本发明涉及一种测量方法，尤其是一种冷凝氡源活度的2π立体角测量方法。
背景技术：
氡-222(简称氡)是铀系衰变链上的唯一气态核素，半衰期3.823天，衰变时释放α粒子，子体为钋和铅等元素。氡能溶于水，常温下呈气态，广泛存在于自然界中。氡主要通过呼吸道进入人体，由于衰变的α粒子与呼吸道等组织作用，对人体造成的剂量超过天然环境辐射平均剂量(2.4mSv/年)的50％，致使生物组织受到损伤，极大增加肺癌风险。
现有的测量方法的测量精度太差。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种冷凝氡源活度的2π立体角测量方法，测量精度高。
为实现上述目的，本发明提供了一种冷凝氡源活度的2π立体角测量方法，所述方法包括：
步骤1，将气态氡放置于冷凝舱室内，将所述气态氡冷凝为固态氡；
步骤2，对冷凝舱室及冷指、氡源以及探测器整体建模，模拟计算α粒子的行为；
步骤3，对α粒子的源吸收及散射效应进行修正处理；
步骤4，根据2π立体角的α能谱屏栅电离室探测器的α能谱计算固体氡 源的活度。
进一步的，所述步骤2具体包括：构建氡气冷凝模型，仿真氡原子在冷凝舱室有限空间内的行为，建立冷凝温度和气压条件下氡气气相与固相的关系，结合冷指上的温度分布，计算使氡气被冷凝的冷指区域和残留的气体分子，计算可以实现完全冷凝的温度区间。
进一步的，所述步骤3具体包括：步骤31，根据对被冷凝氡原子数目、冷凝区域及厚度的计算，结合磷屏方法的测量数据，建立α粒子在氡源内部的作用模型，计算对α粒子的能量吸收系数及阻止系数，确定α粒子的自吸收修正系数；步骤32，进行整体建模，模拟计算α粒子在探测器内与工作气体、冷指、氡源、屏栅电离室、舱室壁的散射与反散射作用，能量损失方式，计算α全能峰的散射修正系数。
进一步的，所述步骤4具体包括：步骤41，冷凝的氡源含有衰变产生的氡子体，结合屏栅电离室的能量分辨能力和氡与子体发射α粒子的能量分布范围，进行能谱分析，建立解谱方法；步骤42，计算屏栅电离室α能谱分辨能力，建立2π立体角下的测量系统；步骤43，结合自吸收、散射与反散射修正，利用全能峰或全谱计算氡活度的算法，计算不确定度分量的构成与大小，评估活度绝对测量的不确定度。
因此，本发明采用屏栅电离室2π立体角绝对测量方法，无需精确测量探测立体角，克服了准直孔引起的散射，可以达到更高的测量精度。
附图说明
图1为本发明冷凝氡源活度的2π立体角测量方法的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
氡活度绝对测量方法采用将氡从气体冷凝成固体之后再开展绝对测量的 方法，精度较高的小立体角方案需要精确的测量立体角，相关测量必须在很小的空间范围内进行，难度较大，由此带来的测量不确定度也较大；而且准直器的采用，使得α粒子在准直空边缘的散射无法避免，引起能谱的展宽和α粒子的损失，也降低了活度测量的准确性。本发明基于冷凝氡绝对测量方法，采用2π立体角的α能谱屏栅电离室探测器进行测量，既排除立体角测量引入的不确定度，同时又克服液闪测量较大死时间的影响。通过本发明的方法为高准确度氡活度基准建立测量方法，为氡测量提供溯源依据和高水平的计量保障。
本发明利用2π立体角的α能谱屏栅电离室探测器实现氡活度绝对测量方法。包括：构建氡气冷凝模型，将气态氡完全冷凝成固态；对冷凝舱室及冷指、氡源以及探测器整体建模，模拟计算α粒子的行为，研究α粒子的吸收与散射修正；研究α能谱的解谱技术与氡活度算法等学术问题。本项目主要通过建模与精密实验测量，研究α粒子被吸收与散射的行为，目标是建立氡活度绝对测量方法。
图1为本发明冷凝氡源活度的2π立体角测量方法的流程图，如图所示，本发明具体包括如下步骤：
步骤101，将气态氡放置于冷凝舱室内，将所述气态氡冷凝为固态氡；
要建立基于氡源冷凝的绝对测量方法，需解决好两方面问题。一是气态的氡是否都能成功冷凝成固态以便于开展绝对测量。不同的冷凝与测量装置，由于结构的差异，冷凝过程中冷指与温控的参数会有不同(冷指温度一般在20K--100K的范围)。
本发明将氡气冷凝成固态，在此基础上进行活度的绝对测量方法；检测氡衰变产生的α粒子在冷凝舱室内的行为规律，对影响测量精度的散射进行修正，对固体氡源对α粒子的吸收进行建模及修正；源吸收与散射模型的建立
氡源的要求，为了严格控制水分子等其他杂质气体分子进入冷凝舱室， 采用超高真空密封的镭源。含镭树脂固定于600目丝网及不锈钢支架之间，整体先行密封于约10cm3的真空容器中，氡从镭中扩散到容器内，没有水分子等其他杂质。
建立冷阱，捕捉氡原子，冷凝系统包括制冷机和冷指，冷指上的温度变化通过恒定功率制冷与可变功率加热来动态控制。能使得二级冷头上的温度在15K--300K的温度范围内任意调控。舱室内处于常温，冷头上是低温，由此形成一个冷阱，使得氡原子源源不断被冷凝在冷指上。通过温控调节，改变冷指上的温度梯度，将氡源容器与冷凝容器真空连接，氡气扩散进入冷阱，氡被冷凝在很有限的区域。
步骤102，对冷凝舱室及冷指、氡源以及探测器整体建模，模拟计算α粒子的行为；
具体的，构建氡气冷凝模型，仿真氡原子在冷凝舱室有限空间内的行为，建立冷凝温度和气压条件下氡气气相与固相的关系，结合冷指上的温度分布，计算使氡气被冷凝的冷指区域和残留的气体分子，计算可以实现完全冷凝的温度区间。
测量完成后通过逐步升温使得固态氡恢复为气态，并在冷凝舱室外部实现完全冷凝的方法。结合磷屏的显影测量和HPGeγ谱仪相对测量的实验手段，建立氡气是否完全冷凝的评价方法。
根据Wagner公式，建立冷凝评估模型，对转移进入冷凝舱室的氡原子的冷凝效果进行评估。对于转移进入的，活度为105--106Bq的氡，结合这些氡原子的分布空间几何体积，实验确定各项参数。
结合气压差估算氡是否完全冷凝。比如对于几十kBq的氡原子，在工作气体温度下(293K)，分布于几十立方厘米的空间时，气压在10-8hPa量级，而冷凝面上的温度为50K时，氡对应的蒸汽压在10-14hPa量级，由此可确定未被冷凝的氡原子只占总量的10-6，达到可以忽略的程度，能实现完全冷凝。
方案一：改变冷指温度，比如从110K降低到40K，再将温度升至100K， 测量冷凝氡的计数率变化。此变化过程中，如果氡的计数率结果在统计涨落范围内一致，则基本可说明冷凝完全的，反之则未被完全冷凝。即可根据温度变化过程中计数率的变化以及能谱测量结果判定氡气是否被完全冷凝。
方案二，绝对测量与冷凝回收再蒸发的重复性测量实验。结合绝对测量后的氡冷凝回收系统，在氡完成绝对测量后将其蒸发，并在液氮制冷的回收安瓿瓶或金属容器中收集，再将此回收容器的冷凝氡蒸发，再进行绝对测量，看是否能与最初的绝对测量结果吻合。这种重复性实验可起到双重功效，一方面有利于检验绝对测量时氡是否被完全冷凝，另一方面可检验能否可靠开展氡活度的量值传递。
步骤103，对α粒子的源吸收及散射效应进行修正处理；
具体的包括：
步骤31，根据对被冷凝氡原子数目、冷凝区域及厚度的计算，结合磷屏方法的测量数据，建立α粒子在氡源内部的作用模型，计算对α粒子的能量吸收系数及阻止系数，确定α粒子的自吸收修正系数；
步骤32，进行整体建模，模拟计算α粒子在探测器内与工作气体、冷指、氡源、屏栅电离室、舱室壁的散射与反散射作用，能量损失方式，计算α全能峰的散射修正系数。
根据氡源的原子个数、冷凝温度及冷凝模型，可以计算出氡源的厚度，微观来看，这个氡源就是一个体状源，根据氡原子的分布及α粒子的衰减规律，建立源吸收的评估模型，计算出从体内发的α粒子的能量损失情况和数量损失情况，由此计算吸收系数。
当然，氡的微观分布可能不是均匀的，要根据磷屏成像系统的测量结果对模型进行修正。
预先将磷屏通过支架放置于冷指的上方，氡源冷凝后，衰变产生的α粒子打在磷屏上，反映能量强度的DLU值被保存下来。读取磷屏上的图像后，结合磷屏的分辨能力，确定氡源的直径和发射α粒子能量的分布，作为结合 自吸收模型确定修正系数的实验依据。
步骤104，根据2π立体角的α能谱屏栅电离室探测器的α能谱计算固体氡源的活度。
具体的包括：
步骤41，冷凝的氡源含有衰变产生的氡子体，结合屏栅电离室的能量分辨能力和氡与子体发射α粒子的能量分布范围，进行能谱分析，建立解谱方法；
步骤42，计算屏栅电离室α能谱分辨能力，建立2π立体角下的测量系统；
步骤43，结合自吸收、散射与反散射修正，利用全能峰或全谱计算氡活度的算法，计算不确定度分量的构成与大小，评估活度绝对测量的不确定度。
应用GEANT4程序，对冷指、氡源、舱室壁、屏栅电离室进行三维编程描述，输入各个部件的材料成份，应用蒙特卡罗模拟计算各个能量的α粒子与这些部件发生散射的概率，以及相应能量的分布，损失的份额等等。
用已知发射率的Am-241源和Pu-239源检验所建模型计算结果的可靠性，对于分析偏差
的原因进行修正，直到能分析出正确结果为止。
将修正后的模型用与分析冷凝氡源，获得氡源α粒子的散射与反散射修正系数。
α能谱的解谱算法：
方案一：根据屏栅电离室输出能谱，在尽可能改善屏栅电离室能量分辨能力的基础上，应用加权最小二乘拟合、样条插值等算法，确定Rn-222的5.489MeV能峰的净峰面积，扣除Po-218的6.114MeV能峰的的影响，由此可单独用5.489MeV能峰的峰面积经过本底、散射、吸收和死时间修正后，得到2π立体角下的粒子数，计算出4π下的粒子数即为氡源活度。进行此条件下的不确定度评估。
方案二：如果屏栅电离室的能量分辨不够好，不确定度评估结果显示解谱引起的误差过大，则考虑用积分谱计算活度。
因此，本发明采用屏栅电离室2π立体角绝对测量方法，无需精确测量探测立体角，克服了准直孔引起的散射，可以达到更高的测量精度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。