水氡觀測中K值標(biāo)定探討*

陳永花，李延京，張超美，羅賓生，馬 麗

(1.青海省地震局湟源地震臺，青海湟源812100;2.青海省海東地區(qū)地震局樂都地震臺，青海樂都810700)

0 引言

氡是天然的放射性元素，溶解于水，在地下水中廣泛分布、遷移擴(kuò)散，有較強(qiáng)的映震效能，可通過觀測水中氡含量的變化來獲取地震孕育與發(fā)生的信息。水氡濃度觀測是我國目前地震水文地球化學(xué)監(jiān)測臺網(wǎng)的主測項目，模擬觀測水氡在我國地震短臨預(yù)報中發(fā)揮了一定的作用，準(zhǔn)確地從水氡觀測數(shù)據(jù)中提取出地震異常信息會對地震預(yù)報起到非常重要的作用。為了提高水氡觀測質(zhì)量，研究水氡動態(tài)及異常分析，許多專家學(xué)者在水氡觀測方面積累了豐富的研究成果 (車用太等，1995，1997;杜鵑等，2012;丁平，葉忠，2003;廖麗霞，2008;馬延魁，2002;王長嶺等，1999;張煒等，1988)。水氡觀測預(yù)報地震的基礎(chǔ)是需要可靠的水氡數(shù)據(jù)，得到可靠數(shù)據(jù)需要正確標(biāo)定儀器。本文對水氡觀測儀器標(biāo)定時需注意的一些問題做了分析，從湟源臺模擬水氡觀測中總結(jié)技術(shù)要領(lǐng)、注意事項等，文中數(shù)據(jù)是使用湟源臺FD-125型氡釷分析器實(shí)際標(biāo)定得到的結(jié)果為實(shí)例，總結(jié)如何提高閃爍室K值的準(zhǔn)確性和可靠性，使所測水點(diǎn)的氡值濃度更準(zhǔn)確、可靠。

1 水氡觀測中標(biāo)定K值的意義

測氡儀器的標(biāo)定，就是在正常工作環(huán)境下，用一已知氡含量的標(biāo)準(zhǔn)鐳源，與平行測定樣品相同的方法和操作步驟進(jìn)行測量，求得儀器標(biāo)定值K作為測定計算未知樣品中氡濃度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。目前采用的固體氡氣源法，是利用密封的大體積容器里放置的固體222Ra源中蛻變的氡氣標(biāo)定儀器。由于該源的強(qiáng)度已知，氡達(dá)到放射性平衡的體積也已知，故可得知放射出的氡量，每次標(biāo)定只要量取部分 (約0.1%)即可。對于FD-125型氡釷分析器而言，標(biāo)定K值采用的公式為

式中，K為閃爍室標(biāo)定 K值 ［Bq(脈沖/min)］;P ci為固體氡氣源裝置上標(biāo)稱氡射氣劑量分配值(uuCi);N為標(biāo)定FD-125時的脈沖讀數(shù);N0為相應(yīng)儀器的本底讀數(shù)。K值一經(jīng)標(biāo)定確定后不得隨意更改 (張清秀，林國元，2002)。

K值在氡值計算中的運(yùn)用為

式中，Rn為氡 (Bq/L);K為閃爍室標(biāo)定 K值［Bq(脈沖/min)］;N為閃爍室計數(shù)法的水樣讀數(shù)(脈沖/min);N0為本底讀數(shù) (脈沖/min);V為水樣體積 (L);t為取水樣到開始鼓泡的間隔時間;e-λt為氡衰變函數(shù)值 (車用太，陳建民，1995)。所以在獲得氡濃度計算中，K值起著舉足輕重的作用，K值標(biāo)定不準(zhǔn)確會使氡值偏離其真值，影響氡值的準(zhǔn)確性和可靠性，不能真實(shí)反映地下水中氡濃度的變化，給地震預(yù)報研究帶來不便。

2 標(biāo)定操作要點(diǎn)

在標(biāo)定過程中應(yīng)該注意每一個細(xì)節(jié)。首先，用自動定標(biāo)器的自檢功能檢測脈沖數(shù)是否正常，然后用萬用表測量實(shí)際高壓輸出與表頭指示及高壓調(diào)節(jié)器指示是否一致，如果不一致以萬用表測量的輸出高壓為準(zhǔn)，否則會導(dǎo)致選定工作高壓出錯。再用α檢查源做“高壓—工作計數(shù)率曲線”，用干凈的閃爍室做“高壓—本底計數(shù)率曲線”、“閾值選擇曲線”。“閾值選擇曲線”可依照規(guī)范要求選做。“高壓—工作計數(shù)率曲線”和“高壓—本底計數(shù)率曲線”相互結(jié)合選擇“坪”區(qū)，確定閃爍計數(shù)器和閃爍法測氡儀的最佳工作狀態(tài)作為儀器的工作高壓。為保證閃爍室易沖洗，工作高壓盡量不要選在坪區(qū)尾端。

接下來便可進(jìn)行K值標(biāo)定，標(biāo)定閃爍室K值前，檢查閃爍室、真空表、乳膠管等密封情況是否符合10 min漏氣小于1 333.22 Pa。一切準(zhǔn)備就緒后，測閃爍室本底10 min不得超過150個脈沖，將閃爍室與鐳源連接好，抽真空不少于2 min，然后將標(biāo)準(zhǔn)鐳源鼓入閃爍室，步驟為:進(jìn)氣15 s→吸源15 s→鼓入40 s→關(guān)閉，在這一環(huán)節(jié)應(yīng)注意的是閃爍室與鐳源之間不論是連接方式還是操作手法，每一次都盡可能保持一致，包括每一個細(xì)節(jié)，如夾子夾的位置等，這樣每次標(biāo)定出的K值結(jié)果非常接近。從鐳源鼓入閃爍室開始時間計時靜置1小時后讀數(shù)，讀數(shù)10 min的脈沖數(shù)按K值計算公式計算 (若閃爍室K＞0.009，為報廢閃爍室)。按照此步驟重復(fù)3～5次，剔除相對誤差大于±5%的Ki值后，取三次以上合格Ki值 (不足3次的要重新標(biāo)定)的算術(shù)平均值作為儀器的新K值，此為儀器最終標(biāo)定K值。K值相對誤差計算公式為

式中，Ki為各次標(biāo)定K值 (國家地震局，1985)。讀數(shù)完成應(yīng)立即接真空泵沖洗閃爍室，鐳Ra對閃爍室污染比較嚴(yán)重，衰變也比較慢，所以需反復(fù)沖洗。

3 閃爍室標(biāo)定K值可靠性檢查

在日常工作中每一臺儀器都配有3個閃爍室，做平行樣觀測使用，通常用兩個閃爍室觀測，氡值觀測結(jié)果出現(xiàn)超差時用另外一個閃爍室做重測樣，若閃爍室K值標(biāo)定有偏差，平行樣觀測氡值就會出現(xiàn)頻繁超差，利用這一特征對3個閃爍室進(jìn)行平行樣觀測，檢查K值的準(zhǔn)確性和可靠性。平行樣之間相對偏差按規(guī)范要求，各觀測水點(diǎn)含氡濃度不同要求不同:井泉水氡濃度小于18.5 Bq/L的平行樣相對偏差 ＜±10%;井泉水氡濃度為18.5～111 Bq/L的平行樣相對偏差＜±8%;井泉水氡濃度大于111 Bq/L的平行樣相對偏差＜±5%。3個閃爍室氡平行樣觀測結(jié)果按平行樣測值相對偏差公式計算 (國家地震局，1985):

各閃爍室所測氡值之間是否有超差現(xiàn)象，如果沒有超差現(xiàn)象，可確定每個閃爍室的標(biāo)定K值都是準(zhǔn)確的，如果超差現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，檢查各方面原因，排除干擾因素后，仍然超差，表明3個閃爍室中有標(biāo)定不準(zhǔn)確的K值，此時，應(yīng)查找原因，重新標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)束后，再按上述方法將3個閃爍室進(jìn)行平行樣觀測，直到3個閃爍室平行樣觀測穩(wěn)定，才可確定標(biāo)定K值是準(zhǔn)確、可靠的。

儀器的標(biāo)定K值是用來校正各閃爍室之間的誤差的，如果校正不準(zhǔn)確，計算出的氡值就會有偏差。標(biāo)定人員每次標(biāo)定出K值后，按此方法檢查確定的K值一定是準(zhǔn)確、可靠的。這樣就徹底避免了K值造成的氡濃度觀測偏差。

4 定標(biāo)器與閃爍室配套使用的建議

根據(jù)《地震水文地球化學(xué)觀測技術(shù)規(guī)范》(國家地震局，1985):一臺儀器的“坪”曲線一經(jīng)測出工作高壓就可選擇確定，即使配用任何一種自動定標(biāo)器都是一致的;并且在確定的工作高壓下脈沖計數(shù)率值基本為一定值，不大于±5%范圍。“坪”曲線是針對光電倍增管而做的，是檢測光電倍增管的工作性能是否穩(wěn)定。

日常工作中一臺FD-125氡釷分析器配有兩個定標(biāo)器，分主用儀 (定標(biāo)器)和備用儀 (定標(biāo)器)，按此說法主用儀一經(jīng)測出高壓，備用儀便不需要做“坪”曲線。那么，主用儀標(biāo)定使用的閃爍室K值與備用儀是否可以通用?

由圖1可見，通過主用儀和備用儀配用相同閃爍室做氡值對比觀測，主用儀與備用儀的氡值觀測結(jié)果顯示誤差在±8%范圍內(nèi)，按上面說法及此測試結(jié)果，閃爍室K值可與任何一臺定標(biāo)器配用。

圖1 主用儀和備用儀氡值觀測對比Fig.1 Comparison of radon observation value recorded by main and standby instruments

表1 FH-463A不同編號定標(biāo)器配同一閃爍室的標(biāo)定K值對比Tab.1 Comparison of K value of the FH-463A scaler calibration in different numbering equipped with the same scintillation chamber

表2 BHC-336不同編號定標(biāo)器配同一閃爍室的標(biāo)定K值對比Tab.2 Comparison of K value of the BHC-336 scaler calibration in different numbering equipped with the same scintillation chamber

主用儀和備用儀用相同閃爍室分別進(jìn)行K值標(biāo)定，結(jié)果如下:一臺FD-125氡釷分析器用兩個不同型號的定標(biāo)器 (FH-463A和BHC-336)分別做高壓坪曲線，選定高壓相同，再分別對同一閃爍室進(jìn)行K值標(biāo)定。對不同型號的定標(biāo)器做相同測試，同一閃爍室用兩個不同編號的定標(biāo)器 (028和145號)標(biāo)出K值，從表1、2中可以看出，F(xiàn)H-463A編號分別為028號和145的定標(biāo)器同時標(biāo)定083#、507#閃爍室K值，BHC-336編號分別為20110030與2013028的定標(biāo)器同時標(biāo)定004#、005#閃爍室 K值，都有不同程度的偏差。

表1中測試結(jié)果，假定FH-463A編號為028的定標(biāo)器為主用儀，編號為145的定標(biāo)器為備用儀，028號定標(biāo)器與083閃爍室配套標(biāo)出K值為7.64×10-3，145號定標(biāo)器只做基本檢查，如果028號定標(biāo)器觀測過程中出現(xiàn)故障，更換145號定標(biāo)器觀測，按表1中K值偏差4.4%計算，日常觀測氡值無形中使水氡濃度偏離其真值4.4%，雖然這個范圍在規(guī)范規(guī)定的氡值超差范圍，但和水氡濃度的真實(shí)值有偏離。

從以上測試中得出結(jié)論:建議定標(biāo)器與閃爍室配套使用，在任何情況下更換定標(biāo)器后，都要對閃爍室K值進(jìn)行重新標(biāo)定，可以避免更換定標(biāo)器造成的氡值偏差。表1中FH-463A與表2中BHC-336不同編號定標(biāo)器配同一閃爍室標(biāo)定K值偏差對比可以看出，F(xiàn)H-463A較BHC-336 K值偏差大，原因是否與BH-336是新儀器，其性能各方面比較穩(wěn)定有關(guān)，還需進(jìn)一步測試。

5 結(jié)論

氡值的可靠性被諸多因素影響著，如人為干擾、自然干擾、儀器性能等，為了確保每日觀測氡值的連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠，盡量減少各種干擾因素，除了從取樣到讀數(shù)要求每日定時、定點(diǎn)、定量外，氡值在計算過程中使用的K值標(biāo)定一定要進(jìn)行精確標(biāo)定、檢測，如果K值本身不準(zhǔn)確，氡值就不能準(zhǔn)確反映地下水中氡濃度的變化情況，因此，儀器的標(biāo)定檢查及K值標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性非常重要。通過測試，筆者得出以下基本結(jié)論:

(1)標(biāo)定過程中的每一個環(huán)節(jié)都要認(rèn)真仔細(xì)完成，每次標(biāo)準(zhǔn)源鼓入閃爍室的步驟一定要一致。

(2)標(biāo)定結(jié)束后利用平行樣觀測檢測K值是否準(zhǔn)確、可靠。

(3)定標(biāo)器與閃爍室盡量配套使用，減少誤差。

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