活性炭高灵敏度氡检测器

　　氡是一种放射性惰性气体，如果在空气中浓度过高会引起严重危害。为了实现对氡的高灵敏度的一种方法是将氡吸附在活性炭上，并测量来活性炭上吸附的氡及其后续的辐射。本次研究的是一种新型的气体传感器带有活性炭吸附剂的氡检测器/监测器。

　　活性炭氡检测器的设计理念

　　带温度补偿的活性炭探测器模块设计如图1所示。内部传感器使用活性炭吸附器和固体核径迹探测器(SSNTD)。在本实验中，使用了三种活性炭制成的纤维。活性炭用作氡收集器/散热器，而SSNTD则检测辐射量。补偿模块的壁由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯箔制成。根据造型选择箔的厚度和表面积，以达到合适的温度补偿。。当探测器在探测器模块外时，校准系数为CF0。然而，当探测器放置在其校准因子内时，平衡时将为CF =CF0.ρ，其中ρ是“穿透率”，即模块体积内空气中的平衡时氡浓度与浓度的比值在它周围的空气中。CF0与吸附容量k成正比并且遵循与k相同的温度趋势，而CF与kρ成正比。正如在其他地方所指出的，穿透体积中壁的部分ρ随着温度的升高而增加，因此温度的趋势与k的趋势相反。选择气体扩散通过的壁材、厚度、壁表面积和“补偿模块”的体积，以使kρ的温度变化在应用的温度区间内尽可能小。

　　图1：本实验中使用的带有活性炭检测器和SSNTD的补偿模块方案。

　　检测器的检验方法

　　实验是在3个不同的温度下进行的(在±0.5℃内保持恒定)：5℃、21℃和35℃，使用其他地方描述的实验室设施。分别在三种不同的Rn浓度下进行测试。测试期间的活动浓度为由氡气监测仪提供。将一对包装在模块中的检测器和一个未包装的检测器与每种使用的活性炭装入暴露室中。另一组相同对的条件下被留在室外低氡水平但与室中的温度相同。暴露后，所有暴露组都放置一周以在低氡水平(20Bqm-3)在与暴露相同的温度下。向外凝视后，拆除传感器，取下探测器并在10%NaOH下在60.0±0.1℃下蚀刻100分钟。蚀刻后，它们在冲洗水中清洗30分钟，然后在50%乙醇中放置2分钟。之后将它们晾干，并通过显微镜目测计数轨道以获得轨道密度。“探测器的轨道密度，这是由于探测器背景和探测器储存放气期间的低氡暴露，从暴露探测器的轨道密度中减去以获得净轨道密度。

　　活性炭检测器的效果

　　对于实验，使用三种活性炭的织物为探测器设计了单独的模块。对于前两种活性炭，模块是HDPE，对于第三种活性炭，模块是LDPE。单独设计遵循上述方法，考虑到每种活性炭织物的确切单独质量。在所有设计中，不同温度下的k(T)值根据方程式计算。活性炭的结果如图2所示。5℃时的CF0比35℃时的CF0高305%。相比之下，对于放置在补偿模块中的传感器，CF的变化在17%以内(最大值/最小值=1.17)。值得注意的是，在模块内部不同温度下暴露的传感器的CF之间的配差异在95%的显着性水平上没有统计学意义。发现所描述的带有补偿模块的探测器的CF明显高于其他常用的无源氡探测器。

　　图2：吸附器的实验结果暴露在9µm厚的HDPE箔模块的外部(CF0)和内部(CF)模块。

　　查看活性炭的检测器的结果(图2)可以看出，相同温度下的CF0在活性炭之间存在差异。这意味着不同活性炭的吸附能力存在一些差异。在所有模块设计中，假设21℃下的吸附容量值为4m3/kg-1。然而，由于我们的实验结果表明不同活性炭材料的k可能存在差异。不同k值的结果如图3所示。可以看出，对于区间2-6m3/kg-1内的所有k值，η的变化(例如最大/最小比率)与温度的变化远小于未包装传感器观察到的230-305%的变化。

　　图3：对于不同的k值，模块的η= kρ的温度依赖性。

　　本次提出了一种基于活性炭的具有温度影响补偿的新型高灵敏度无源氡探测器。目前研究的探测器由活性炭+SSNTD制成。检测器放置在补偿模块中，它显着降低了温度对所用吸附剂的吸附能力的影响。建模显示，根据实验结果，通过这种设计，CF在5-35℃范围内的温度变化可能从230-305%降低到6-17%。并且这种活性炭氡检测器可以制成扁平的、非常紧凑和灵活的。它们显示出比其他传统氡检测器更高的CF，灵敏度提高了7-9倍。