氡测量技术研究与总结.docx

氡测量技术研究与总结*，孙浩，符适联 系 人：符适。E-mail：第一作者：姓名（出生年-），性别，学位，职称，研究方向。科研项目：本文章受“十一五”国家科技支撑计划建筑室内辐射污染控制与改善关键技术研究(2006BAJ02A11)资助（深圳市建筑科学研究院有限公司，深圳，518049）摘 要： 近年来人们对由环境因素特别是由氡辐射导致的健康问题越来越关注，测量生活、工作及娱乐场所的氡浓度成为人们评价环境、控制疾病的重要手段。本文全面的介绍了目前氡及其子体的测量方法以及研制的相关测量设备，对氡测量技术的优缺点进行了分析，为选择适宜的方法测量氡浓度提供理论依据。通过选择合适的测量方法，可以尽量避开或消除氡测量过程中人为、环境和气候等因素的影响，获得较为合理的测量结果。关键词：氡，氡子体，测量技术中图分类号：X591 文献标示码：A 文章编号：Study and summary on the measurement techniques of radon*, Sun Hao, Fu Shi(Shenzhen institute of building research, Shenzhen, 518049)Abstract: In recent years, there is growing concern about health problems caused by environmental factors, especially the radiation of radon. Measuring radon concentration of life, work and entertainment becomes an important means of environment assessment and disease control. In this paper, the measurement techniques of radon and radon progeny were fully introduced. And, the measurement equipments of radon were also described. In addition, the advantages and disadvantages of the radon measurement techniques were analyzed. The above analysis provided a theoretical basis for selecting the suitable way to measure the radon concentration. The measurement of radon concentration could avoid or eliminate the effect of human, environmental and climate factors by choosing the appropriate measurement method and the reasonable measurement could be obtained. Key words: radon, radon progeny, measurement techniques引言氡是自然界发布较广的放射性气体，存在于人类活动的各个角落。氡在天然辐射剂量当量中约占一半，属公认的19种致癌物之一1。氡及其子体被人体长期吸入后，会增加人体肺癌的发生率。近年来人们对由环境因素特别是由天然辐射导致的健康问题越来越关注。对广大居民而言，氡的照射是人们所受的天然辐射中最主要的来源。测量生活、工作及娱乐场所的氡浓度成为人们评价环境、控制疾病的重要手段。在氡浓度的测量过程中，选择适宜的方法是取得合理结果的关键。目前常用的氡测量方法有电离室法、闪烁室法、双滤膜法、气球法等。本文将全面介绍目前氡及其子体的测量方法和用此方法研制的相关设备，对氡测量技术的优缺点进行了分析，为选择适宜的方法测量氡浓度提供依据。1. 氡及其子体的测量方法1.1 氡气测量方法在氡及其子体的测量中，由于测量的环境和测量的目的不同，选择适宜的方法是取得合理结果的关键。目前常用的氡及其子体测量方法有很多，根据不同的研究需要、测量时间和费用等选用不同的测量方法2。以下介绍几种常用的方法及其对应的仪器，各种方法的优缺点和适用场合以及选择测量方法时的注意因素。(1) 电离室法。电离室法的工作原理3是：含氡气体进入电离室后，氡及其子体放出的粒子在空气中电离，产生电子空穴对。电离室的中央电极积累的正电荷使静电计的中央石英丝带电，在外电场的作用下，石英丝发生偏转，偏转速度与其上的电荷量成正比，也就是与氡浓度成正比，测出偏转速度即可计算出氡的浓度。使用此方法研制的仪器有德国产的DOSEman便携式氡气监测仪（如图1.1所示）及成都理工大学的CD-1杯测氡仪。图1.1 DOSEman便携式氡气监测仪电离室法的主要优点是：方法可靠，测量速度较快，既可以直接收集空气样品进行测量，也可以使空气不断流过测量装置进行连续测量，在实验室内使用可以较快地给出氡浓度及其动态变化。电离室法的缺点是：灵敏度低，不适合低水平测量，现场使用不方便。(2) 闪烁室法。闪烁室法的工作原理4氡进入闪烁室后，氡及其子体衰变产生的粒子使闪烁室壁的ZnS(Ag)产生闪光，光电倍增管将光信号转变成电脉冲信号，经过电子学线路放大、记录。单位时间内的脉冲数与氡浓度成正比，以此确定氡浓度。利用此方法研制的仪器有北京核仪器厂生产的FD-125型氡分析仪和核工业北京地址研究院生产的FD-216环境氡测量仪（如图1.2所示）。图1.2 (a) FD-216环境氡测量仪；(b) FD-125氡分析仪闪烁室法的优点是：操作简便，准确度高，探测下限低。其缺点是：测量时间较长(3h以上)；要求的设备较多导致仪器笨重，不便于现场检测；闪烁室的本底随时间增加；探测效率随时间减小，应用于长期连续测量时，需要定期在线刻度；沉积于室内壁的氡子体难于清除，使用时应经常用氡气或老化空气清新。(3) 双滤膜法。双滤膜法是一种绝对测氡方法，它的工作原理5是：含氡空气通过入口滤膜进入双滤膜筒，被滤掉子体的纯氡在通过双滤膜筒的过程中产生新的子体，其中一部分被出口滤膜收集。根据氡子体固有的积累、衰变规律，可确定被测气体中氡的浓度。双滤膜采样系统的结构如图1.3所示。图1.3 双滤膜采样系统结构图该方法的优点是它可以用来测量氡子体浓度(入口滤膜)，也可测氡浓度(出口滤膜)，其探测下限低，方便快速。缺点是：必须确保出口滤膜不被二滤膜之外的氡污染；受湿度的影响较大，相对湿度越大，滤膜上测得的放射性活度越大；装置需要使用电源，不便野外使用。(4) 气球法。气球法的工作原理和双滤膜法类似，用气球代替了衰变筒。气球法属于主动式采样，是瞬时测量方法，可以同时测氡和字体。气球法的采样结构图如图1.4所示。该方法的优点是体积小，测量准确；缺点是：由于是瞬时测量，所测的室内氡浓度具有很大的波动性。图1.4 气球法采样结构示意图(5) 静电扩散法。静电扩散法的工作原理6是：采样室内外存在氡浓度差，被测环境中的氡以扩散的形式或者被抽气泵抽进采样室内。进入采样室之前，通过的滤膜已经将气体中已有的氡子体过滤。此时，进入采样室的氡衰变产生氡子体，主要是218Po正离子，在电场作用下被收集在中央电极上，由218Po再衰变产生粒子，粒子被探测器收集，经电子学线路整形、计数得到相应脉冲数，通过相对刻度就可以确定待测空气的氡浓度。使用此方法的典型仪器有Model-1027型连续测氧仪和RAD7氡气探测器等（如图1.5所示）。图1.5 (a) Model-1027型连续测氡仪；(b)RAD7氡气探测器静电扩散法的优点是：探测限较低，既可以连续测量，也可用于瞬时测量。缺点是：相对湿度对仪器的收集效率影响较大，在高浓度连续测量时，探测效率因辐射损伤而降低。(6) 活性炭吸附法。活性炭测氡法是一种静态、累积测氡方法，其原理7是利用活性炭对氡气有强吸附力的特点吸附收集氡气，通过仪器测量活性炭中氡的衰变子体放射出的射线强度，从而获得氡浓度。活性炭采样器通常使用塑料或金属制成，敞口处带有滤膜或用青铜粉烧结而成的金属过滤器(如图1.6所示)。图1.6 活性炭测氡装置(7) 径迹蚀刻法。径迹蚀刻法是累计测量方法，属被动式采样。它的工作原理5是：空气中的氡气通过滤膜扩散到测量杯中，氡及氡子体衰变产生的粒子碰撞到径迹片上沿着他们的轨迹造成原子尺度的辐射损伤，经化学处理，这些潜径迹能够扩大为可观察的永久型径迹。径迹蚀刻探测器由扩散杯、渗透膜和径迹片组成，结构如图1.7所示。图1.7 径迹蚀刻法采样器径迹蚀刻法的优点是灵敏度高，测量结果重现性好，操作简单、价格低廉、测量期间不需要电源，体积小便于布放和邮寄等，可避免由于季节、气象因素的影响，可以很好的反映年均氡浓度。缺点是：有海拔高度的影响和杯体材料产生静电的干扰，采样时间太长。1.2 氡子体的测量氡子体的测量原理是将待测空气用过滤膜过滤，将氡子体收集在滤膜上进行测量。测量的方法有很多，根据取样后测量时间和方法的不同有三点法、三段法、五段法和谱法等8,9。(1) 三点法是测量采样结束后3个时刻的计数率，从而求出218Po，214Pb，214Bi三种子体的浓度。这种方法的优点是设备简单，测量容易。缺点是对于低浓度氡测量精度差，但用于浓度较高的矿山、冶炼厂等工作场所是简单快捷的方法。(2) 三段法是在三点法的基础上发展起来的，其不同点是通过测量取样后三段时间间隔内样品的积分技术，从而求出氡子体浓度，该方法比三点法有较高的精度。(3) 五段法是测量取样后五段时间间隔内样品的计数，从而确定氡子体浓度，该方法可同时测量氡、氡子体，对氡子体不可忽略的场合非常方便。(4) 能谱法是用谱仪分别测出218Po和214Bi的计数，从而确定218Po和214Bi的浓度。该方法的最大优点是提高了氡子体测量的精度，对218Po的精度改善尤为明显，缺点是设备笨重，不便现场使用。2. 总结与展望综上所述，氡的测量技术很多，方法的选择需要考虑测量环境、目的、时间、费用等因素。如果是大面积氡浓度普查，可考虑径迹蚀刻法、活性炭吸附等累计测量方法；对于快速的现场检测，可采用瞬时或连续测量的电离室法和双滤膜法。氡浓度的测量受人为因素、环境因素、气候因素的影响。通过选择适宜的方法可以尽量避开或消除相应的影响因素，从而获得较为合理的测量结果。参考文献：1 Unscear. Sources, effects and risks of ionizing radiation R.UNSCEAR 1982 Report to the GeneralAssembly, with Annexes. New York: United Nations, 1982.2 赵桂芝, 肖德涛. 土壤氡浓度的测量方法现状J. 核电子学和探测技术, 2007, 27(3): 583-587.3 张智慧. 空气中氡及其子体的测量方法M. 北京: .原子能出版社, 1994.4 陈锐, 周书民. 改进的格拉布斯准则在氡浓度计数中的应用J. 核电子学和探测技术, 2009, 29(1): 113-115.5 刘方平. 活性炭盒法测量室内空气氡及其氡