杜文勇，贺永忠

（宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001）

0 引言

随着 “九五”、 “十五”数字地震观测网络项目的实施与完善，我国地震台站氡值观测用仪器逐渐实现了从模拟向数字化时代的转型，目前，氡值观测主要采用SD－3A数字化测氡仪为主，FD－105K型、FD－125型等模拟观测仪器并存的模式。K值是氡值观测的重要参数，最早K值标定使用液体氡源法，由于其在溶液配置等诸多环节容易造成失误且容易对人体造成伤害，所以，20世纪90年代后RN－150型固体氡源逐渐代替液体氡源，该固体氡源体积较大，运输不便，长时间使用容易泄露。此前，宁夏地震局就一直使用RN－150型固体氡源对全省的测氡仪进行标定，2008年因RN－150型固体氡源泄露无法修复，虽借用兄弟省局同型号氡源进行标定工作，经多方调研、考察，2009年与湖南南华大学氡实验室（国际原子能机构和国际氡计量组织亚洲区域协调氡实验室）签订GDL2型流气式氡源购买协议，2010年开始使用该氡源对全省测氡仪进行标定，GD－L2型流气式氡源体积小；重量轻；携带方便，其与RN－150型固体氡源相比最大的不同就是GD－L2型流气式氡源是在常压下采集标准样，采样时不需要将闪烁室抽成真空。

1 工作原理

GD－L2型流气式固体氡源是一个封闭的能连续产生确定量氡气的发生器。利用该发生器内装置的固体含镭物质222Ra中脱变的氡气标定仪器。由于该源的强度已知，氡气到达放射性平衡的体积已知，故发射出来的氡量也已知［1］。

式（1）为标定K值计算公式，式中N为样品每分钟脉冲数（cpm）；NO为闪烁室本底每分钟脉冲数（cpm）；V为闪烁室的容积（SD－3A型V=0.37L）；CRn为氡源的氡浓度（Bq／L）。

式（2）是氡浓度计算公式，式中Cv为氡产生率；Qsn为恒流采样泵实际流速；恒流采样泵流速为2.0L／min时GD－L2型流气式固体氡源氡产生率为12.0Bq／min，利用公式（1）、（2）可计算出K值。

该氡源与Gilian5000型数字式恒流采样泵配合使用，产生氡气的流速受恒流采样泵流速控制，氡气的产生率在－10℃～40℃范围内相对稳定，恒流采样泵最大流速为5.0L／min，使用前先将氡源中积累氡气排尽（图1），获得稳定的氡浓度。

图1 GD－L2固体氡源采样前排空示意图Fig.1 Exhausting process of GD－L2 solid radon source before sampling

2 做好标定前的准备工作

由于我省6个气氡观测台站均属无人值守台站，野外环境工作艰苦，因此，必须做好准备工作，出发前首先需要检查标定用氡源、恒流采样泵等设备是否工作正常，止血钳、乳胶管等是否齐全。到达台站后要根据当地风向选好进、排气管及标定设备摆放的位置，确保排气口处于下风口。为防止因路途颠簸损坏仪器或丢失设备，标定开始前，还要检查一次标定设备是否完好、齐全，检查被标仪器是否工作正常，仪器系统的密闭性是否良好，恒流采样泵电池电量是否充足等。然后将氡源中积累氡气排尽以获得稳定的氡浓度。先不接被标仪器的闪烁室，直接将氡源与恒流采样泵连接，将采样泵流速设置为5.0L／min，打开氡源和采样泵“排空”两小时以上。首次使用时考虑到固体氡源静置时间较长，“排空”2小时以后，静置过夜；第二天再 “排空”2小时，才可以进行标准样的采集。如果第三天还要采集标准样，则需要标定前再 “排空”2小时即可。

3 标准样采集方法与技巧

标准样采集前先将SD－3A仪器闪烁室本底降小于20个脉冲数/min（此过程比较耗时，根据各地仪器自身情况和观测环境不同需要3至6小时不等）。然后根据仪器本底和高压记数率曲线选定新的工作高压。将仪器至于还原档；调整仪器工作高压为之前选定的新高压值，开启仪器打印功能。依次将流量计、过滤装置、氡源、被标仪器闪烁室、恒流采样泵、排气管用乳胶管连接好（图2），泵与源之间使用三通连接，分为两路，一路 “源—三通—闪烁室—三通—泵”为采样气路，二路 “源—三通—泵”是采样前 “排空气路”。确认接好以后用止血钳封闭 “一路”被标仪器闪烁室确保 “二路”畅通，恒流采样泵流量设置为2.0L／min，在整点前30min开启恒源与泵开始 “排空”，整点前55min迅速取下 “一路”上的止血钳使该通路畅通，将 “二路”封闭，进行标准样采集，同时用秒表计时，且记录下当时的温度和气压值，氡气流过闪烁室3分钟后（采样3分钟），先关泵后停源，待15秒输气管路气压恢复到常压后，迅速用止血钳封闭 “一路”上的被标仪器闪烁室，等待自动测量。此过程操作时间要小于2分钟，以免因停泵时间过长导致氡源的再次累积。到整点测量时仪器自动测量并打印本次测量值，此时打印出的值并非最终需要的观测值，从这个观测值的大小可以看出此次标准样采集是否成功。如果打印出的观测值和底数比较接近则说明标准样采集失败，之后的工作就没必要再往下做了，需要重新将被标仪器闪烁室底数降至20脉冲数／min后重新进行标准样采集。不论标定几次，在剔除相对误差＞±5%的K值后，必须保证有3次相对误差≤±5%的K值，取其3次K值的算术平均值作为该被标仪器闪烁室的新K值。

图2 GD－L2固体氡源标定采样设备连接示意图Fig.2 Sampling device connection process of GD－L2 solid radon source calibration

4 实地标定时应注意的一些问题

4.1 避免漏光漏气减小系统误差

采集标准样之前确定仪器内外系统无漏气，密闭性良好，使用GD－L2型固体氡源对SD－3A数字测氡仪进行标定，即有常压下的操作，也要在密闭系统中进行，如果抽真空时间不够或系统中某个环节漏气，则很难将闪烁室底数降至规范规定的要求。为尽量减小标定环境和设备带来的系统误差。减少不必要的氡源损失，应注意保持标定和日常观测环境，确保通风良好、室温、湿度稳定，确定标定地点后就不要轻易改变，每个标定过程均确保设备连接方式一致，连接仪器用乳胶管不透明、不漏光且始终保持长度一致，避免将仪器直接暴露在强光下，一方面防止光线进入闪烁室从而影响观测数据的真实性，另一方面如果进入闪烁室的光线达到一定强度的时候，将会烧毁光电倍增管［2］。

4.2 尽量减小人为误差

此外，应尽量减小人为误差，严格控制标准样采集时间，确保每个标定过程操作次序、操作方法一致。从事标定的工作人员应熟悉测氡观测、标定工作和 “规范”要求，熟悉各仪器的工作性能，这样可以减少因工作疏忽带来的诸多不利因素，一旦选定标定人员，不要轻易更换。

4.3 做好仪器日常维护保养

恒流采样泵出厂前在湖南衡阳南华大学实验室经过校准（当地气压≈1atm），之后每两年应返厂校准一次，如使用地区的气压明显低于1atm时，则需对标准样采集流率进行气压温度修正。固体氡源面板上两端（K1和K2）的阀门开关时注意不要用力过猛，以免损坏阀门。进气口过滤器是用来过滤灰尘的，使用一段时间后，过滤膜上截流的灰尘增多，以致进气阻力增大而影响恒流采样泵流速，严重时会致恒流采样泵憋死或损坏，所以应经常检查更换过滤膜。恒流采样泵工作期间，不能充电，更不能用止血钳将整个循环气路夹死，否则会导致闪烁室进样流速不稳，甚至损坏恒流采样泵。

5 气压气温对标定K值影响的校正

由于GD－L2型固体氡源采集标准样是在常压下依靠恒流采样泵进行的，受气压和温度影响，恒流采样泵标称流速和实际流速是不同的，实际流速要比标称流速大，所以在计算K值时应对恒流采样泵标称流速进行校正。

（3）式为湖南南华大学氡实验室通过实验得出（当地气压≈1 atm），式中PS为恒流采样泵被校正时的绝对压力，Pm为恒流采样泵所在使用地的绝对压力，TS为恒流采样泵被校正时绝对温度，Tm为恒流采样泵所在使用地的绝对温度，Qv为恒流采样泵标称流速，Qsn为校正后实际流速［3］。

根据公式（1）、（2）、（3）计算得到K值，需要注意的是一定要记录好标定时当地的温度和气压，以便更准确的计算出恒流采样泵实际流速。通过对流气式固体氡源氡产生率稳定性、同一闪烁室用不同氡源标定K值的实验研究表明，用流气式固体氡源与用RN－150型氡源标定的K值之间相差远小于5%，完全能够替代目前地震台使用的RN－150型氡源［3］。

6 实地标定与对比分析

宁夏地震局2010年之前一直使用RN－150型氡源，自2010年6月开始使用GD－L2型流气式固体氡源进行标定，标定之初，实践经验欠缺，标定工作尚处在探索阶段，结合石嘴山简泉、银川胜利、灵武大泉、中卫倪滩等4个观测点的4台SD－3A型气氡仪2009年至2012年K值标定结果进行统计分析，发现2010年标定K值普遍大于5%，石嘴山简泉2010年与2009年相对偏差高达33.6%，这主要是更换标定氡源和使用GD－L2型氡源标定时未考虑温度气压影响因素所致。实际标定时除银川胜利气氡仪2010年至2012年K值均加了气压温度校正，与上一年比较K值相对偏差均小于等于5%以外，石嘴山简泉、灵武大泉2010年和2011年；中卫倪滩2010年在K值标定计算时均未考虑气压温度因素的影响，未对恒流采样泵流速进行气压、温度校正。因此导致当年标定结果与上一年比较相对偏差较大，石嘴山简泉2012年K值与2011年相比相对偏差最大为－25.2%，这会给观测数据造成很大影响。为还原真实K值，根据2010至2012年标定时的原始数据利用公式（1）、（2）、（3）对恒流采样泵流速进行反算改正，重新计算得到的K值均比未进行温度气压校正时的K值偏低，而且与上一年度标定结果比较重新计算K值相对偏差也较未加校正时趋于偏小（表1）。除石嘴山简泉外，其它3台套气氡仪相对偏差均小于等于5%。可以看出，反算还原后K值更为接近，更为合理。

表1 宁夏地震局SD－3A气氡仪K值及相对偏差

6 结论

GD－L2型流气式氡源体积小、重量轻、携带方便，实验及实地标定证明，该氡源与RN－150固体氡源相比，也是一个合格的标定源，可以做为日常标定用源。使用该氡源进行标定最好固定标定人员，严格按照 “规范”进行操作，尽量减小系统误差和人为误差。另外，根据南华大学氡实验室结果和实际使用情况看，恒流采样泵流速经气压、温度校正后，计算得出的K值更为准确，因此，利用该氡源进行K值标定时气压、温度的影响因素计算时必须予以考虑。

［1］中国地震局监测预报司.地震地下流体理论基础与观测技术［M］.地震出版社，2009.

［2］宋德伟，等.标定水氡仪器应注意的问题［J］.地震地磁观测与研究，2006，27（1）：90－94.

［3］崔勇，等.CD－L1型流气式固体氡源替换RN－150型氡源的研究［J］.地震地磁观测与研究，2008，29（2）：80－85.