活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭高靈敏度氡檢測器

　　氡是一種放射性惰性氣體，如果在空氣中濃度過高會引起嚴重危害。為了實現對氡的高靈敏度的一種方法是將氡吸附在活性炭上，并測量來活性炭上吸附的氡及其后續的輻射。本次研究的是一種新型的氣體傳感器帶有活性炭吸附劑的氡檢測器/監測器。

　　活性炭氡檢測器的設計理念

　　帶溫度補償的活性炭探測器模塊設計如圖1所示。內部傳感器使用活性炭吸附器和固體核徑跡探測器(SSNTD)。在本實驗中，使用了三種活性炭制成的纖維。活性炭用作氡收集器/散熱器，而SSNTD則檢測輻射量。補償模塊的壁由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯箔制成。根據造型選擇箔的厚度和表面積，以達到合適的溫度補償。。當探測器在探測器模塊外時，校準系數為CF0。然而，當探測器放置在其校準因子內時，平衡時將為CF =CF0.ρ，其中ρ是“穿透率”，即模塊體積內空氣中的平衡時氡濃度與濃度的比值在它周圍的空氣中。CF0與吸附容量k成正比并且遵循與k相同的溫度趨勢，而CF與kρ成正比。正如在其他地方所指出的，穿透體積中壁的部分ρ隨著溫度的升高而增加，因此溫度的趨勢與k的趨勢相反。選擇氣體擴散通過的壁材、厚度、壁表面積和“補償模塊”的體積，以使kρ的溫度變化在應用的溫度區間內盡可能小。

　　圖1：本實驗中使用的帶有活性炭檢測器和SSNTD的補償模塊方案。

　　檢測器的檢驗方法

　　實驗是在3個不同的溫度下進行的(在±0.5℃內保持恒定)：5℃、21℃和35℃，使用其他地方描述的實驗室設施。分別在三種不同的Rn濃度下進行測試。測試期間的活動濃度為由氡氣監測儀提供。將一對包裝在模塊中的檢測器和一個未包裝的檢測器與每種使用的活性炭裝入暴露室中。另一組相同對的條件下被留在室外低氡水平但與室中的溫度相同。暴露后，所有暴露組都放置一周以在低氡水平(20Bqm-3)在與暴露相同的溫度下。向外凝視后，拆除傳感器，取下探測器并在10%NaOH下在60.0±0.1℃下蝕刻100分鐘。蝕刻后，它們在沖洗水中清洗30分鐘，然后在50%乙醇中放置2分鐘。之后將它們晾干，并通過顯微鏡目測計數軌道以獲得軌道密度。“探測器的軌道密度，這是由于探測器背景和探測器儲存放氣期間的低氡暴露，從暴露探測器的軌道密度中減去以獲得凈軌道密度。

　　活性炭檢測器的效果

　　對于實驗，使用三種活性炭的織物為探測器設計了單獨的模塊。對于前兩種活性炭，模塊是HDPE，對于第三種活性炭，模塊是LDPE。單獨設計遵循上述方法，考慮到每種活性炭織物的確切單獨質量。在所有設計中，不同溫度下的k(T)值根據方程式計算。活性炭的結果如圖2所示。5℃時的CF0比35℃時的CF0高305%。相比之下，對于放置在補償模塊中的傳感器，CF的變化在17%以內(最大值/最小值=1.17)。值得注意的是，在模塊內部不同溫度下暴露的傳感器的CF之間的配差異在95%的顯著性水平上沒有統計學意義。發現所描述的帶有補償模塊的探測器的CF明顯高于其他常用的無源氡探測器。

　　圖2：吸附器的實驗結果暴露在9µm厚的HDPE箔模塊的外部(CF0)和內部(CF)模塊。

　　查看活性炭的檢測器的結果(圖2)可以看出，相同溫度下的CF0在活性炭之間存在差異。這意味著不同活性炭的吸附能力存在一些差異。在所有模塊設計中，假設21℃下的吸附容量值為4m3/kg-1。然而，由于我們的實驗結果表明不同活性炭材料的k可能存在差異。不同k值的結果如圖3所示。可以看出，對于區間2-6m3/kg-1內的所有k值，η的變化(例如最大/最小比率)與溫度的變化遠小于未包裝傳感器觀察到的230-305%的變化。

　　圖3：對于不同的k值，模塊的η= kρ的溫度依賴性。

　　本次提出了一種基于活性炭的具有溫度影響補償的新型高靈敏度無源氡探測器。目前研究的探測器由活性炭+SSNTD制成。檢測器放置在補償模塊中，它顯著降低了溫度對所用吸附劑的吸附能力的影響。建模顯示，根據實驗結果，通過這種設計，CF在5-35℃范圍內的溫度變化可能從230-305%降低到6-17%。并且這種活性炭氡檢測器可以制成扁平的、非常緊湊和靈活的。它們顯示出比其他傳統氡檢測器更高的CF，靈敏度提高了7-9倍。

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