技術(shù)特征：

1.一種壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：試樣箱(2)的上端連接有密封頂蓋(3)，所述的試樣箱(2)的下端連接有筒體底座(5)且所述的試樣箱(2)與筒體底座(5)之間連接有多孔透氣板(4)，所述的密封頂蓋(3)的內(nèi)部構(gòu)成有集氡空間(35)，所述的筒體底座(5)的內(nèi)部構(gòu)成有緩沖空間(55)，頂蓋空氣加注模塊(15)的出口和頂蓋真空抽氣模塊(17)的進(jìn)口經(jīng)乙烯樹脂管(20)與所述的密封頂蓋(3)的所述的集氡空間(35)連接且所述的乙烯樹脂管(20)上連接有第一精密數(shù)字氣壓表(13)，底座氮?dú)饧幼⒛K(16)的出口和底座真空抽氣模塊(18)的進(jìn)口與所述的筒體底座(5)的所述的緩沖空間(55)經(jīng)乙烯樹脂管(20)連接且所述的乙烯樹脂管(20)上連接有第二精密數(shù)字氣壓表(14)，頂蓋真空抽氣模塊(17)的出口和底座真空抽氣模塊(18)的出口經(jīng)乙烯樹脂管(20)與真空泵模塊(19)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的試樣箱(2)由有機(jī)玻璃制成，呈中空圓筒狀；所述的試樣箱(2)沿垂向?qū)Ψ譃閮蓚€(gè)規(guī)格相同的半圓筒，且在該半圓筒起點(diǎn)和終點(diǎn)沿徑向分別設(shè)置對稱的縱向法蘭(21)，并在所述的縱向法蘭(21)的上部和底部分別設(shè)置對稱的橫向法蘭(23)；所述的縱向法蘭(21)和所述的橫向法蘭(23)分別設(shè)有第一連接孔(22)和第二連接孔(24)；使用螺栓(6)穿過所述的縱向法蘭(21)上預(yù)留的所述的第一連接孔(22)將兩者緊密連接，構(gòu)成完整的圓柱狀的所述的試樣箱(2)，所述的縱向法蘭(21)之間設(shè)有密封墊圈(8)；所述的試樣箱(2)內(nèi)與巖樣(1)之間墊有一層由彈性橡膠制成的密封套(7)，其厚度略大于所述的試樣箱(2)內(nèi)徑與所述的巖樣(1)直徑之差的一半。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的密封頂蓋(3)采用有機(jī)玻璃制成，呈中空圓筒狀，所述的密封頂蓋(3)上設(shè)有排氣孔(31)、頂蓋法蘭(32)、第三連接孔(33)和連接氣管(34)；所述的排氣孔(31)共兩個(gè)，對稱設(shè)在密封頂蓋(3)筒壁下緣，每個(gè)所述的排氣孔(31)均配套有橡皮塞(12)；所述的密封頂蓋(3)的筒體內(nèi)徑與所述的巖樣(1)一致；所述的頂蓋法蘭(32)及其上預(yù)留的所述的第三連接孔(33)與所述的試樣箱(2)的所述的橫向法蘭(23)及其上預(yù)留的第二連接孔(24)完全對應(yīng)；所述的連接氣管(34)為有機(jī)玻璃材質(zhì)，從所述的密封頂蓋(3)的中心位置插入，并使用有機(jī)玻璃膠將其與所述的密封頂蓋(3)固接，其插入所述的集氡空間(35)內(nèi)的部分均布密集微孔；所述的筒體底座(5)采用有機(jī)玻璃制成，呈中空圓筒狀，內(nèi)徑與所述的巖樣(1)直徑相同；所述的筒體底座(5)帶有底面，底面中心位置連有采用有機(jī)玻璃材質(zhì)制成的連接管路(53)，在底面下設(shè)有多根實(shí)心有機(jī)玻璃柱(54)作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的支架；底座法蘭(51)及其上預(yù)留的第五連接孔(52)與所述的多孔透氣板(4)吻合。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的多孔透氣板(4)為有機(jī)玻璃材質(zhì)，其外邊緣輪廓與所述的試樣箱(2)的所述的橫向法蘭(23)一致，并在對應(yīng)位置設(shè)有第四連接孔(41)；在所述的多孔透氣板(4)正中心與所述的巖樣(1)橫截面大小相同的區(qū)域內(nèi)均布若干直徑4mm～6mm的通氣孔(42)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的頂蓋空氣加注模塊(15)由充氣泵(151)、干燥管(154)、第一微量調(diào)節(jié)閥(155)、第一微小數(shù)顯流量計(jì)(156)以及第一閥門(152)、第二閥門(153)、第三閥門(157)、第四閥門(158)經(jīng)乙烯樹脂管(20)連接而成，所述的充氣泵(151)的出口連接所述的第一閥門(152)，進(jìn)口對空連接的所述的第二閥門(153)的出口和所述的第一閥門(152)的出口均與所述的干燥管(154)的進(jìn)口連接，所述的干燥管(154)的出口一路與所述的第四閥門(158)的進(jìn)口連接，一路與依次串聯(lián)的所述的第一微量調(diào)節(jié)閥(155)、第一微小數(shù)顯流量計(jì)(156)和所述的第三閥門(157)中的第一微量調(diào)節(jié)閥(155)的進(jìn)口連接，所述的第三閥門(157)的出口和所述的第四閥門(158)的出口與所述的第一精密數(shù)字氣壓表(13)連接；所述的干燥管(154)內(nèi)裝滿有無水CaSO₄干燥劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的底座氮?dú)饧幼⒛K(16)由高壓氮?dú)馄?161)、減壓穩(wěn)壓閥(162)、第二微量調(diào)節(jié)閥(163)、第二微小數(shù)顯流量計(jì)(164)及第五閥門(165)經(jīng)乙烯樹脂管(20)連接而成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的頂蓋真空抽氣模塊(17)由第一濾塵器(172)、第一球型閃爍室(174)以及第六閥門(171)、第七閥門(173)、第八閥門(175)、第九閥門(176)經(jīng)乙烯樹脂管(20)連接而成，所述的第九閥門(176)與依次串聯(lián)的所述的第六閥門(171)、第一濾塵器(172)、第七閥門(173)、第一球型閃爍室(174)和第八閥門(175)并聯(lián)，一端與所述的第一精密數(shù)字氣壓表(13)連接，另一端與所述的真空泵模塊(19)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的底座真空抽氣模塊(18)由第二濾塵器(182)、第二球型閃爍室(184)以及第十閥門(181)、第十一閥門(183)、第十二閥門(185)、第十三閥門(186)經(jīng)乙烯樹脂管(20)連接而成，所述的第十三閥門(186)與依次串聯(lián)的所述的第十閥門(181)、第二濾塵器(182)、第十一閥門(183)、第二球型閃爍室(184)和第十二閥門(185)并聯(lián)，一端與所述的第二精密數(shù)字氣壓表(14)連接，另一端與所述的真空泵模塊(19)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置，其特征在于：所述的真空泵模塊(19)由真空泵(191)和真空表(192)經(jīng)乙烯樹脂管(20)串聯(lián)連接而成。

10.使用權(quán)利要求1所述的壓差可調(diào)式射氣巖石介質(zhì)氡析出率測量裝置的方法，其特征在于：包括對射氣巖石介質(zhì)氡析出率的測量及計(jì)算：

步驟1、先將頂蓋空氣加注模塊(15)、頂蓋真空抽氣模塊(17)、第一精密數(shù)字氣壓表(13)同密封頂蓋(3)連接，再將底座氮?dú)饧幼⒛K(16)、底座真空抽氣模塊(18)、第二精密數(shù)字氣壓表(14)同筒體底座(5)連接，然后將多孔透氣板(4)與筒體底座(5)連接在一起，并將制備好的巖樣(1)放置在多孔透氣板(4)上，最后將試樣箱(2)組裝并與密封頂蓋(3)及筒體底座(5)連接；實(shí)驗(yàn)組裝過程中，將所有閥門關(guān)閉；

步驟2、打開第九閥門(176)和第十三閥門(186)，并開啟真空泵(191)，3-5分鐘后關(guān)閉第九閥門(176)和第十三閥門(186)，同時(shí)記錄第一精密數(shù)字壓力表(13)和第二精密數(shù)字壓力表(14)顯示的壓力值；再將整個(gè)裝置靜置約20min，再次記錄第一精密數(shù)字壓力表(13)和第二精密數(shù)字壓力表(14)顯示的壓力值；若兩個(gè)精密數(shù)字壓力表前后兩次所記錄的壓力值均幾乎為零，那么認(rèn)為裝置氣密性良好；否則，應(yīng)檢查裝置連接處是否連接完好、存在漏氣現(xiàn)象，直到保證良好氣密性為止；

步驟3、打開第二閥門(153)和第三閥門(157)，通過調(diào)節(jié)第一微量調(diào)節(jié)閥(155)，使第一微小數(shù)顯流量計(jì)(156)顯示的瞬時(shí)流量值為1L/min左右，當(dāng)?shù)谝痪軘?shù)字壓力表(13)顯示的集氡空間(35)壓力值為某一預(yù)定值(記為P_j)后，關(guān)閉第二閥門(153)和第三閥門(157)；同樣地，打開高壓氮?dú)馄?161)，調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥(162)，保持較小的輸氣壓力，然后打開第五閥門(165)，小心調(diào)節(jié)第二微量調(diào)節(jié)閥(163)，使第一微小數(shù)顯流量計(jì)(156)顯示的瞬時(shí)流量值為1L/min左右，當(dāng)?shù)诙軘?shù)字壓力表(14)顯示的緩沖空間(55)壓力值(記為P_h)與集氡空間(35)壓力值P_j一致時(shí)，關(guān)閉高壓氮?dú)馄?161)與第五閥門(165)；

步驟4、將實(shí)驗(yàn)裝置靜置，使巖樣(1)內(nèi)的氡以純擴(kuò)散的方式在集氡空間(35)與緩沖空間(55)內(nèi)積累，一周后，緩沖空間(55)內(nèi)的氡因反擴(kuò)散及自身衰變作用的影響，其濃度穩(wěn)定到某一最大值后將保持不變；再打開第一閥門(152)和第四閥門(158)，拔掉排氣孔(31)上的橡皮塞(12)，并開啟充氣泵(151)排氣5min以凈化集氡空間(35)，使其內(nèi)氡濃度與外界大氣本底值(記為C₀)一致后，先后關(guān)閉充氣泵(151)、第一閥門(152)、第四閥門(158)及重新將排氣孔(31)塞上橡皮塞(12)；再打開第九閥門(176)，并開啟真空泵(191)對集氡空間(35)進(jìn)行抽真空，3-5分鐘后關(guān)閉第九閥門(176)與真空泵(191)；然后重復(fù)上述步驟3對頂蓋空氣加注模塊(15)進(jìn)行調(diào)節(jié)的部分，使集氡空間(35)內(nèi)的氣壓為P_j1(P_j1≤P_h)；

步驟5、打開第八閥門(175)與真空泵(191)，對第一球型閃爍室(174)進(jìn)行抽真空，3-5分鐘后關(guān)閉第八閥門(175)及真空泵(191)；在集氡時(shí)間達(dá)0.5h時(shí)，迅速打開第六閥門(171)和第七閥門(173)，待第一精密數(shù)字壓力表(13)顯示的集氡空間(35)壓力值穩(wěn)定后(記為P_js1)，即表示通過預(yù)抽真空的第一球型閃爍室(174)完成取樣；關(guān)閉第六閥門(171)和第七閥門(173)，使用室內(nèi)氡釷分析器與智能定標(biāo)器測定第一球型閃爍室(174)所采集氣體樣品的氡濃度，記為C_sj1；

步驟6、多次重復(fù)上述步驟4和步驟5，分別測定并記錄在某恒定壓差條件下，恒定壓差記為ΔP，ΔP＝P_h－P_j1，時(shí)間間隔即1h、2h、4h、…、32h、…、256h后集氡空間(35)內(nèi)的氡濃度，記為C_sj2、C_sj3、C_sj4、…、C_sj7、…、C_sj10；

步驟7、打開閥門(185)與真空泵(191)，對第二球型閃爍室(184)進(jìn)行抽真空，3-5分鐘后關(guān)閉第十二閥門(185)及真空泵(191)；打開第十閥門(181)和第十一閥門(183)，待第二精密數(shù)字壓力表(14)顯示的緩沖空間(55)壓力值穩(wěn)定后記為P_hs，即表示通過預(yù)抽真空的第二球型閃爍室(184)完成取樣；關(guān)閉第十閥門(181)和第十一閥門(183)，使用室內(nèi)氡釷分析器與智能定標(biāo)器測定第二球型閃爍室(184)所采集氣體樣品的氡濃度，記為C_sh；

步驟8、采用閃爍室法所測得的氡濃度C_sj系列與C_sh并非集氡空間(35)或緩沖空間(55)的真實(shí)值，應(yīng)作如下轉(zhuǎn)換，以集氡空間(35)為例進(jìn)行說明：

集氡空間內(nèi)的氡，視為等溫流動(dòng)的理想氣體，滿足理想氣體狀態(tài)方程：

P_j,RnV_j＝n_RnRT_j (1)

式中，P_j,Rn為氡對集氡空間氣壓的貢獻(xiàn)，Pa；V_j為集氡空間的體積，m³；n_Rn為集氡空間內(nèi)氡的物質(zhì)的量，mol；R為比例常數(shù)，R＝8.314J/(mol·K)；T_j為集氡空間內(nèi)的溫度，取293.15K；

根據(jù)放射性衰變理論可知：

$C_j=\frac{{\mathrm{\λn}}_{Rn}{N}_A}{V_j}---\left(2\right)$

式中，C_j為集氡空間內(nèi)的氡濃度，Bq/m³；λ為氡的衰變常數(shù)，λ＝2.1×10^-6s^-1；N_A為阿伏伽德羅常數(shù)，N_A＝6.02×10²³mol^-1；

結(jié)合式(1)、(2)可得：

P_j,Rn＝1.93×10^-15C_j (3)

由式(3)可知，在絕大多數(shù)情況下，P_j,Rn<<1Pa，即說明雖然實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長，并在集氡空間內(nèi)一直伴隨著氡濃度的增長，但其對集氡空間內(nèi)氣壓的貢獻(xiàn)完全可以忽略不計(jì)；

令采樣后集氡空間及有關(guān)管路即連接第一精密數(shù)字氣壓表(13)的一段管路損失的空氣體積占集氡空間總體積包括有關(guān)管路儲氣體積的比例為f，那么易知：

f·P_j(V_j+V_g1)＝(P_j-P_js)(V_j+V_g1) (4)

式中，P_j為集氡空間內(nèi)的氣壓，Pa；P_js為完成采樣后集氡空間內(nèi)的氣壓，Pa；V_g1為連接精密數(shù)字氣壓表(13)的一段管路儲氣體積，m³；

f·(V_j+V_g1)C_j＝(V_s+V_g2)C_sj (5)

式中，C_sj為球型閃爍室(174)內(nèi)的氡濃度，Bq/m³；V_g2為連接球型閃爍室(174)的一段管路儲氣體積，m³；

結(jié)合式(4)、(5)可得：

$C_j=\frac{(V_s+V_{g2})P_j}{(V_j+V_{g1})(P_j-P_s)}{C}_{sj}---\left(6\right)$

根據(jù)式(6)，即求得集氡空間真實(shí)氡濃度C_j；同樣地，可推知緩沖空間真實(shí)氡濃度計(jì)算式；

巖樣的氡析出率由下式確定：

$J=\frac{{\mathrm{\&Delta;C}}_j\&CenterDot;V_j}{\mathrm{\&Delta;}t\&CenterDot;S_j}=\frac{h_j\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;C}}_j}{\mathrm{\&Delta;}t}---\left(7\right)$

式中，J為巖樣的氡析出率，Bq/(m²·h)；ΔC_j為Δt(單位：h)時(shí)間內(nèi)集氡空間內(nèi)氡濃度的變化值，Bq/m³；h_j為集氡空間高度，m；

步驟9、根據(jù)換算所得的濃度數(shù)據(jù)，令參數(shù)Y＝h_jC_j，作出參數(shù)Y與對應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系圖，再擬合出兩者關(guān)系式，并依據(jù)微分原理求出dY/dt，即得到巖樣的氡析出率J隨時(shí)間t變化的關(guān)系式；需要注意的是，在初始時(shí)刻，所對應(yīng)的氡濃度并非為零，而是外界大氣本底值C₀。