《Radiation Physics and Chemistry》：A method for adjusting the exhalation rate and the effective decay constant of a radon exhalation calibration device
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本研究提出了一种新型氡排放校准装置，通过双气路控制系统同步调节氡排放率和有效衰变常数，实验验证了该方法的有效性，输出值与理论值偏差小于两标准差。
刘志鹏|程家乐|罗世成|范中凯|杨新月|袁洪志|谭彦良
湖南省衡阳市衡阳师范学院物理与电子工程学院，邮编421008，中国
摘要
在氡气测量过程中，需要使用氡气排放参考装置对氡气排放监测仪进行校准。只有当校准中使用的有效衰变常数与监测仪在实际使用环境中的衰变常数相匹配时，才能获得可靠的校正因子。现有的参考装置对排放率的调节能力有限，且无法调整有效衰变常数。本文旨在开发一种能够快速同时调节氡气排放率和有效衰变常数的校准装置。通过研究氡气排放的累积方法以及氡气从介质表面释放的机制，本文探讨了调节这些参数的方法。通过控制从源头释放到累积室的氡气活性比例来调节氡气排放率，同时通过主动控制校准装置的泄漏率来调节有效衰变常数。该装置分为两部分：氡气排放校准装置和双气体路径流量控制单元。采用双气体路径（A/B）流量控制方案：路径A通过活性炭实现主动泄漏，通过调节路径A和B的流量来控制释放到累积室的氡气比例。双参数同步调节实验的实验数据显示，装置输出值与理论值之间的偏差在所有九次实验中均处于两个标准差范围内，证实了该方法的可行性。
引言
氡（Rn-222）是周期表中的第86号元素，是一种无色、无味、无臭的放射性惰性气体。作为一种放射性气体，长期暴露在高浓度的氡气中会增加患肺癌的风险（Radoli?等人，2024年；Field等人，2000年；Pavia等人，2003年）。氡气可以通过土壤、建筑材料和水进入室内环境，从而导致室内空气污染（Akerblom等人，1984年；Ball等人，1991年；Elmehdi等人，2019年）。氡气具有较高的迁移能力，可以迅速扩散到大气中（Ye等人，2014年；Li等人，2018年）。研究介质中的氡气排放率和有效衰变常数是研究氡气在空气中分布模式的关键因素。氡气排放率（J）是指在给定时间内，从介质表面（如土壤或建筑材料）单位面积释放的氡气活性（Jonassen，1983年；Keller等人，2001年）。有效衰变常数（λeff）是一个重要参数，描述了氡气在累积室中的积累行为。其值受多种因素影响，包括自然衰变、泄漏和反向扩散（Hassan等人，2009年；Hosoda等人，2009年）。氡气的有效衰变常数和排放率是相互关联的因素，共同影响氡气的环境行为和相关健康风险。精确评估这些参数对于有效的氡污染管理和控制至关重要。氡气排放参考装置用于模拟自然介质表面的氡气排放过程，常用于校准氡气排放率测量仪（Liu等人，2023年；Li等人，2023年）。
氡气排放率的测量容易受到气压、温度和湿度等环境因素的影响，测量过程也可能干扰被测物体的状态，从而导致结果不准确且不可重复。因此，开发一种稳定且均匀的氡气排放参考装置已成为研究的重点。上个世纪，加拿大的CANMET国家氡气排放参考装置能够完全模拟大型平坦介质的氡气排放（Stieff等人，1996年）。氡气由混入介质材料中的镭衰变产生，然后扩散到介质表面。该装置的氡气排放率和有效衰变常数均不可调节。华南大学的氡气实验室使用的氡气参考装置采用具有稳定释放系数的固体氡源作为稳定的氡气排放源（Li Xianjie等人，2015年）。该装置结合了石膏板和泡沫塑料板来模拟排放介质，但由于其结构固定，有效衰变常数无法调节。虽然可以通过更换不同强度的氡源来改变氡气排放率，但需要超过14天的时间才能获得稳定的排放率。
在校准排放测量仪器时，如果校准过程中的有效衰变常数与仪器实际使用时的衰变常数接近，就可以获得适当的校正因子（Tan等人，2009年；Li等人，2024年）。因此，如果缺乏调节功能，很难实现排放测量仪的精确校准。
本文介绍的新方法和装置可以快速主动调节氡气排放率和有效衰变常数。该装置通过调节两条气体路径的流量，控制氡气排放校准装置中每秒释放的氡气活性以及装置的泄漏率，从而调节氡气排放率和有效衰变常数。为了验证其可靠性，设计了九组目标参数进行调节实验。
章节摘录
氡气排放校准装置的初步测量
本文采用的测量方法是累积法，即用累积室覆盖被测介质的表面（Liu等人，2025年；Tan Y. & Xiao D.，2021年）。具体来说，从介质表面释放的氡气会在累积室内积累。通过测量累积室内氡气浓度随时间的变化，可以计算出氡气排放率和有效衰变常数。
氡气排放校准装置
初步测量
图5显示了氡气排放校准装置的氡气浓度测量结果。实验持续了10小时，在氡气浓度稳定后停止。Origin 2022（Fan等人，2025年）（来自OriginLab Corporation）允许用户自定义非线性拟合功能，确保对复杂数据关系的准确建模。这一功能提高了非线性数据分析的精度和适应性，使其成为广泛使用的工具。
结论
本文提出了一种同时调节氡气排放校准装置的氡气排放率和有效衰变常数的方法。将稳定的氡气源放置在校准装置的玻璃管中。通过调节两条气体路径的流量来控制氡气排放率和有效衰变常数。A和B气体路径的流量由CS200 A和CS200 B控制，这些流量通过STM32MP135嵌入式设备软件进行管理。
CRediT作者贡献声明
程家乐：撰写——审稿与编辑。刘志鹏：撰写——初稿。范中凯：研究。罗世成：研究、软件开发。袁洪志：数据整理、监督、验证。谭彦良：概念构思、方法设计
未引用参考文献
Xianjie等人，2006年；Yang等人，2025年；Tan等人，2015年；Lakatos等人，1997年；Syam等人，2020年；Han等人，2011年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了湖南省研究生科学研究创新项目（项目编号：CX20231259）和湖南省自然科学基金（项目编号：2023JJ50091）的支持。
