新型测氡仪E-Perm和其选择方法
北京康高特科技有限公司
张鑫宇
氡是由长期存在于地壳中的放射性物质铀衰变而成的产物，在空气中普遍存在。虽然氡是惰性气体，不与大多数物质反应，但是它会随着时间的推移，自发进行放射性衰变危害人体的健康。我们不能完全屏蔽氡对人体的危害，但是只要进行有效控制，并经常检测，使氡的浓度保持在一定数值以下，其对人体的伤害*可以忽略不计。
氡的浓度一般使用放射性活度单位，因此可以在各种检测报告上看到测量结果为Bq/m3（贝克勒尔/立方米）或pCi/L（皮居里/升）。其中贝克勒尔为国际单位制单位，这两个单位可以简单地由下式转换：
在核辐射测量仪器市场上有许多类型的测氡仪，有些使用闪烁体测量（PMT）、有些使用阿尔法粒子径迹测量（RADUET）、有些使用电离室测量（RTM1688、RAD7）、还有些使用光敏元件连续测量（1027）。这些仪器各有优势，但是它们共同的特点是测量误差较高、对环境要求比较严格。而且因为仪器昂贵，不能大量配备实现多点监测，浪费时间。
E-Perm是一款美国Rad Elec公司研发的适用于多种测量环境的测氡仪。仪器对环境的要求很低，可以用于室内和室外测量，在任何湿度（RH%＜*）和温度（T＜50℃）下都能保证*的测量结果。其中驻极体价格便宜，可以反复使用，因此能够实现同时多点测量。对于环保、建筑验收、疾控、研究所等需要*大量测量氡浓度的机构是*的选择。
原理简介
仪器由三个部分组成，驻极体（Fig1）、离子腔（Fig2）和电压读数器（Fig3）。
Fig1
Fig2
Fig3
仪器测量原理如图4所示，将驻极体和离子腔组合之后，形成一个电离室。空气中的氡通过扩散进入离子腔中。在仪器进气口处有过滤器，只允许气体进入，因此可以防止氡衰变产物Po对测量结果的影响。又因为钍（Th）的半衰期很短，不能及时地扩散到离子腔中，因此也可以排除钍对测量结果的影响。
氡在离子腔中发生阿尔法衰变，阿尔法粒子携带能量，将空气电离带正负电荷。驻极体带有700-780V电压，在离子腔中形成电场，正负电荷在电场中运动。正电荷接触导电腔壁，被导出仪器。负电荷接触驻极体，使驻极体电压降低。使用电压读数器读取驻极体电压，通过电压降低的多少和测量时间计算氡浓度。
*终用户只要将每个驻极体的电压输入软件，*能够自动计算出测量结果。
Fig4
氡浓度的计算方法如下所示：
其中，I为驻极体开始测量的电压，J为驻极体结束测量的电压，CF为不同驻极体离子腔组合的计算因数，其物理意义是将电离室置于1pCi/L的浓度环境下1天所消耗的电压。BG为伽马辐射本底值。
其中，A和B根据驻极体和离子腔的不同有所区别，是其固有参数。
操作步骤
仪器的操作非常简单，基本不用对仪器进行设置。
•使用电压读数器读取驻极体电压（I）
•将驻极体和离子腔组合成电离室（EIC）
•将电离室放置在需要测量的地点
•等待一段时间后取回电离室
•使用电压读数器读取驻极体电压（J）
•将数据输入软件，得到测量结果
用户需要在计算软件上输入开始日期、结束日期；开始电压、结束电压；本底值；驻极体序列号和电离室类型（请见选择方法）。软件能够自动计算出氡浓度、误差和精度。
选择方法
如上所述，仪器由三部分组成。
其中电压读数器用于读取电压，只有一种型号，不用选择。
驻极体分为两种类型：高灵敏度（ST）和低灵敏度（LT）。ST用于短时间测量，LT用于长时间测量。
离子腔分为四种类型：长时间测量腔（L 58ml）、带开关长时间测量腔（L-OO 53ml）、带开关标准测量腔（S 210ml）和短时间测量腔（H 960ml）。离子腔体积越大测量时间越短，误差越小。带开关和不带开关的区别是带开关的离子腔能够暂停测量，而不带开关的离子腔一旦安装好后立即开始测量。
根据用户对*小检测浓度、*大浓度、检测时间、允许误差的要求，可以选择不同的驻极体和离子腔，组合成电离室。电离室型号例如SST表示使用S带开关标准测量离子腔和ST高灵敏度驻极体；LLT-OO表示使用L-OO带开关长时间测量离子腔和LT低灵敏度驻极体。
不同型号的电离室*小检出限和测量时间如下：
|
类型 |
测量时间（天） |
50%误差限*小检出值（pCi/L） |
25%误差限*小检出值（pCi/L） |
10%误差限*小检出值（pCi/L） |
准确度 浓度4pCi/L |
|
SST |
2 |
0.4 |
0.9 |
3.4 |
9.3% |
|
|
7 |
0.2 |
0.4 |
1.3 |
5.9% |
|
SLT |
30 |
0.3 |
0.5 |
2.7 |
7.9% |
|
|
120 |
0.2 |
0.4 |
1.2 |
5.7% |
|
LLT |
91 |
0.3 |
1.1 |
5.2 |
11.4% |
|
|
365 |
0.2 |
0.4 |
1.4 |
6.1% |
|
LLT-OO |
91 |
0.3 |
1.1 |
5.7 |
12.6% |
|
|
365 |
0.2 |
0.4 |
1.6 |
6.8% |
|
LST-OO |
30 |
0.2 |
0.4 |
1.4 |
6.9% |
|
|
91 |
0.2 |
0.4 |
1.2 |
6.2% |
|
HST |
2 |
0.19 |
0.4 |
1.1 |
6.5% |
*测量时间为推荐测量时间，可以适当缩短。
不同型号的电离室的*大测量浓度称为动态范围（Dynamic Range）通过下式算出：
例如SST的CF值为2.1198，通过上式算得DR=260pCi/L。此数字的物理意义是如果氡浓度为260pCi/L，那么用SST电离室测量1天，驻极体上的电压将从750V降低至200V。也即如果氡浓度为26pCi/L，使用SST电离室测量10天，驻极体上的电压将从750V降低至200V。
不同型号的电离室*大测量浓度如下（1天）：
|
E-Perm电离室型号 |
电离室体积（ml） |
动态范围（pCi/L-days） |
|
HST |
960 |
50 |
|
HLT |
960 |
600 |
|
SST |
210 |
277 |
|
SLT |
210 |
3307 |
|
LST-OO |
53 |
1830 |
|
LLT-OO |
53 |
20557 |
|
LLT |
58 |
18688 |
根据上面两个参数表，电离室型号选择步骤如下：
•首先确定测量时间，例如1天以内出结果*需要选择HST或SST。长时间测量选择SLT或LLT-OO。
•接着确定测量平均浓度。通过平均浓度和*大测量浓度表选择能够满足条件的型号。例如如果平均浓度为2pCi/L那么选择HST和SST都可以，这两种型号的使用寿命分别为25天和138天。如果平均浓度为30-40pCi/L，那么*需要选择动态范围相对较大的电离室，从而保证使用寿命。比如选择HST的话，驻极体只能使用1-2天，消耗过快，而选择LST-OO则可以使用46天。
•*后确定测量下限。根据需要的误差限选择对应的*小测量值。例如如果在允许误差限为10%的要求下，需要*到1pCi/L，则需要选择HST测量2天、LST-OO测量120天或SLT测量120天。
E-Perm测氡仪以其价格低廉、操作简单、测量结果*、功能多样可选、多点检测等优点被人们认可。充分了解仪器测量原理，正确选择仪器型号能够帮助您在测量氡浓度过程中事半功倍。相信选择E-Perm测氡仪能够大大拓宽氡气检测机构的服务范围和应用领域。
参考文献
1.P.Kotrappa and D.Steck ELECTRET ION CHAMBER-BASED PASSIVE RADON–THORON DISCRIMINATIVE MONITORS. Radiation Protection Dosimetry (2010), Vol. 141, No. 4, pp. 386–389
2.E-Perm System user manual version 2.321
3.Chen, J., Tokonami, S., Sorimachi, A., Takahashi, H.and Falcomer, R. Preliminary results of simultaneous radon and thoron tests in Ottawa. Radiat. Prot. Dosim.130, 253–256 (2008).
4.Tokonami, S., Takahashi, H., Kobayashi, Y., Zhuo, W.and Hulber, E. Up-to-date radon-thoron discriminative detector for a large scale survey. Rev. Sci. Instrum. 76,113505– 113509 (2005).
5.Kotrappa, P., Dempsey, J. C., Ramsey, R. W. and Stieff, L. R.A practical E-PERM TM (electret passive environmental radon monitor) system for indoor 222Rn measurement.HealthPhys.58, 461–467 (1990).