术的介绍和对比,对新型金属有机骨架(MOFs)材料及气体膜分离组件在地下工程局部降氡的可行性进行了分析。     

地下工程氡防护方法及能力研究北大核心CSCD

为科学确定地下工程氡防护措施,本文根据地下工程氡防护经验,梳理了典型氡防护方法,并通过实际测量和性能实验,评价各种氡防护方法。结果表明,通风降氡是地下工程降氡普遍方法,对12000 m^(3)空间按照2 m^(3)/s风速通风1小时能够降低空气中氡浓度三分之一左右;吸附降氡能够对人员活动集中区域进行局部降氡,采用自研的移动降氡装置工作2小时能够使80 m^(3)含氡空气的氡浓度降低55%左右;屏蔽降氡能够对高氡析出率区域进行重点降氡,采用聚酰亚胺树脂防氡材料能够使阻氡效率大于99.5%。不同降氡方法都有其适用范围和优缺点,应根据地下工程实际情况进行优化设计。     

活性炭吸附-液闪法测量建材氡析出率的研究

为实现建材样品氡析出率的自动化测量,本文研究了一种活性炭吸附-液闪测量建材氡析出率的方法,并通过比较活性炭吸附-液闪法与活性炭吸附-γ能谱法在氡析出率标准装置、铀矿砂水泥砖及发泡砖表面测量值之间的差异,验证该方法的准确性。测量结果表明：活性炭吸附 液闪法可在一定条件下忽略反扩散的影响;根据制备的C-LS-Rn标准源可得其刻度系数为72.36 min^-1•Bq^-1,对氡的计数效率为120%;累积时间为72 h的最小可探测氡析出率为8.15×10^-4 Bq/(m²•s);该方法与活性炭吸附-γ能谱法测量结果的相对偏差为10%左右,在可接受范围内。     

活性炭盒测氡析出率探测效率校准方法研究

采用活性炭盒测氡析出率的方法已成为国内外普遍采用的一种常规测量方法,活性炭盒的探测效率是该方法的关键参数。由于现有仪器很难直接测量活性炭盒中的氡活度,因而活性炭盒氡活度的测定成为校准活性炭盒探测效率的难点。本文提出了一种解决活性炭盒氡活度测定问题并校准活性炭盒探测效率的方法。通过测量活性炭盒泄放的氡的活度和活性炭盒泄放氡气前后的γ净计数率,推导出活性炭盒探测效率的计算公式并设计对应的校准方法。利用该方法对内直径63 mm、内高度32 mm的活性炭盒的探测效率进行了5次校准,平均探测效率为6.57%±0.26%。根据活性炭盒以及γ能谱测量装置,设计蒙特卡罗计算模型,探测效率的模拟结果为6.92%,与实验结果相差5%,说明该活性炭盒探测效率的校准方法是准确和可靠的。     

气流比速对活性炭氡吸附影响研究

为提高活性炭的氡吸附效率以及为降低氡净化成本提供参考,研究了在主动吸附模式下,设置活性炭在不同气流比速的条件下进行氡吸附实验,测量活性炭的氡吸附量。杏壳活性炭与煤质活性炭的氡吸附量随气流比速度的增加,没有较大变化;气流比速在0.9~2.0 cm/s依次增大时,椰壳活性炭的氡吸附量没有较大变化。气流比速在2.0~3.1 cm/s依次增大时,椰壳活性炭的氡吸附量呈先增加后降低的趋势,当气流比速为2.7 cm/s左右时,椰壳活性炭氡吸附量达到峰值,可选取2.7 cm/s作为椰壳活性炭氡吸附的最佳气流比速。     

低温活性炭降氡技术研究

地下低本底实验室在创造低放射性本底实验环境方面有着很大的降氡需求,为此本文研发了一种原理性活性炭降氡装置,以筛选出的KC-6型活性炭为研究对象,使用连续进气法,在-50~25℃温度范围内测量了活性炭对氡的动力学吸附系数。实验结果表明,在该温度范围内,活性炭的动力学吸附系数与绝对温度呈指数关系,降低活性炭的温度能显著提高活性炭对氡的吸附性能,在-48℃的温度条件下,活性炭的动力学吸附系数达171.4L/g,较室温条件下增加了20倍以上。依据本实验获得的实验数据,计算出KC-6型活性炭的吸附热Q=(20.5±1.7)kJ/mol。     

活性炭对环境氡的吸附效果研究

利用活性炭对一定体积容器内天然矿石产生的氡进行吸附,使用氡测量仪对容器内的氡浓度进行测量,运用最小二乘法拟合最佳曲线计算出不同质量活性炭对氡的吸附程度,进而探讨了活性炭对环境氡的吸附效果。计算结果表明,活性炭对单位空间体积内的氡具有很好的吸附效果,能够很好地对室内氡进行改善,以达到室内除氡的效果。     

降氡活性炭微结构的X射线衍射研究

测定了四种活性炭对氡的动态吸附系数,其值有较大差距,对这四种活性炭进行了X射线衍射分析。对测得的X射线衍射强度谱,经过空气散射、自吸收和偏振校正后,利用Scherrer和Hirsch方法计算其微晶结构参数。结果表明,不同降氡性能的活性炭其微晶参数有较大差距,实验表明微晶尺度Lc为1.7 nm,La为1.9 nm,层叠数量为4的活性炭对氡有较强的吸附性能。     

活性炭结构改性对氡吸附能力差异的分析研究

活性炭是吸附氡的主要吸附剂,但对于活性炭吸附氡的研究目前主要集中在外界环境条件、氡浓度的改变等对其吸附氡效率的影响。为了从活性炭自身结构分析其对氡吸附的影响程度,通过对普通活性炭进行氧化活化,比较二者的氡吸附能力,最后从二者自身结构的差异分析其与氡吸附能力的关系。     

活性炭对氡吸附性能的影响因素研究

为了防止室内空气氡危害人体健康,采用被动式活性炭盒法,利用带铅室的低本底NaI (Tl)闪烁探测器测量活性炭样品的γ能谱总净计数,分别研究活性炭的吸附时间、干燥性、用量和放置位置对氡吸附量的影响,精确测量室内空气中的氡浓度。结果表明,最佳吸附时间为3 d或4 d;干燥的活性炭对氡的吸附能力强,前3 d,烘干活性炭的吸附量大于未烘干活性炭,最终两者吸附量相当;当氡在活性炭中的渗透深度小于活性炭的装填深度时,不同用量的活性炭对氡的吸附量相当,随着渗透深度增大,活性炭用量多的吸附量大;在氡浓度不均匀的密闭室内,活性炭放置位置对氡的吸附量无影响。综上所述,采用活性炭盒法测量室内空气氡浓度,应采用烘干、适量的活性炭,吸附时间为3 d或4 d,且不需考虑活性炭在室内的放置位置。     

单层丝网法氡子体未结合态份额测量中结合态氡子体的影响评估

为系统研究单层丝网法测量氡子体未结合态份额中结合态氡子体的影响,本研究基于理论分析和实验测量,评估了同一种环境下不同目数的丝网对结合态氡子体的收集效率,分析了同一种丝网应用于不同的环境测量时结合态氡子体对未结合态份额测量的影响。研究表明,不同目数的金属丝网对结合态氡子体的收集效率并不高（0.7%～1.0%）,但由于典型室内环境中结合态氡子体占比较高（～92%）,结合态氡子体的存在会导致氡子体未结合态份额的测量值出现一定的系统性正偏差（3.1%～9.5%）,且该系统性正偏差随丝网目数的增加而增加。同一目数丝网,从室内环境直接应用于室外、矿山环境时,由于结合态氡子体中粗粒子模态占比较高,导致氡子体未结合态份额测量值出现较大偏差。从理论计算结果看,典型室外、矿山环境的偏差分别达40.3%和113%,这说明在使用单层丝网法测量氡子体未结合态份额时,有必要针对不同环境对金属丝网进行优选,尽量减少氡子体未结合态份额测量偏差。     

不同压强下氡气运移实验研究

氡气在空气中的运移研究是氡气测量和防护的基础理论问题。论文以实验为基础,采用活性炭累积测氡法,对氡气在不同气体压强下的运移规律进行研究。得出:氡气在空气中运移速度与空气压强有关,空气压强越大,运移速度越快,在低压状态下向下运移更加明显;对比氡气在竖直方向和水平方向上测量结果,不管压强高低,氡气运移在竖直方向上的运移能力远远超过水平方向;在不同压强情况下氡气平均速度估算,常压下向上运移平均速度为1.02×10-6m/s、向下运移平均速度为2.08×10-6m/s,低压下(相对真空度为-0.06 MPa)氡气的向上运移平均速度为0.91×10-6 m/s、向下运移平均速度为2.77×10-6m/s,与实际测量结果符合性良好。     

Retrospective radon progeny measurements through measurements of Po activities on glass objects using stacked LR 115 detectors

A stacked LR 115 detector consisting of two active layers was proposed for determining ²¹⁰Po activity in glass surfaces after deposition of short-lived radon progeny. The sensitivities of both active layers were calculated. Two glass samples were exposed in a chamber to determine the experimental calibration factors for the radon gas and progeny, which were then compared with the theoretical calibration factors from simulations. The experimental and the simulated calibration factors for radon progeny agreed well. The discrepancy between the calibration factors for radon gas was due to a much higher equilibrium factor used in the experimental calibration than the nominal value assumed in the simulation. A mini-survey of contemporary and retrospective radon progeny concentrations was carried out at 10 residential sites. A relationship between contemporary and retrospective radon progeny concentrations was not readily observable.     

几种不同吸附氡性能活性炭的孔结构表征

在氡室内测定了4种椰壳基活性炭样品对氡的动态吸附系数,发现不同活性炭对氡的吸附能力有较大差别。为了分析活性炭降氡性能与孔结构的关系,采用氮吸附方法测定了4种样品在77.3K时对氮的吸附等温线,并计算了孔的比表面积、孔体积、平均孔径和孔径分布孔等参数。结果表明,比表面积为800m²/g时活性炭对氡有较强的吸附能力,比表面积相近时,微孔部分所占的百分比越高对氡的吸附能力越强。采用不同的理论方法对4种样品的孔径分布进行了表征。H-K方法计算的微孔分布表明微孔分布以超微孔为主,BJH方法的结果表明吸附氡性能较好的活性炭在中孔部分呈多峰分布,DFT全孔分布计算结果表明,微孔尺寸分布在0.7～2nm之间,中孔范围也有显著的多峰分布,但在孔径尺寸上与BJH方法得到的结果略有不同。     

Radon Emanation Phenomena: A Probabilistic Basis to Estimate Radon Emanation Coefficients Based on Its Zigzag Travel

Previous theoretical approaches based on mathematical models by other researchers to the subject of radon emanation assumed straight linear travel of radon generated in grains constituting rocks or soils. However, it is difficult for these approaches to explain high radon emanation coefficients for rocks or soils without the introduction of the ideas of radon indirect recoil or a threshold for imbedding into grains. Unlike them, the present authors proposed anotherhypothesis based on the idea of radon zigzag travel and elucidated high radon emanation in a previous paper. The radon zigzag travel is caused by many collisions of radon with atoms constituting the grains. The results of the theoretical calculation successfully supported the claims of nanopore presence by Rama and Moore and radium layer presence near grain surfaces by Krishnaswami and Seidemann in a unified manner. However, the present authors think there is still room to improve their theory and they want to entice researchers toward a better explanation of high radon emanation for rocks or soils. Therefore, they give a probabilistic basis for their hypothesis and make a comparison between radon emanation coefficients obtained on straight linear and zigzag travel models, before concluding with a validity check of the models.     

活性炭吸附法测量铀尾矿氡析出率

介绍一种用活性炭吸附法测量铀尾矿表面氡析出率的方法，简要叙述了采样器和测量仪器的性能、特点，刻度及测量方法。通过在铀尾矿库的现场连续一年的监测，研究铀尾矿库年氡析出率的变化规律，总结测量年平均氡析出率的最佳季节和条件。     

开环式氡析出率连续测量中抽气流率的影响

应用MATLAB对开环式氡析出率测量过程中不同抽气流率下集氡罩内氡浓度随时间的变化规律进行模拟计算,并用实验对计算结果进行了验证。结果表明,在氡析出率测量时保持集氡罩参数不变的情况下,随着抽气流率的增大,集氡罩内平衡氡浓度值减小,达到平衡氡浓度的时间也缩短。实验表明,集氡罩内的平衡氡浓度的减小可最大限度地减小泄露与反扩散的影响;抽气流率的变大使集氡罩内达到平衡氡浓度时间缩短以及集氡罩内的充气均匀性愈好。通过本次实验,获得的抽气流率为1.94-3.0 L·min~(-1),集氡罩底面积为299 cm~2,体积为1.79×10~(-3)m~3。