SD-3系列测氡仪检查源在FD-125测氡仪坪曲线测试工作中的实验研究

张光顺,起卫罗李朝明,李艳池,龙艳,应骁睿

(1．云南省地震局，云南 昆明 650224；2．云南省地震局滇西地震预报实验场，云南 大理 671000；3．云南省地震局洱源地震台，云南 洱源 671200；4．云南省普洱市地震局，云南 普洱 665000)

SD-3系列测氡仪检查源在FD-125测氡仪坪曲线测试工作中的实验研究

张光顺1,起卫罗1李朝明2,李艳池3,龙艳4,应骁睿1

(1．云南省地震局，云南 昆明 650224；2．云南省地震局滇西地震预报实验场，云南 大理 671000；3．云南省地震局洱源地震台，云南 洱源 671200；4．云南省普洱市地震局，云南 普洱 665000)

在FD-125测氡仪检查工作中，需使用α检查源或固体氡气源测试高压-坪曲线来确定及检查最佳工作高压。由于厂家提供α检查源测试高压-计数率坪曲线坪区不明显、氡源故障，造成在FD-125测氡仪检查工作中难以对工作高压进行检查的问题。考虑到SD-3系列测氡仪其工作原理与FD-125测氡仪基本一致，SD-3系列测氡仪故障后所配置α检查源仍然可用，因此，将SD-3测氡仪检查源用于FD-125测氡仪的检查工作，经测试效果较好。

SD-3；FD-125；测氡仪；检查源；坪曲线

地下流体观测是地震监测预报中的一项重要手段[1]，20世纪50年代，地下水中和土壤气中氡浓度的测定在地震监测预报应用中逐步推广[2]，在中国地震监测台网中，氡观测是开展得最为广泛的前兆测项之一，连续观测地下水中氡含量的变化，有可能是地震孕育与发生所引起的[3]。当前，中国大陆地震系统水氡观测普遍使用70年代生产的FD-105K静电计(已经停产)和FD-125型氡钍分析器，FD-125测氡仪作为水氡观测的主流仪器，在地震监测台网发挥了不可替代的作用[3]。FD-125测氡仪由氡钍分析器及定标器组成，在仪器安装及检查工作中，需要绘出本底计数率曲线(用一个闪烁室做计数源)和工作高压计数率(固体α检查源为计数源)曲线，根据两条曲线图，确定最佳工作高压值。如无固体α检查源，可用闪烁室吸入氡气源代替，须等待180 min氡射气平衡后才能确定[4]。近年来生产的FD-125测氡仪器，厂家提供检查源为239Pu粘贴在闪烁室内部，可能由于配置活度小使得计数率偏低，且坪区不明显，在测试数据中难以寻找到正确坪区。仪器中氡气固体源大多是20世纪90年代购置的，现已出现严重老化或装置故障，部分装置已报废。由于高活度氡气固体源购买审批手续复杂，一旦购买后不但要长期接受放射性监管，而且由于国家对于放射性物质运输管理制度严格，给氡源的定期质检带来了极大的困难。GD—L2小型流通式氡源由于氡气平衡仓体积小、影响因素较多，RN—FD型循环式氡气固体源在使用期间需要用计量传递测氡仪重新刻度，但未广泛推广。进口AlphaGUARD P2000F测氡仪利用水中溶解氡进行了氡观测仪器校准实验，认为水中溶解氡校准方法可行，可以代替目前氡气固体源校准[5]。

由于厂家提供α检查源测试高压-计数率坪曲线坪区不明显和氡源故障，造成在FD-125测氡仪检查工作中将难以对工作高压进行确定。SD-3系列测氡仪出厂时每套仪器均配置一个检查源，用于日常检查标定工作，坪区较宽且稳定，但随着仪器生产厂家关闭，该系列仪器故障后难以修复。考虑FD-125测氡仪及SD-3测氡仪的基本工作原理相同，为便于有效开展FD-125测氡仪检查工作，而开展SD-3测氡仪检查源用于FD-125测氡仪的检查工作实验。

1 闪烁法测氡仪基本工作原理

SD-3系列测氡仪及FD-125测氡仪均采用闪烁法来测试样品氡气的含量。闪烁室是氡气测量仪器的传感换能装置，ZnS(Ag)闪烁体是一种多晶白色粉末，颗粒度为几十微米，对探测a粒子效率很高，发光衰减时间短，ZnS(Ag)发射光谱最强波长为 4 500 nm[6]。当氡气进入闪烁室后，氡衰变过程中产生的α粒子轰击闪烁室内ZnS(Ag)晶体，引起ZnS(Ag)原子激发而放出光子，此光子被光电倍增管接收后，在其光电阴极上产生电子，完成光电转换。电子受电场作用聚焦到光电倍增管的阴极上，激发出二次电子，最后二次电子被加速放大成电子流，在光电倍增管的负载电阻上形成脉冲电流后输出脉冲电压[7]。根据闪烁室内α粒子的数目与氡气的浓度成正比，即与闪光的频率成正比，记录光电倍增管输出的脉冲频率也就可知闪烁室内的氡浓度。

2 FD-125水氡仪新配检查源测试分析及存在问题

在对FD-125测氡仪进行高压-计数率坪曲线检查工作中，使用厂家新配置检查源(十字隔板)和改动检查源(一片隔板)测定在不同工作高压下的计数率，分别测试两次，后取平均值，绘出工作高压-坪曲线见图1a，通过用台站原有示值为 24 000脉冲/min的α检查源(兰州信达研究所生产)对同一套仪器进行不同工作高压下的计数率测定，绘出工作高压-坪曲线见图1b。

图1 工作高压-坪曲线测试数据

图2 几种型号测氡仪检查源结构实物图

从测试数据分析，用新配的十字隔板α检查源检查，误差小于等于±5%的没有坪区，误差在±10%内的坪区120 V(实线框)，用一片隔板239Pu标准固体α检查源检查，误差小于等于±5%的坪区也没有，误差在±10%内的坪区也只有120 V(虚线框)，且斜率较大。而用台站原有值为 24 000脉冲/min的固体α检查源检查，误差小于等于±5%的坪区范围有210 V(实线框)，误差小于等于±10%的坪区范围有290 V(虚线框)，且斜率较小。说明FD-125水氡仪中氡钍分析仪及定标器工作正常，新配α检查源测试坪曲线结果不稳定，坪区窄、误差大，坪区特点表现不显著。源的强度不变，减少一片隔板就减少了α粒子轰击ZnS(Ag)粉的面积，从而降低了脉冲测值，坪区仍然不稳定。因此，FD-125水氡仪新配检查源在开展日常检查工作存在难以确定工作高压的问题。

3 几种型号测氡仪配置检查源情况

SD-3A自动测氡仪检查源选用片状239Pu源[6]，内部结构如图2a所示。SD-3B水氡仪与SD-3A自动测氡仪均为北京陆洋科技开发有限公司生产，与SD-3A的基本工作原理一致，α检查源结构基本一致，实物如图2b所示。SD-3A自动测氡仪和SD-3B水氡仪检查源内部结构参见图2c，可见其结构一致，均采用片状239Pu源紧贴(间距约3 mm)在内侧喷有ZnS(Ag)粉的有机玻璃面上，有机玻璃面另一面未喷ZnS(Ag)粉，使α粒子轰击内侧ZnS(Ag)粉产生的微弱亮光，能够透过有机玻璃面，光电倍增管接受其微弱亮光进行计数。从FD-125水氡仪配置239Pu源说明书查询，239Pu源半衰期为 2.413 1×105年，辐射形式为 5.155 4 MeV的α能量射线，托片材料为厚度1.0 mm、直径35 mm不锈钢上涂有直径为25 mm的放射性Pu，编号为Pu794，源强度为1.01×105表面粒子数/(2π分)，参考源强度测量误差为±5%，实物参见图2d。该检查源将239Pu源粘贴在闪烁室内部隔板上，闪烁室直径为100 mm，239Pu源粘贴在中间位置，即239Pu源放射出的α粒子在闪烁室内部经一定距离的传输后轰击ZnS(Ag)粉产生微弱亮光，经闪烁室底部有机玻璃面透射至光电倍增光进行计数，有效使用闪烁室25%的空间。

4 检查源改进实验研究

新配检查源高压-计数率坪曲线坪区不明显、氡源故障等会造成FD-125测氡仪检查工作中将难以对工作高压进行确定的问题。由于SD-3系列测氡仪与FD-125测氡仪基本工作原理一致，所配置检查源均为239Pu源，SD-3系列测氡仪测试高压-计数率坪曲线则较为便捷，且坪区在400 V左右，为此，笔者尝试从以下两个方面进行实验。

4.1 SD-3B水氡仪检查源用于FD-125测氡仪的改进实验

将SD-3B水氡仪检查源放置于FD-125测氡仪光电倍增管上方，可直接进行高压-计数率坪曲线测试，须注意的是，在放置检查源时要注意避光处理，如关机情况下放置，并使用绒布遮光防护等。检查源实物放置情况及测试高压-计数率曲线参见图3。我们测试仪器氡钍分析仪编号为073，定标器型号为BHC-336，定标器编号为2013005。从图3b中可得出，误差小于等于±5%的坪区范围有250 V(675～925 V)，且坪区平稳，完全满足坪区200 V的要求，本项改进实验效果较好。

图3 SD-3B水氡仪检查源用于FD-125水氡仪放置位置及测试数据

4.2 SD-3A气氡仪检查源用于FD-125测氡仪的改进实验

将故障的SD-3A型气氡仪测氡装置内闪烁室拆卸，为确保辐射安全，过程中佩戴橡胶手套。取出检查源金属支架，截取检查源所处金属圆盘，见图4a所示，将检查源金属圆盘放置于FD-125测氡仪闪烁室内，有机玻璃面朝下，见图4b，使用泡沫固定后螺丝旋紧，将装有检查源的闪烁室直接放置于光电倍增管上方进行高压-计数率坪曲线测试，见图图4c。测试仪器氡钍分析仪编号068，定标器型号BHC-336，定标器编号2013009。从图4c中可得出，误差小于等于±5%的坪区范围有180 V，误差小于等于±10%的坪区范围也为180 V，且坪区稳定，基本满足坪区200 V的要求，说明本次改进实验效果良好。

图4 SD-3A气氡仪检查源改进后用于FD-125测氡仪及测试数据

5 结论及讨论

将SD-3B水氡仪、SD-3A气氡仪配置的检查源用于FD-125测氡仪开展检查工作的方法是行之有效的，已在云南多个观测站测试使用。本方法解决FD-125测氡仪在使用新配置检查源进行检查工作中出现的坪区特点表现不显著，及氡源故障后难以确定工作高压的问题，为其它闪烁法测氡仪开展检查调试工作提供借鉴。FD-125测氡仪厂家配置的检查源可能由于剂量小、239Pu源放射的α粒子未能有效轰击ZnS(Ag)晶体等，导致高压-计数率坪曲线检查工作中坪区特点表现不显著。需在对239Pu源放射出的α粒子数量、能量、有效射程等熟练掌握后，再开展进一步试验研究。

致谢：本文得到了滇西地震预报试验场、洱源地震台及普洱市地震局等技术人员的支持，在此表示感谢！

[1] 蒋薇薇,马城城,王玲玲,汪世仙,刘川琴.AlphaGUARDP2000便携测氡仪在地震观测中的应用与实验研究[J].地震工程学报,2015,37(3):901-905.

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[3] 姚玉霞,任宏微,郭丽爽,王康,苗在鹏,叶媛媛,马荣荣.AlphaGUARD与FD-125测氡仪的对比观测研究[J].震灾防御技术,2016,11(3):642-646.

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[5] 任宏微,姚玉霞,黄仁桂,陈兰庆,王桂清.地震监测氡观测仪器校准新方法研究[J].地震.2016,36(3):46-54.

[6] 张平,刘北顺,邢玉安,师会,武建华.SD-3A型自动测氡仪[J].华北地震科学,2000,18(2):76-80.

[7] 李志鹏,赵冬.SD-3A型自动测氡仪故障检修[J].四川地震,2012(3):31-31.

Usingtheα-check-sourceofSD-3EmanometertofindtheTesting-plateau-curveofFD-125Emanometer

ZHANG Guangshun1, QI Weiluo1, LI Chaoming2, LI Yanchi3, LONG Yan4, YING Xiaorui1

(1．Yunnan Earthquake Agency, Yunnan Kunming 650224;2．The Earthquake Prediction Test Site in Western Yunnan, Yunnan Dali 671000;3．Eryuan Seismic Station, Yunnan Eryuan 671200; 4 Puer Earthquake Office, Yunnan Puer 665000，China)

We often check and determine the best working high-voltage by using the testing-plateau-curve, which needs the ɑ-check-source or solid radon gas. In order to check the FD-125 emanometer, we often meet some problems. For example, the plateau-curve of manufacture is not very clear, and the radon source is out of work, and so on. These problems bring about difficulty of determining best working high-voltage. Considering the same principle of measurement between the FD-125 and SD-3, we try to use the ɑ-check-source of SD-3 to check the FD-125, when it was scraped. After the test analyzing, using the old ɑ-check-source of SD-3 to check the FD-125 has got a good result.

SD-3; FD-125; radon detector; check source; testing-plateau-curve

2017-09-20

张光顺(1978-)，男，汉族，云南省大理市人，工程师，主要从事前兆流体测项仪器设备安装运维、资料分析等；Email: 395179485@qq.com.

P332.7

B

1001-8115(2017)04-0039-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.04.010