一种用于便携式测氡仪校准器的氡浓度控制方法技术领域
本发明属于辐射计量学领域，涉及一种用于便携式测氡仪校准器
的氡浓度控制方法。该方法不需要设置任何和环境相关初始浓度参
数，不采用外部监测仪器即可稳定获取氡测量仪器校准所需用稳定氡
浓度点。
背景技术
便携式测氡仪器校准器是应一些行业应用需求而设计的一种整
机体积小于0.5立方米，氡箱积为40～60L，总量小于30公斤，便
于外出作业时携带和运输，同时不增加额外氡浓度监测仪器，不设置
环境相关的氡浓度初始参数，能够快速获取校准仪器所需稳定氡气浓
度点，适用于固定安装型测氡仪的现场快速校准。目前国际国内针对
测氡仪器校准器所使用的控制方法主要包括：1)静态控制，将不同
活度的固体氡发生器静置测氡仪校准器一段时间后，测氡仪校准器内
部达到氡浓度平衡从而获取校准用氡浓度点；2)循环累积式，将循
环气路关闭使固体氡发生器密闭，当固体氡发生器内部氡浓度累积到
一定程度后打开循环气路，由气泵不间断的以固定流速向氡箱补充氡
气；3)密闭累积式，固体氡发生器首先排氡，然后固体氡发生器与
氡箱之间的循环气路打开，实现首次补氡→自然衰减→中途补氡→自
然衰减→中途补氡→自然衰减→…的过程；4)流气非连续的控制方
法，固体氡发生器提供氡气进入氡箱，同时氡箱提供气路通向外界，
形成与大气相通的循环，将内部气体排出，然后固定时间、固定抽气
率补氡而获取刻度用氡浓度。
上述方法或需设置氡浓度初始参数(如方法1、2、3)、或补氡
速度过于缓慢(如方法4)、或无法自动控制氡浓度(如方法1、2)
等，无法满足便携式测氡仪校准器氡浓度控制的要求(不需要额外氡
箱内氡浓度监测仪器、不需要输入任何环境相关氡浓度初始参数等)、
能够快速达到仪器校准所需氡浓度点。
发明内容
本发明提供一种用于测氡仪校准器的氡浓度控制方法，能够快速
建立测氡仪器校准所需稳定的氡浓度点，且不需要额外氡箱内氡浓度
监测仪器、不需要输入任何环境相关氡浓度初始参数等，适应于便携
式测氡校准器氡浓度的自动控制。
本发明是通过如下技术方案来实现，一种用于便携式测氡仪校准
器的氡浓度控制方法，能够快速建立测氡仪器校准所需的稳定氡浓
度，且不需要外接氡箱氡浓度监测仪器，不需要输入氡箱氡浓度初始
参数，适用于便携式测氡校准器氡浓度的自动控制，该方法通过如下
控制方法实现，包括步骤：
①建立控制气路使得固体氡发生器进、出气口都接大气，打开
排氡泵排掉固体氡发生器累积的氡，排氡时间大于30分钟；
②流气式连续补氡控制：建立氮气→固体氡发生器→氡箱→大
气相通的外循环气路，通过公式(1)连续稳定的控制输入氮气、固
体氡发生器、校准器氡箱与大气的气流量，公式(2)控制流气式连
续补氡时间，从而快速在校准器氡箱中建立一个氡浓度为C稳定点。
Q = S C - 2.1 × 10 - 6 V - - - ( 1 ) ]]>
t > 5 ( ln ( 2 ) / T + 2.1 × 10 - 6 + Q / V ) - - - ( 2 ) ]]>
③密闭累积式氡浓度稳定控制：当通过流气式连续补氡方式使得
氡箱氡浓度达到一个预设浓度点后，利用排氡泵排出固体氡发生器随
时产生的氡气，排氡时间由公式(3)控制。随后开启固体氡发生器
与校准器氡箱间的密闭循环气路(即固体氡发生器、校准器氡箱构成
内循环)，开启时间由公式(4)控制，使氡浓度重新上升至设计所允
许的氡浓度上限值，如此重复固体氡发生器排氡、固体氡发生器向测
氡仪校准器氡箱补氡的过程，即可使测氡仪校准器在所允许的误差范
围内维持稳定氡浓度点，测氡仪器即可以在此浓度点进行校准。
t 0 = 1 2.1 × 10 - 6 + l n ( 2 ) / T ln ( 1 + 2 ϵ 1 - ϵ ) - - - ( 3 ) ]]>
t 1 = 1 l n ( 2 ) / T + 2.1 × 10 - 6 l n ( 2.1 × 10 - 6 + ln ( 2 ) / T ) ( 1 - ϵ ) C V - S ( 2.1 × 10 - 6 + ln ( 2 ) / T ) ( 1 + ϵ ) C V - S - - - ( 4 ) ]]>
④密闭累积式补氡：当测氡仪器完成一个氡浓度点校准后，需要
调整氡浓度到下一个点Cn，开启固体氡发生器与测氡仪校准器氡箱间
的密闭循环气路，开启时间由公式(5)控制，即可在当前测氡仪校
准器氡箱内获得氡浓度Cn，然后执行流程③，稳定测氡仪校准器箱体
内当前氡的浓度点。循环执行流程④即可获取逐渐增高的不同氡浓度
点用于测氡仪器的校准。
t 2 = 1 2.1 × 10 - 6 + ln ( 2 ) / T l n ( 2.1 × 10 - 6 + ln ( 2 ) / T ) C V - S ( 2.1 × 10 - 6 + ln ( 2 ) / T ) ( 1 + ϵ ) C n V - S - - - ( 5 ) ]]>
上述公式中，ε：氡浓度控制误差；T：氡箱体由于吸附以及身
泄漏使得箱体内氡浓度降为初始氡浓度一半的时间(s)；C：控制氡
浓度(Bq/m3)点；Cn：下一个氡浓度点(Bq/m3)；V：测氡仪校准器体
积(L)；S：固体氡发生器发生率(Bq/s)；Q：气体流量(m3/s)；t,t0,t1,t2：
固体氡发生器时间控制参数(开启与关闭固体氡发生器的时间)。
流气式连续补氡中采用氮气经过氮气缓冲区作为氡箱进气，以消
除采用空气作为进气存在的空气中氡本底值对控制精度的影响，进而
可以不设置氡浓度初始参数建立一个稳定的氡浓度点。
一种便携式测氡仪校准器控制方法，其所需的控制参数Q和
t,t0,t1,t2均可通过公式(1)～(5)所描述的算法准确获取，因此该
控制过程是一个开环过程，可以完全不依赖外接氡浓度监测仪器的反
馈值。
本发明的优点在于：该方法解决了便携式测氡仪校准器氡浓度控
制不便设置初始环境参数的问题，且不需要外部氡监测仪器，快速达
到校准测氡仪器所需的稳定氡浓度点。
附图说明：
图1本发明气路连接、控制示意图；
图2本发明氡浓度控制流程图；
图3本发明在便携式测氡仪器校准器上氡浓度控制实例图。
图中：1、氮气存储器；2、氮气缓冲区；3、流量计；4～11、电
子阀；12、排氡泵；13、风机；14、可控流量泵；15、固体氡发生器；
16、氡箱；17、MCU中控系统。
具体实施方式：
下面通过附图和具体实施方式对本发明作更为详细的描述。通过
对一个新制作的体积为60L的便携式测氡仪校准器，根据该发明所述
的方案，设计了如图1所示的控制结构图进行氡气浓度的控制，设置
氡箱16内氡浓度控制误差为5‰，前期测试获得氡箱16的泄漏率为
3.7×10-6Bq，氡气浓度控制流程如下如图2，具体步骤为：
①同时打开电子4和11、关闭电子阀5～10、打开可控流量泵
14、排除15固体氡发生器中不断产生的氡气，此过程运行40分钟。
②同时打开电子阀(5、7、9)、关闭电子阀(4、6、8、10、11)、
利用1氮气存储器中的氮气经过2氮气缓冲区，可控流量泵14流量
设置为1.575L，采用流量计3监测固体可控流量泵14的流量，把固
体氡发生器中产生的氡吹入16氡箱(固体氡发生器的发生率为
1.26Bq/min)，此过程运行3.16小时，得到800Bq/m3的氡浓度点。
③同时关闭电子阀5～10、打开电子阀(4、11)、打开风机13
使得16氡箱内氡浓度均匀、打开可控制流量泵14(可控制流量泵14
流量设置为1L/min)、排固体氡发生器15中氡气1.12小时；1.12小
时完成后同时关闭电子阀(4、5、7、8、10、11)、打开电子阀(6、
9)、可控制流量泵14继续以1L/min流量运行，固体氡发生器15向
氡箱16中补氡，此过程运行23秒。
④循环执行流程③，使得氡气浓度稳定在800Bq/m3，稳定此氡浓
度3个小时。
⑤当控制氡气浓度从800Bq/m3达到1500Bq/m3时，同时关闭电
子阀(4、5、7、8、10、11)、打开电子阀(6、9)、可控制流量泵
14以1L/min流量运行，固体氡发生器15向氡箱16中补氡，风机13
打开以使得氡箱内浓度均匀，此过程运行34.2分钟。
⑥循环执行流程③，其他控制参数、及控制过程保持不变；改变
固体氡发生器15向氡箱16中补氡时间为43.4秒，稳定此氡浓度3
个小时。
⑦当控制氡气浓度从1500Bq/m3达到3000Bq/m3时，同时关闭电
子阀(4、5、7、8、10、11)、打开电子阀(6、9)、可控制流量泵
14以1L/min流量运行，固体氡发生器15向氡箱16中补氡，风机13
打开以使得氡箱内浓度均匀，此过程运行73.56分钟。
⑧循环执行流程③，其他控制参数、及控制过程保持不变；改变
固体氡发生器15向氡箱16中补氡时间为88.0秒，稳定此氡浓度3
个小时。
过程①～⑧都采用MCU中控系统17进行控制，所有控制算法在
MCU中通过软件编程实现。
附图3是利用本发明实例方式所述方法对便携式测氡校准器氡
浓度控制的结果。