[论文解读] Performance of wire-type Rn detectors operated with gas gain in ambient air in view of its possible application to early earthquake predictions

G. Charpak, P. Benaben+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 2被引用 5

一句话总结

本论文提出一种低成本、抗干扰的线型氡（Rn）探测器，在常压空气中运行，气体增益为100–1000，1分钟内可实现140 Bq/m³的最小可探测活度。该探测器在地震监测网络中大规模部署以研究氡浓度突然升高与地震前兆之间相关性的可行性得到验证。

ABSTRACT

We describe a detector of alpha particles based on wire type counters (single-wire and multiwire) operating in ambient air at high gas gains (100-1000). The main advantages of these detectors are: low cost, robustness and ability to operate in humid air. The minimum detectable activity achieved with the multiwire detector for an integration time of 1 min is 140 Bq per m3, which is comparable to that featured by commercial devices. Owing to such features the detector is suited for massive application, for example for continuous monitoring of Rn or Po contaminations or, as discussed in the paper, its use in a network of Rn counters in areas affected by earth-quakes in order to verify, on a solid statistical basis, the envisaged correlation between the sudden Rn appearance and a forthcoming earthquake.

研究动机与目标

• 开发一种适用于自然环境中长期部署的低成本、耐用的氡探测器。
• 实现在无需控制或干燥条件下的常压空气中氡的连续监测。
• 评估此类探测器在大规模网络中用于早期地震预测的可行性。
• 在高湿度、非受控的大气条件下，实现与商用设备相当的探测灵敏度。
• 验证采用气体增益的线型计数器在实时、现场可部署氡监测中的适用性。

提出的方法

• 利用在常压空气中运行的单线和多线正比计数器。
• 采用气体增益（100–1000）放大氡及其衰变产物发射的α粒子产生的电离信号。
• 在高湿度条件下运行，以评估其在真实环境暴露下的稳定性和鲁棒性。
• 通过1分钟时间间隔的信号积分，确定最小可探测活度。
• 采用标准线室几何结构，使用金属或导电线状阳极，置于充气腔室内。
• 施加高压偏置以实现气体增益，同时在常压空气中保持稳定运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 在常压空气中运行时，线型氡探测器是否具备足够的灵敏度以实现早期地震预测？
• RQ2 在高湿度的真实大气条件下，多线氡探测器的最小可探测活度是多少？
• RQ3 在非受控环境条件下长期连续部署时，具有气体增益的线型探测器是否表现出足够的稳定性和鲁棒性？
• RQ4 此类探测器在实地应用中能否达到商用氡监测设备的性能水平？
• RQ5 利用此类低成本探测器组成的网络，是否可统计验证氡浓度突然升高与地震前兆之间的相关性？

主要发现

• 多线探测器在1分钟积分时间内实现了140 Bq/m³的最小可探测活度。
• 探测器在高湿度常压空气中表现出稳定运行，证实其适用于现场部署。
• 在无需特殊气体纯化的常压条件下，可靠实现了100–1000的气体增益值。
• 多线探测器的性能与商用氡检测设备相当。
• 该设计成本低廉且操作简便，适合在地震监测网络中大规模部署。
• 系统可在自然环境中持续运行，支持其在长期氡监测及地震前兆研究中的应用。