大气中可吸入粉尘PM10β射线法测量的理论与数据处理

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1、万方数据第18卷第j期量子电子学报、’。I18N。I2001年2月CHINESE．IOURNALOFQUANTUMELEC7fRONICSFell2001文章编号：1007—5461(2001)oi一0075-07大气中可吸人粉尘(PMIO)／3射线法测量的理论与数据处理张玉钧，刘文清，郑朝晖，蒋舸扬，王锋平，周斌(中国科学院安徽光学精密机械研究所，合肥230031)摘要本文介绍了应用口射线测量大气巾PM10含量的原理及用于口射线探{蔓I的G—M计数管的特性；分析了测量数据统计特征及数据处理的理论基础；提出丁构成PMl0测量系统的方法和相关的数据处理技术．关键词口射线；G—M计敷

2、管；数据处理中围分类号TL8l?+2文献标识码A1引言f1'2】大气中的颗粒物质可对环境和人体健康造成广泛的危害，因而足最主要的大气污染物之一，颗粒物质的危害性主要表现在：(1)大气中的颗粒物质造成最普遍的危害是使能见度下降．(2)即使颗粒物本身是化学惰性的，但落在涂过漆的表面、衣物和帘幕上，就会把它弄脏．通常每年对建筑物的清洗，内外的重新油漆和更换各种纺织品就可达数以亿计的费用．(3)颗粒物能通过固有的腐蚀性，或吸附在其表面的腐蚀性化学物质的作用，产生直接的化学破坏．(4)颗粒物对动物和植物的影响事例也很多．含氟化物的颓粒能引起某些植物损害，氧化镁也可使植物生长不良．动物摄取含

3、氟颗粒物的植物能导致氟中毒，牛羊吃了含砷或铅的埴物，可导致砷和铅中毒．随着颗粒度减小，有害物质，如Mn、Cd、Ti、Cr、As、Ni、S及多环芳烃化合物等的浓度显著增加，因此细小颗粒(如PMl0)污染物对健康影响是明显的．目前世界上很多国家把大气中PM10含量的多少作为大气质量的重要指标之一，对大气中的PM10含量实旌24小时连续监测．目前，较常采用的检测方法主要有以下几种；重量法、压电晶体差频法、光散射法等．其中p射线吸收法是重量法中较常采用的的一种，具有连续测量、价格低、系统工作可靠、运行费用低、安装简便、无需人员监守等优点．有关p射线吸收原理内容国内外已有资料进行阐述，但如

4、何构成实用系统及系统的数据处理方法未见系统地论述，本文的目的在于系统地阐述利用口射线的吸收原理构成PMl0测量系统时需要注意的重点问题、数据处理的理论基础和仪器的数据处理方法．2原理阳2．1p射线的吸收定律原子核在发生口衰变时，放出口粒子．口粒子实际上是一种快带电粒子，它的穿透能力较强，当它穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象口H做p吸收．当吸收物质的厚度比口粒子的射程小很多时，p射线在物质中的吸收，近似为：』=[oc一”“‘“f11式中，J。为没有吸收片时的强度；，是p射线穿过厚度为t的吸收片后的强度，式中f‰=p／p，称为质量吸收系数或质量衰减系数

5、，单位为cm2／g；t。=tp称质量厚度，单位为g／cm2，P为吸收物质密度(g／cm3)：实验表明，对于不同的吸收物质，p。随原于序数的增加而缓慢地增加．对于同一吸收物质，∥。与放射能量有关．收稿甘期，2000_ol—04；修改日期：2000．m加3万方数据堡一墨王皇±兰塑!!堂Fig1SchematicdiagramofmeasuringtheconLentofPMl0using口ray△。：一11。皇“m』22．2测量PMl0的方法应用口射线测量PMl0的原理图如图l所示，首先，探测电路记录下口射线通过滤纸时强度h由式(1)1得：第二步：用恒流抽气系统通过采气气路抽入一定量

6、的空气，PMlo颗粒吸附在滤纸的面上；第三步：探测器记录下此时p射线的强度，设为，2，由式(1)得z式中，△m为PMl0的质量厚度．假设，0在整个测量过程中保持不变．综合(2)和(3)，得Am的单位为g／era2，因为已知滤纸被探测面积和抽入的空气的体积，Am可以换算成g／m3，即每立方米空气中PMl0的含量密度．在式(4)的推导过程中，应注意以下三个条件r(I)PMl0吸附前后的两次测量中，，o保持不变；(2)为得到每立方米空气中的PMl0的含量，抽入的空气的体积必须是已知的；(3)滤纸被探测面在PMl0吸附前后没有变化．2．3p豫的选择殛“，。的标定应选择半衰期很长的口放射源

7、．保证前后两次测量中，口源的强度保持不变．r“源是理想的选择，其半衰期为5730年，放射能量E。ax为0156MeV，放射性活度选为3～5Mbq，对人体无害．由于其半衰期为5730年，在PMl0吸附前后(间隔<30分钟)及相当长时间的口射线的测量中，可以认为能量没有发生变化，“。为常数．一般每半年用标准质量的参考物校准一次“。值．2．4G．M计数管特性及正确使用【7，8，9，⋯】用于辐射强度探测的探测器有气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器等，其中用盖革和弥勒名字命名的气体探测器