氡觀測(cè)技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)＊

周紅艷 任宏微

1）江西省地震局，南昌 330039

2）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

引言

氡的發(fā)現(xiàn)已有百年歷史，氡觀測(cè)技術(shù)的最早實(shí)際應(yīng)用始于1922年的前蘇聯(lián)，該國(guó)對(duì)水樣實(shí)施了氡測(cè)量，并依此進(jìn)行鈾礦勘查［1－2］。此后，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步在測(cè)氡領(lǐng)域開(kāi)始領(lǐng)先，并將氡測(cè)量與地震、建材、環(huán)保、大氣物理、溫室效應(yīng)對(duì)全球氣候變暖、癌癥病理研究等當(dāng)今熱門課題相結(jié)合，進(jìn)一步推動(dòng)了氡觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

氡是自然界唯一的氣態(tài)放射性元素，由鐳衰變而來(lái)，在地殼中能以游離態(tài)存在或溶于地下液體，自然界中氡有3個(gè)同位素222Rn、220Rn和219Rn，222Rn的半衰期為3.825d，220Rn的半衰期為54.4s，219Rn的半衰期僅為3.92s［3－4］。氡 及 其 母 體、子 體 在 衰 變 過(guò) 程中不斷釋放α粒子、β粒子和γ粒子，其特有的物理化學(xué)性質(zhì)是氡觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。早期的氡研究主要是鈾礦山和部分非鈾礦山的輻射防護(hù)。20世紀(jì)60年代中期，氡觀測(cè)技術(shù)開(kāi)始為我國(guó)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)。進(jìn)入80年代，我國(guó)開(kāi)展了室內(nèi)環(huán)境與氡濃度的研究與調(diào)查。目前，氡觀測(cè)不僅包含土壤中、空氣中和水中氡濃度的觀測(cè)，還包括建筑材料中、生物體內(nèi)氡濃度的測(cè)量。本文簡(jiǎn)要介紹氡觀測(cè)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，歸納當(dāng)前不同測(cè)氡技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)，并以地震系統(tǒng)使用的幾種儀器為例，分析今后氡觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向，為測(cè)氡儀器的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用選型提供參考。

1 氡觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

近年來(lái)，由于人們對(duì)生命、生存、生活關(guān)注程度的日益提高，測(cè)氡技術(shù)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)大而取得了一定的發(fā)展，這些應(yīng)用涉及資源勘查、災(zāi)害預(yù)測(cè)、科研生產(chǎn)、安全防護(hù)、醫(yī)療保健等與人民生產(chǎn)生活密切相關(guān)的領(lǐng)域，以下簡(jiǎn)單介紹測(cè)氡技術(shù)應(yīng)用的幾個(gè)主要領(lǐng)域［5］。

（1）資源勘查。鈾礦體和油氣的外部常常形成鐳暈圈，對(duì)氡及其子體測(cè)量非常有利，異常反映強(qiáng)而明顯，鈾礦體和油氣體位于異常高值所夾持的低值區(qū)，同時(shí)根據(jù)異常曲線的特征，可以確定礦體的埋藏深度［6］。所以，利用放射性氡測(cè)量方法可以快速、有效地對(duì)礦體進(jìn)行定位。金礦體中常伴生（共生）有鈾、鐳放射性元素、衰變釋放出氡氣，所以，在金礦地勘中氡測(cè)量技術(shù)也得到了很好的應(yīng)用［7］。氡溶于地下水，且溶解度受溫度、壓力等環(huán)境的影響，近年來(lái)，以氡氣異常測(cè)量為主的地下水和地?zé)豳Y源勘查工作在我國(guó)應(yīng)用極為廣泛。

（2）災(zāi)害預(yù)測(cè)。地震、滑坡、活斷層等地質(zhì)災(zāi)害在孕育過(guò)程中，應(yīng)力積累會(huì)導(dǎo)致巖土的變形與破壞，這不僅會(huì)改變介質(zhì)的受力狀態(tài)，還會(huì)引起孔隙、裂隙和破碎程度的變化，以及水流條件變化和溫度的升高，由此引起巖土中氡射氣量的變化、地下水中氡含量的變化。觀測(cè)、記錄構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域范圍內(nèi)的氡濃度變化，可以判斷地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間。

（3）煤田地區(qū)的應(yīng)用［8－9］。陷落柱在形成和長(zhǎng)期地質(zhì)過(guò)程中造成鈾的富集，在陷落柱上方，氡的平面等值異常多顯示不規(guī)則的橢圓形、似園形，剖面則多為馬鞍形，即在陷落柱邊緣出現(xiàn)高峰值，查明土壤中自然狀態(tài)氡濃度的分布規(guī)律，可以快速查明煤田的陷落柱。近年來(lái)，利用測(cè)氡技術(shù)圈定采空區(qū)邊界、地下煤層自燃位置、預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出也成為煤田地區(qū)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的重要手段。

（4）水文、地質(zhì)學(xué)上的研究。地下水中222Rn的積累是年齡和流速的函數(shù)，利用放射性成因惰性氣體間比值的氦－氡法，可以測(cè)定地下水的大體年齡，也可用來(lái)研究自流盆地的動(dòng)力條件。應(yīng)用氡觀測(cè)技術(shù)，可以解決地質(zhì)填圖、喀斯特地形研究等一系列地質(zhì)學(xué)方面的問(wèn)題。

（5）環(huán)境監(jiān)測(cè)與安全防護(hù)。環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)逐漸成為當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)問(wèn)題。無(wú)論是新建住宅時(shí)地基放射性勘測(cè)論證，還是家居時(shí)放射性水平檢測(cè)和環(huán)境氡氣的大規(guī)模普查，都是一個(gè)日益突出的課題。而對(duì)室內(nèi)、外環(huán)境中氡濃度測(cè)量的目的就是強(qiáng)化環(huán)境安全意識(shí)，防止輻射污染對(duì)生命的傷害。

（6）醫(yī)療保健。隨著對(duì)氡氣認(rèn)識(shí)的深入，人類不僅在盡力防范氡對(duì)人體的危害，還在充分發(fā)揮氡的醫(yī)療價(jià)值。氡可用于癌癥的放射治療，可以利用一定水平濃度的氡水來(lái)治療動(dòng)脈硬化、呼吸道疾病和風(fēng)濕性、外傷性關(guān)節(jié)炎等病癥。近年來(lái)，應(yīng)用含氡溫泉進(jìn)行浴療逐步發(fā)展起來(lái)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氡觀測(cè)技術(shù)應(yīng)用逐漸深入到我們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，并且還有繼續(xù)擴(kuò)大和發(fā)展的趨勢(shì)，這就要求我們必須了解當(dāng)前主要的氡觀測(cè)技術(shù)。

2 氡測(cè)量方法

隨著測(cè)氡技術(shù)在不同領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用，形成了各自主要推薦的氡測(cè)量方法，總體上可以歸納為以下幾類：根據(jù)采樣方式不同分為瞬時(shí)采樣測(cè)量、累積采樣測(cè)量和連續(xù)采樣測(cè)量；依據(jù)采樣對(duì)象不同分為氡測(cè)量和氡子體測(cè)量；依據(jù)探測(cè)粒子種類不同，分為α測(cè)氡和γ測(cè)氡。本文主要依據(jù)不同的測(cè)量原理，介紹幾種當(dāng)前比較通用的測(cè)量方法。

2.1 電離室法（氣體電離法）

早在20世紀(jì)50年代，電離室法就廣泛被用來(lái)探測(cè)放射性元素的輻射強(qiáng)度，早期的石英絲靜電計(jì)、蓋革—彌勒計(jì)數(shù)管都是應(yīng)用電離室法。目前，電離室法包括兩種，電流電離室和脈沖電離室。

電流電離室法的工作原理［10－12］：含氡氣體進(jìn)入電離室，氡及其子體放出的α粒子使空氣電離，產(chǎn)生大量的電子和正離子，在電離室內(nèi)壁和收集極之間的電場(chǎng)作用下，正電荷形成電離電流，這種微弱的電流使靜電計(jì)石英絲系上的電荷積累起來(lái)，電位逐漸升高，引起絲系的偏轉(zhuǎn)，氡氣的濃度直接由絲系偏轉(zhuǎn)速度來(lái)計(jì)算。電流電離室代表儀器有上海電子儀器廠的FD－105或FD－105K靜電計(jì)。脈沖電離室的工作原理與電流電離室相近，只是觀測(cè)信號(hào)為在收集電極上形成的電脈沖，由于正離子質(zhì)量大于電子，運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢，收集電極上主要是正離子產(chǎn)生的慢脈沖，這些脈沖經(jīng)電子學(xué)測(cè)量單元放大后，由計(jì)數(shù)電路記錄。以脈沖電離室為傳感器的代表性產(chǎn)品有AlphaGUARD系列測(cè)氡儀，例如P2000和PQ2000。

電離室法的主要優(yōu)點(diǎn)是：方法可靠，測(cè)量速度較快，受濕度影響小，既可以直接收集空氣樣品進(jìn)行測(cè)量，也可以使用含氡氣體不斷流過(guò)測(cè)量裝置進(jìn)行連續(xù)測(cè)量［12］；主要缺點(diǎn)是：靈敏度低，不滿足低濃度氡的測(cè)量需要，由于只反映入射粒子電離后的平均效應(yīng)，不能反映入射粒子的能量大小，因此，不能區(qū)分222Rn和220Rn的濃度。

2.2 閃爍室法

閃爍室法是氡測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用較廣泛的一種，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，現(xiàn)在它已成為相當(dāng)完善的一種測(cè)量技術(shù)。閃爍室法探測(cè)器由閃爍體、光電倍增管和相應(yīng)的電子儀器3個(gè)主要部分組成，閃爍體分為無(wú)機(jī)閃爍體和有機(jī)閃爍體、探測(cè)α粒子閃爍體和探測(cè)γ射線的閃爍體。

閃爍室法的工作原理［13］：粒子進(jìn)入閃爍體與之發(fā)生作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發(fā)；受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子，利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子，光電子在光電倍增管中轉(zhuǎn)化為電子流，電子流在陽(yáng)極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)，此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。利用此方法研制的儀器有FD－125型氡釷分析儀、SD－3A自動(dòng)測(cè)氡儀、NaI（Tl）閃爍探測(cè)器。

閃爍室法的優(yōu)點(diǎn)是［14－15］：粒子適用范圍廣，探測(cè)效率高，探測(cè)下限低，準(zhǔn)確度高，制作工藝成熟、成本低；其缺點(diǎn)是：儀器由幾部分組成、較笨重，能量分辨率較低，閃爍室的本底隨時(shí)間增加，探測(cè)效率隨時(shí)間減小，需要定期進(jìn)行系數(shù)刻度。

2.3 半導(dǎo)體探測(cè)器法（固體電離法）

在核輻射探測(cè)領(lǐng)域，半導(dǎo)體探測(cè)器的研制和使用是一個(gè)重要發(fā)展，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始生產(chǎn)，最早以探測(cè)γ射線為主，很快發(fā)展到探測(cè)α粒子。目前，半導(dǎo)體α探測(cè)器應(yīng)用較為廣泛。

半導(dǎo)體探測(cè)器法的工作原理［16－18］：經(jīng)干燥、過(guò)濾的氡氣體進(jìn)入探測(cè)室，探測(cè)室內(nèi)壁涂有導(dǎo)電材料，探測(cè)室內(nèi)有半導(dǎo)體探測(cè)器，氡衰變產(chǎn)生的子體（固體）在靜電場(chǎng)中被收集在半導(dǎo)體探測(cè)器表面，釋放出的粒子進(jìn)入半導(dǎo)體探測(cè)器后，產(chǎn)生空穴－電子對(duì)，這些空穴－電子對(duì)被探測(cè)器內(nèi)電場(chǎng)兩電極分開(kāi)，并分別被陰極和陽(yáng)極收集，產(chǎn)生與粒子損失的能量成正比的輸出脈沖信號(hào)，從而可探測(cè)射線的強(qiáng)度。即入射粒子在靈敏區(qū)內(nèi)損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其能量成正比的電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大并由多道分析器測(cè)出幅度的分布，從而給出帶電粒子的能譜?；诎雽?dǎo)體探測(cè)器的測(cè)氡儀主要有FD3017、RAD7和DOSEman測(cè)氡儀。

半導(dǎo)體α探測(cè)器主要依據(jù)氡的第1代衰變子體（218Po、216Po）釋放的α粒子能量峰分辨222Rn和220Rn，半導(dǎo)體γ能譜儀則是依據(jù)214Pb、214Bi和212Bi、208Tl能量峰來(lái)分辨222Rn和220Rn。該方法的優(yōu)點(diǎn)［17－18］是：具有較高的能量分辨率，快速測(cè)量氡子體釋放粒子能量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用，線性響應(yīng)好，探測(cè)器體積小、重量輕，適合制成便攜式儀器；缺點(diǎn)是：僅能對(duì)氡的衰變子體測(cè)量，探測(cè)效率低；容易受濕度影響，需要經(jīng)常換干燥劑。

2.4 徑跡蝕刻法

徑跡蝕刻法是從早期的感光乳劑法發(fā)展而來(lái)的，用作探測(cè)器的材料主要有結(jié)晶物質(zhì)（如云母）、非結(jié)晶物質(zhì)（如玻璃）和聚合物（如聚碳酸酯）。目前，廣泛應(yīng)用的徑跡蝕刻探測(cè)器是能產(chǎn)生輻射徑跡損傷效應(yīng)的聚碳酸酯片或CR－39。

徑跡蝕刻法測(cè)量原理［19］：帶電粒子進(jìn)入固體材料時(shí)，在沿其射程軌跡周圍造成輻射損傷，受損嚴(yán)重的狹窄區(qū)域稱為潛徑跡，損傷半徑一般只有納米級(jí)。當(dāng)這種潛徑跡經(jīng)一定條件的化學(xué)與電蝕刻處理后，就會(huì)因受損傷區(qū)域比未受損傷區(qū)域容易被腐蝕而使探測(cè)器材料中的潛徑跡放大，達(dá)到普通光學(xué)顯微鏡可觀測(cè)的微米級(jí)程度。測(cè)量固體核徑跡一般包括3個(gè)步驟：放射源的照射、探測(cè)器的蝕刻和固體核徑跡的觀察分析［20］。

徑跡蝕刻法的主要優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格低廉、體積小、使用方便、靈敏度高；主要缺點(diǎn)是：徑跡蝕刻法為累計(jì)采樣測(cè)量，采樣時(shí)間長(zhǎng)，不適合工程應(yīng)用，且探測(cè)器本底差異大，化學(xué)蝕刻過(guò)程復(fù)雜，較難把握。

2.5 其他觀測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

駐極體測(cè)氡法雖然早在20世紀(jì)50年代就研制成功并開(kāi)始應(yīng)用，但是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)。其工作原理是：氡及其子體使其周圍的空氣電離產(chǎn)生帶電粒子，這些帶電粒子在駐極體靜電場(chǎng)的作用下，異號(hào)帶電粒子會(huì)使駐極體的表面電荷特性發(fā)生變化，利用駐極體表面電位測(cè)量?jī)x記錄這種變化，經(jīng)過(guò)刻度就可確定待測(cè)空氣中的氡濃度［21］。駐極體測(cè)氡設(shè)備實(shí)際是內(nèi)裝一塊帶正電荷的駐極體塑料容器，駐極體既是探測(cè)器，又是靜電場(chǎng)源。探測(cè)器應(yīng)用的仍是氣體電離的原理。目前，主要有Radom型和Rad Elec E－PERM型駐極體測(cè)氡容器。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：成本低、駐極體片可重復(fù)使用，體積小、重量輕、無(wú)需電源，駐極體表面電荷信息穩(wěn)定，測(cè)量時(shí)間不受限制；缺點(diǎn)是：駐極體的使用和保存需特別小心，觸及其表面會(huì)改變其上的電位。單獨(dú)一片駐極體片的可探測(cè)范圍窄，需用不同厚度的駐極體片才能適應(yīng)較寬的探測(cè)范圍。對(duì)天然本底輻射較靈敏，測(cè)量中需作修正。

活性炭法是基于樣品采集方法命名的，利用活性炭的強(qiáng)吸附性作用將氡及其子體收集在活性炭盒內(nèi)，通過(guò)用γ能譜儀測(cè)量活性炭盒的氡子體（214Pb、214Bi）的γ峰或峰群強(qiáng)度，可計(jì)算出被測(cè)場(chǎng)所的氡濃度［22－23］。該方法適合大量土壤氣樣品采集的工程測(cè)量，探測(cè)器以 NaI（Tl）為主。

雙濾膜法和氣球法也是對(duì)樣品采集而言，原理相似［24－25］：含氡及其子體的氣體經(jīng)進(jìn)口濾膜過(guò)濾，使“純凈”氡氣進(jìn)入采集器，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間衰變，再經(jīng)過(guò)出口濾膜過(guò)濾，氡子體吸附在出口濾膜上，通過(guò)測(cè)量濾膜上吸附的氡子體衰變釋放的α粒子，計(jì)算得到氡濃度；雙濾膜法和氣球法為瞬時(shí)采樣測(cè)量，探測(cè)器一般應(yīng)用半導(dǎo)體探測(cè)器。因?yàn)V膜的自吸收效應(yīng)，探測(cè)效率較低。

氡測(cè)量技術(shù)種類較多，選擇時(shí)需要考慮測(cè)量環(huán)境、目的、時(shí)間、費(fèi)用等因素。氡濃度的測(cè)量會(huì)受到人為因素、環(huán)境因素、氣候因素的影響。通過(guò)選擇適宜的方法、適合的儀器可以盡量避開(kāi)或消除相應(yīng)的影響因素，從而獲得較為合理的測(cè)量結(jié)果。

3 氡測(cè)量?jī)x器

伴隨氡測(cè)量方法的成熟，氡測(cè)量?jī)x器研發(fā)逐漸走向快速、精確和自動(dòng)化。相對(duì)于γ測(cè)氡技術(shù)，α測(cè)氡在各領(lǐng)域應(yīng)用更普遍、測(cè)量?jī)x器種類更多。20世紀(jì)70年代初期，我國(guó)自己設(shè)計(jì)的FD－125型室內(nèi)氡釷分析器，至今仍在地震系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。目前，地震系統(tǒng)氡觀測(cè)分為定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)和定期流動(dòng)觀測(cè)，定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)地下水氡濃度變化，主要目的是為地震前兆信息的獲取提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；定期流動(dòng)觀測(cè)巖土氡濃度變化，主要目的是探測(cè)隱伏斷層及分析其活動(dòng)特性。下面介紹幾種地震系統(tǒng)常用的測(cè)氡儀。

3.1 FD－125型氡釷分析儀

FD－125型氡釷分析儀［26］采用閃爍室法測(cè)量氡濃度。該閃爍室為球形，被螢光片分隔為4個(gè)互相聯(lián)通的小室，含氡氣體進(jìn)入后探測(cè)效率較高。閃爍室放置測(cè)量和待測(cè)閃爍室的轉(zhuǎn)盤上，該圓盤可同時(shí)放3個(gè)閃爍室。射氣進(jìn)入閃爍室后需靜置一小時(shí)，測(cè)量時(shí)間100s，測(cè)量完畢可轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，使下一個(gè)樣品閃爍室轉(zhuǎn)至光電倍增管上進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程為人工取水樣、閃爍室真空負(fù)壓鼓泡脫氣、人工計(jì)算氡濃度，觀測(cè)時(shí)間一般為2小時(shí)左右，測(cè)量完畢后人工抽空氣清洗閃爍室降本底。該儀器測(cè)水氡在地震系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間久，主要在定點(diǎn)（臺(tái)站）長(zhǎng)期觀測(cè)氡濃度變化，曾在地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中發(fā)揮過(guò)作用。

應(yīng)用中存在的問(wèn)題：①測(cè)量氡及其子體混合釋放的α粒子，不能區(qū)分222Rn和220Rn；②單個(gè)樣品觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，限制了觀測(cè)數(shù)據(jù)密度，可獲取的信息量少；③氡濃度較高的觀測(cè)點(diǎn)，會(huì)縮短閃爍室的有效使用時(shí)間；④人為因素影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3.2 SD－3A型自動(dòng)測(cè)氡儀

SD－3A型自動(dòng)測(cè)氡儀為連續(xù)觀測(cè)儀器，使用閃爍室法測(cè)量氡濃度，觀測(cè)對(duì)象以水中逸出氣氡為主，觀測(cè)系統(tǒng)包括井口脫氣－集氣裝置、氡探測(cè)裝置和主機(jī)。該儀器可以選擇兩種工作模式：一種為氣泵抽氣模式，一種是擴(kuò)散模式。觀測(cè)過(guò)程是：井水通過(guò)井管進(jìn)入脫氣－集氣裝置，經(jīng)過(guò)濺散使自由氣氡逸出進(jìn)入0.37L的圓柱形閃爍室內(nèi)，通過(guò)光電倍增管、主機(jī)等輸出氣氡濃度。SD－3A型自動(dòng)測(cè)氡儀實(shí)現(xiàn)了樣品自動(dòng)采集、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，每天產(chǎn)出24個(gè)讀數(shù)。該儀器對(duì)ZnS（Ag）屏進(jìn)行了高溫高壓和鍍膜處理，解決了ZnS（Ag）怕潮的難題，同時(shí)提高了儀器抗腐蝕能力，大幅度延長(zhǎng)了ZnS（Ag）閃爍室的壽命［27］。

觀測(cè)中存在的問(wèn)題：①樣品進(jìn)入探測(cè)室的測(cè)量時(shí)間短，觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，經(jīng)常出現(xiàn)類似脈沖的奇異數(shù)，脫氣－集氣裝置影響程度大；②氣體進(jìn)入探測(cè)腔前未經(jīng)子體過(guò)濾，測(cè)量的為氡及其子體衰變?chǔ)亮Ｗ拥幕旌狭?；③?biāo)定系數(shù)變化較大，造成數(shù)據(jù)連續(xù)性差。

3.3 AlphaGUARD系列PQ2000測(cè)氡儀

AlphaGUARD系列測(cè)氡儀是近幾年地震系統(tǒng)引進(jìn)的新式觀測(cè)儀器。該儀器基于最優(yōu)化脈沖電離室原理，是目前國(guó)內(nèi)外最穩(wěn)定的測(cè)氡儀之一，在國(guó)際上作為氡測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞裝置廣泛應(yīng)用。

AlphaGUARD系列測(cè)氡儀為瞬時(shí)測(cè)氡，可以快速測(cè)量空氣、土壤和水中氡濃度，并同時(shí)顯示樣品測(cè)量誤差值、測(cè)量時(shí)的溫度、濕度和大氣壓等。其電離室為一個(gè)0.6L的圓柱，中間為中心電極，通過(guò)保護(hù)環(huán)固定在圓柱中央，保護(hù)環(huán)都由高性能聚四氟乙烯絕緣體隔開(kāi)［28］。PQ2000有抽氣模式和擴(kuò)散模式兩種測(cè)量方式。根據(jù)不同濃度的樣品可選擇1min或10min抽氣模式測(cè)量，也可選擇10min或60 min的擴(kuò)散模式測(cè)量。該儀器無(wú)濕度效應(yīng)、無(wú)須干燥管除濕；測(cè)氡無(wú)累積效應(yīng)，高低動(dòng)態(tài)變化響應(yīng)速度快；儀器輕便、操作簡(jiǎn)單，適合臺(tái)站和野外觀測(cè)使用；儀器穩(wěn)定性極佳，刻度因子5年內(nèi)不會(huì)改變；用內(nèi)置電池可自動(dòng)工作10天（40天備選）、自動(dòng)存儲(chǔ)4 800個(gè)數(shù)據(jù)。

應(yīng)用中存在的問(wèn)題：①氣體進(jìn)入探測(cè)器前經(jīng)子體過(guò)濾，測(cè)量對(duì)象為純氡釋放的α粒子，不適合低濃度氡樣品測(cè)量，不能分辨222Rn和220Rn；②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間有限，尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3.4 RAD7測(cè)氡儀

RAD7測(cè)氡儀是應(yīng)用半導(dǎo)體探測(cè)器的快速測(cè)氡儀，在國(guó)內(nèi)氡觀測(cè)的各領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。該儀器最特殊的技術(shù)要求是采用干燥管消除進(jìn)入探測(cè)腔內(nèi)氣體的濕度，避免濕度對(duì)測(cè)量的影響，提高觀測(cè)精度。

該儀器內(nèi)部樣品腔是一個(gè)0.7L的半球，半球的內(nèi)壁涂層為電導(dǎo)體，在球的中心是固態(tài)離子植入硅α探測(cè)器，儀器為主動(dòng)式采樣，內(nèi)置（在進(jìn)氣口）標(biāo)準(zhǔn)流速為1L／min的氣泵、腔體及氣管組成一個(gè)密封性能良好的進(jìn)出氣系統(tǒng)［29－30］。樣品測(cè)量完給出觀測(cè)氡濃度及α能譜，儀器主要通過(guò)218Po和214Po的信號(hào)來(lái)確定222Rn的濃度。該儀器操作簡(jiǎn)便，針對(duì)不同的觀測(cè)目的可給出合適的工作參數(shù)，還可以根據(jù)個(gè)人需要自定義工作參數(shù)。自配小型打印機(jī)直接打印結(jié)果。

應(yīng)用中存在的問(wèn)題：①為避免濕度對(duì)測(cè)量精度的影響，需要經(jīng)常更換干燥劑，且不同體積的干燥管對(duì)觀測(cè)值的影響較大，計(jì)算時(shí)采用的修正系數(shù)有偏差；②該儀器為便攜式測(cè)氡儀，適合野外觀測(cè)，但不適合在地震系統(tǒng)開(kāi)展水氡的長(zhǎng)期觀測(cè)；③儀器價(jià)格較高，難以廣泛普及使用。

以上4種儀器中，F(xiàn)D－125氡釷分析儀在地震系統(tǒng)應(yīng)用最久，觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。老型號(hào)定標(biāo)器智能化程度低，而新設(shè)計(jì)的定標(biāo)器已經(jīng)可以存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)和自動(dòng)觀測(cè)坪曲線；SD－3A自動(dòng)測(cè)氡儀實(shí)現(xiàn)了氣氡從樣品采集到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的自動(dòng)化，但因受脫氣－集氣裝置影響明顯，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差；PQ2000穩(wěn)定性和可靠性最好，但目前只能用來(lái)作為氡觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的傳遞設(shè)備；RAD7型測(cè)氡儀樣品需要進(jìn)行干燥處理，否則會(huì)造成觀測(cè)結(jié)果偏低，也不適合在臺(tái)站進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)使用。

4 總結(jié)與展望

各種觀測(cè)技術(shù)和儀器均有其適用的領(lǐng)域和觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，且在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。隨著地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究的不斷深入和發(fā)展，人們需要了解更多的信息，如需要獲取強(qiáng)震前氡的前兆信息，就要求監(jiān)測(cè)氡異常變化的全過(guò)程，因此提出研制智能化連續(xù)自動(dòng)測(cè)氡儀。氡的數(shù)字化觀測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)取樣、自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)、自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，并將測(cè)量計(jì)算結(jié)果自動(dòng)發(fā)送的一整套技術(shù)。類似AlphaGUARD系列、RAD7測(cè)氡儀瞬間采樣、快速測(cè)量可以進(jìn)行短期的連續(xù)觀測(cè)或定期的流動(dòng)觀測(cè)，而定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)儀器需要儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定、受濕度影響小、快速降低本底等特殊要求，國(guó)外進(jìn)口儀器成本高、維修不及時(shí)，數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)不能直接進(jìn)入地震臺(tái)網(wǎng)等，所以自動(dòng)化氡觀測(cè)儀器主要是依賴國(guó)內(nèi)自主研發(fā)。從目前儀器使用的情況來(lái)看，閃爍室探測(cè)器工藝相對(duì)成熟、制作成本低。電離室法儀器研制工藝有待進(jìn)一步提高，國(guó)產(chǎn)儀器的觀測(cè)精度、穩(wěn)定性與進(jìn)口儀器相比還有一定差距。

在未來(lái)閃爍法氡測(cè)量?jī)x器的開(kāi)發(fā)使用中，高探測(cè)效率、低本底是測(cè)量技術(shù)所追求的目標(biāo)。為了適應(yīng)更高精度的測(cè)量要求，近些年光電倍增管研發(fā)和其他光電子器件一樣，向小型化、高可靠性、多功能、模塊化和集成化方向發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)涉及光電陰極、電子倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極輸出結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和對(duì)工藝方面的進(jìn)一步優(yōu)化。

未來(lái)電離室技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)著重于電離室內(nèi)部各個(gè)器件，包括高壓電極以及收集極等器件技術(shù)的發(fā)展，提高探測(cè)效率，使得檢測(cè)結(jié)果更加精確、穩(wěn)定。有時(shí)還需要根據(jù)不同輻射射線檢測(cè)的要求，包括α、β、γ、X等射線，對(duì)其接收方式、收集效率等進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。另外，對(duì)其前端放大器的改進(jìn)也至關(guān)重要，能提高檢測(cè)器的靈敏度。

脫氣－集氣裝置是數(shù)字化連續(xù)氡濃度觀測(cè)中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，脫氣效率直接關(guān)系到測(cè)量的靈敏度、穩(wěn)定性；在特定條件下，穩(wěn)定地將地下水中的氡氣脫出，并有效地將脫出和匯集的新鮮氣體傳送到觀測(cè)儀器進(jìn)行觀測(cè)非常重要［31］。未來(lái)針對(duì)水中氡濃度觀測(cè)，脫氣－集氣裝置的科學(xué)合理設(shè)計(jì)也將是地震系統(tǒng)中測(cè)氡技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)之一。

總之，能夠檢測(cè)放射性的微弱異常、精確度高、穩(wěn)定可靠、現(xiàn)場(chǎng)分析處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)、簡(jiǎn)便易維護(hù)、性價(jià)比高是氡觀測(cè)技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。隨著未來(lái)現(xiàn)代核物理方法、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，相信今后會(huì)有性能更為優(yōu)秀的氡濃度觀測(cè)儀器出現(xiàn)，為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

致謝：本文在編寫中得到劉耀煒研究員的指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝。

［1］談成龍.當(dāng)今測(cè)氡方法及設(shè)備面面觀.世界核地質(zhì)科學(xué)，2003，20（4）：213－223

［2］李朝明，楊志堅(jiān)，朱培耀，等.地震前兆監(jiān)測(cè)中水氡測(cè)量方法淺析.地震地磁觀測(cè)與研究，2013，34（1）：155－161

［3］王南萍，肖磊.土壤氡測(cè)量國(guó)際比對(duì)及幾個(gè)重要問(wèn)題.現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26（6）：1294－1299

［4］王曙光，王春艷，李茹.氡及其遷移理論的發(fā)展概述.西部探礦工程，2012（11）：171－173

［5］方方，周偉，劉易，等.用于資源勘查和環(huán)境監(jiān)測(cè)的測(cè)氡技術(shù).礦物學(xué)報(bào)，2009（增刊）：530－531

［6］葉樹(shù)林，黃國(guó)夫.放射性氡測(cè)量方法在資源勘查和地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用.“九五”全國(guó)地質(zhì)科技重要成果論文集，2000：860－863

［7］鄧斯尹.淺談氡氣測(cè)量在金礦地震勘查中的應(yīng)用.煤礦技術(shù)，2012（6）：369－370

［8］劉泰峰，安海忠，亢俊健，等.煤田陷落柱氡氣場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算及空間形態(tài)分布特征.地球物理學(xué)報(bào)，2004，47（1）：171－177

［9］方前程，黃淵躍，劉學(xué)服.測(cè)氡法在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望.能源技術(shù)與管理，2011（4）：102－104

［10］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震地下流體理論基礎(chǔ)與觀測(cè)技術(shù).北京：地震出版社，2007：135－136

［11］朱景良.氡氣測(cè)量和測(cè)氡儀器的標(biāo)定技術(shù)研究.成都：成都理工大學(xué)，2004：17

［12］潘自強(qiáng).電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià).北京，原子能出版社，2009：448

［13］張虎，羅降，張全虎，等.核探測(cè)器的發(fā)展和現(xiàn)狀.第十四屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2008：318－322

［14］汪婧，陳伯顯，莊人遴.無(wú)機(jī)閃爍探測(cè)器綜述.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2006，26（6）：1039－1045

［15］茍全錄.氡及其子體測(cè)量方法簡(jiǎn)介.輻射防護(hù)通訊，1994，14（6）：34－40

［16］付錦，裴成凱.帶有穩(wěn)譜功能的α能譜氡測(cè)量?jī)x的研制.鈾礦地質(zhì)，2007，23（2）：109－114

［17］李麗.基于SSB便攜式α譜儀能譜分析技術(shù)研究.成都：成都理工大學(xué)，2012：17

［18］唐孝威，孫漢城.近年來(lái)原子核輻射探測(cè)器的若干新發(fā)展.原子能科學(xué)技術(shù)，1962（1）：31－42

［19］王麗琴，屈喜梅，焦玲，等.CR－39固體核徑跡探測(cè)器蝕刻技術(shù)新進(jìn)展.核技術(shù)，2012，35（11）：863－868

［20］翟鵬濟(jì)，唐孝威，王龍，等.CR－39核徑跡探測(cè)器及其在核科學(xué)等研究領(lǐng)域中的應(yīng)用.物理，2000，29（7）：397－400

［21］唐可超，胡毅，王日中，等.氡及其子體的測(cè)量與防護(hù)的相關(guān)技術(shù)與方法.中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第二卷），2011：105－112

［22］邱元德，童運(yùn)福.活性炭測(cè)氡法的特點(diǎn).核技術(shù)，1996，19（9）：554－558

［23］劉方平.活性炭盒法測(cè)量室內(nèi)空氣中氡及其子體的研究.吉林：吉林大學(xué)，2009：10－11

［24］毛文靜.氡濃度的測(cè)量方法簡(jiǎn)介.科技視界，2013（17）：93，99

［25］朱國(guó)禎，葛良全，楊強(qiáng)，等.馬爾科夫法氣球測(cè)氡儀探測(cè)效率的探究.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2013，33（7）：903－907

［26］石慧馨.我國(guó)射氣測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介.地震地質(zhì)，1980，2（3）：10

［27］張平，劉北順，邢玉安，等.SD－3A型自動(dòng)測(cè)氡儀.華北地震科學(xué)，2000，18（2）：76－80

［28］劉翠紅，張磊，卓維海，等.AlphaGUARD測(cè)氡儀的220Rn響應(yīng)研究.輻射防護(hù)，2010，30（3）：135－140

［29］馬若云，張磊，郭秋菊.基于RAD7測(cè)氡儀的220Rn氣體準(zhǔn)確測(cè)量的研究.原子能科學(xué)技術(shù)，2012，46（11）：1397－1401

［30］馬若云，張磊，郭璐，等.α能譜法測(cè)量222Rn／220Rn氣體活度濃度過(guò)程中的拖尾修正.原子能科學(xué)技術(shù)，2013，47（5）：866－870

［31］孔令昌，王桂清，王志敏.用于數(shù)字化氣體觀測(cè)的脫氣－集氣裝置研制與應(yīng)用.地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（2）：63－66

［32］方方，李丹，陳偉，等.常壓空氣網(wǎng)柵脈沖電離室測(cè)氡儀的研制.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2010，30（1）：121－123