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技術文章

氡及其子體的測量

2006/10/31 13:15:00

自然界中氡的天然放射性同位素有222Rn、220Rn和219Rn，分別來源于鈾系、釷系和錒系三種主要天然放射性衰變系列。鈾系和釷系都在自然界中廣泛存在，由它們衰變出來的222Rn和220Rn的半衰期分別為3.83天和55.6秒。而錒系（285U）在自然界中含量很少，僅占238U含量的0.72%，而且由它衰變的219Rn的半衰期更短，只有3.96秒，在產生的瞬間就衰變掉了。所以在空氣中幾乎顯不出它的存在。因此222Rn是低層大氣中天然放射性氣體的主要組分。在人們接受的來自天然輻射的劑量中大約50%是由氡及其短壽命衰變子體的貢獻。所以222Rn及其子體的生物學危害已引起人們越來越廣泛的重視。目前許多國家都在竟相開展這方面的調查測量和研究工作。
     氡是氣體，而其衰變子體卻是固體。氡子體既有α輻射，也有β和γ輻射，因此氡子體是α、β、γ的混合輻射源。在標準狀況下氡的密度為9.96kg/m3，是空氣的7.7倍。它能溶解于水和許多液體，還能溶解于血液和脂肪，而在人體內組織的溶解度卻很低，一旦脫離含氡氣體環境，很快經肺排出。當人們進入含有較高濃度氡的環境時30～40分鐘吸入與呼出的氡達到平衡，當離開此環境1小時后，90%的氡被排出。
     氡子體卻不同，它們是釙、鉛、鉍等金屬粒子。222Rn經α衰變以后，順序生成的產物是218Po（RaA）、214Pb（RaB）、214Bi（RaC）和214Po（RaC1），它們的半衰期都較短，最后的產物是210Pb，半衰期較長為22.3年。所以，一般主要考慮222Rn和218Po、214Pb、214Bi和214Po對人體的影響。當吸入氡的短壽命子體后不斷地沉積在呼吸道表面，在局部區域內不斷積累。因此吸入含氡氣體對呼吸道造成的輻射危害，主要來自氡子體，氡子體在呼吸道的沉積率為20～50%。而沉積率是決定呼吸道上皮組織接受輻射劑量的一個重要因素。氡及其子體對人類的輻射危害主要是肺癌，其潛伏期可長達15～40年。
     室內空氣中的氡主要來源是建筑物下的地層、建筑材料、水源和燃料（煤、液化氣等），其濃度不僅取決于這些材料的含鐳量、物理性質（如空隙率、孔隙大小等）、環境條件（溫度、濕度、大氣壓等）和時間因素（季節、晝夜變化），還取決于室內的通風條件。
     由于建材所致的人類劑量可以與X射線診斷所致劑量相比較，而建材中釋放的氡所引起的內照射劑量較之建材的γ外照射是主要的。因此進行建筑物室內氡及其子體濃度的調查測量和研究，對進行輻射防護研究是十分必要的。
測量儀器和方法
     氡及其子體的測量方法很多，測氡主要有靜電計法、活性碳濃縮法、閃爍室法、雙濾膜法、氣球法等。測氡子體方法有季夫格勞三點法、托馬斯三段法、馬茲等的α譜儀法、馬爾科夫法和部分計數法等。
     測量氡濃度，我們采用靜電計法和雙濾膜法，輔以閃爍室法。測氡子體濃度采用馬爾科夫法，輔以托馬斯三段法。雙濾膜法的最大優點是排除了子體的干擾。在氡濃度較高的情況下，測量簡便、迅速、準確，靈敏度可由37Bq/m3提高到0.37Bq/m3。增大取樣筒體積，可提高靈敏度。本方法的原理如下圖所示：


     在抽氣過程中，入口濾膜濾掉空氣中的222Rn子體和其他固態放射性核素。純222Rn在筒內飛行途中又產生新的子體，其中一部分擴散在筒壁上，另一部分為出口濾膜所收集。由于子體遵循一定規律積累和衰變，所以測出出口濾膜上的α放射性強度就可確定氡濃度。其計算公式如下：

式中：XRn——氡濃度，Bq/m3
      NX——出口濾膜上的積分計數
      Nb——本底計數，一般Nb=0
      E——儀器的計數效率
      Z——與取樣時間、計數時間間隔有關的修正系數
      V——取樣流速，升/分
      Ff——新生子體到達出口濾膜的份額，它與μ值有關；μ=πDL/g，其中π=3.14，D為粒子的擴散常數（cm2/秒），L為雙濾膜筒的長度（cm），g為取樣流速（cm3/秒）
      ε——自吸收和過濾效率因子
     測量氡子體的馬爾科夫法，主要優點是設備簡單、操作方便，測量時間短，不同平衡比下，方法誤差不同，總的誤差在+11%～-9.5%之間，測量誤差能滿足防護要求。其計算公式為：

 

式中：XegRn——氡子體濃度，Bq/m3
      N7-10——取樣后第7至第10分鐘內的α積分計數
      E——儀器的計數效率
      V——取樣流速，升/分
      F——濾膜的過濾效率
      f——濾膜的自吸收系數
     本裝置可用于環境和建筑物內氡子體濃度的測量，測量數據取算術平均值。

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