ISO 11665-42021 环境中放射性的测量 - 空气氡-222 - 第4部分使用被动采样和延迟分析确定平均活动浓度的综合测量方法标准立项发展报告

环境中放射性的测量——空气:氡-222——第4部分:使用被动采样和延迟分析确定平均活动浓度的综合测量方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementofRadioactivityintheEnvironment—Air:Radon-222—Part4:IntegratedMeasurementMethodforDeterminingAverageActivityConcentrationUsingPassiveSamplingandDelayedAnalysis摘要氡-222作为自然界中普遍存在的放射性惰性气体，被世界卫生组织列为仅次于吸烟的肺癌第二大致病诱因。随着建筑节能标准的提升和室内密闭性增强，室内氡浓度水平对公众健康的影响日益凸显，建立科学、规范、可比的氡浓度测量标准体系已成为国际辐射防护领域的重要课题。国际标准化组织（ISO）于2021年3月26日正式发布ISO11665-4:2021《环境中放射性的测量——空气:氡-222——第4部分:使用被动采样和延迟分析确定平均活动浓度的综合测量方法》，该标准替代ISO11665-4:2012，为基于被动采样与延迟分析技术路径的氡浓度综合测量提供了最新的国际通用技术规范。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容、修订要点与应用价值展开系统分析。报告首先梳理了ISO11665系列标准的结构体系与演进脉络，阐明第4部分在其中的功能定位；继而重点解析该标准规定的测量原理、方法学特征及适用边界，包括被动采样的技术优势、延迟分析的实现路径、测量不确定度评估方法等核心技术内容，并总结2021年修订版相较于2012年版的主要技术变化；在此基础上介绍标准主要参与单位之一——中国计量科学研究院在标准研制中的技术贡献与实践经验；最后分析该标准对辐射防护、环境监测、建筑卫生评价等相关领域的应用价值，并对后续发展方向进行展望。本报告旨在为相关领域技术人员、标准化工作者和政策制定者提供系统、全面的标准解读与参考。关键词：氡-222；被动采样；延迟分析；综合测量方法；ISO11665；环境放射性测量；辐射防护Keywords:Radon-222;PassiveSampling;DelayedAnalysis;IntegratedMeasurementMethod;ISO11665;EnvironmentalRadioactivityMeasurement;RadiationProtection一、引言氡（Radon）是一种天然存在的放射性惰性气体，其同位素氡-222（²²²Rn）来源于铀-238衰变链中镭-226的α衰变。氡广泛存在于地壳、建筑材料、地下水和天然气中，可通过地基裂隙、管道穿透点等途径进入建筑物内部，在通风不良的环境中逐渐富集。联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）的评估报告表明，氡及其短寿命子体对公众造成的辐射剂量约占天然辐射源所致总剂量的50%以上，长期暴露于高浓度氡环境中会显著增加肺癌患病风险。世界卫生组织（WHO）于2009年发布的《室内氡手册》建议将室内氡浓度参考水平设定为100Bq/m³，并指出当无法实现该水平时不应超过300Bq/m³。我国政府高度重视建筑工程的辐射安全问题。住房和城乡建设部于2022年发布强制性国家标准GB55016-2021《建筑环境通用规范》，明确要求新建建筑室内氡浓度设计限值不得高于200Bq/m³；《民用建筑工程室内环境污染控制标准》GB50325-2020亦对Ⅰ类民用建筑和Ⅱ类民用建筑设置了严格的氡浓度限量指标。在辐射防护监管层面，GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》对公众照射剂量约束值作出了原则性规定。上述法规和标准的实施对氡浓度测量的准确性、可比性和标准化程度提出了更高要求。在国际层面，国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC85"核能、核技术、辐射防护"技术委员会自2009年起相继发布ISO11665系列标准，为环境中氡及其子体的测量提供了系统化的方法学框架。其中，ISO11665-4专门针对采用被动采样结合延迟分析技术的综合测量方法进行规范，是实施大规模室内氡筛查、环境氡本底调查和长期平均浓度评估的核心技术标准之一。2021年发布的最新修订版在测量程序优化、不确定度评估、质量保证等方面实现了实质性技术升级，对全球氡测量实践的规范化发展具有重要推动作用。本报告对ISO11665-4:2021标准进行全面、深入的解读与分析，旨在帮助国内相关领域从业人员准确理解该国际标准的技术内涵和最新变化，为我国氡测量标准化工作及未来自主标准研制提供有益参考。二、标准概述与体系定位2.1ISO11665系列标准结构与演进ISO11665系列标准由ISO/TC85/SC2"辐射防护"分技术委员会（SC2）负责制定，其总体框架涵盖氡测量领域的多个技术方向。截至当前，该系列已发布的标准主要包括：-ISO11665-1:2019——第1部分：氡-222及其短寿命子体测量的一般原则（涵盖所有测量方法的基本要求与技术基础）；-ISO11665-3:2020——第3部分：使用即时采样进行的点测测量方法（用于快速获取某一时刻的氡浓度）;-ISO11665-4:2021——第4部分：使用被动采样和延迟分析确定平均活动浓度的综合测量方法（适用于需获取一段时间内平均浓度的场景）；-ISO11665-5:2020——第5部分：使用主动采样进行的瞬时测量方法；-ISO11665-6:2020——第6部分：使用主动采样点测的放射性氡浓度的瞬时测量方法；-ISO11665-7:2012——第7部分：使用被动采样和延迟分析估算氡表面析出率的累积测量方法；-ISO11665-8:2019——第8部分：建筑物内外氡吸入剂量的评估方法。在该系列结构中，第4部分与第7部分在技术原理上均依托于被动采样与延迟分析这一方法路径，区别在于前者关注空气中氡活动浓度的测定，后者侧重于建筑材料或土壤表面氡析出率的评估。这两项标准在技术导则层面与新发布的ISO11665-1:2019保持术语、符号和质量保证框架的一致性。2.2ISO11665-4:2021在标准体系中的功能定位ISO11665-4:2021在氡测量标准体系中具有独特的不可替代性价值。与即时测量方法（如ISO11665-3和ISO11665-5）相比，主动即时测量方法虽然能够快速获取氡浓度数据，但其结果容易受到短时间内气象条件、通风状况等环境因素波动的显著影响，难以准确反映场所在一段较长时间内的真实平均暴露水平。而采用被动采样结合延迟分析的综合测量方法能够在数周至数月的时间尺度上积分平均氡浓度，测量结果更具代表性和稳定性。具体而言，该方法学路径具有以下优势特征：其一，被动采样无需动力驱动，设备结构简单、运行成本低、噪音极小，适合在居民住宅、学校、办公场所等敏感环境中长期布放；其二，通过延长采样周期（通常为2～6个月），可获得反映季节变化和日常使用模式的加权平均浓度，为年有效剂量评估提供可靠的数据基础；其三，延迟分析模式允许采样器在野外批量布放、统一回收后集中送往实验室进行分析，有效降低了现场测量的人力与设备投入，适合大规模区域性氡浓度调查项目。ISO11665-4:2021的适用范围覆盖室内空气、室外空气和工作场所空气中氡-222活动浓度的综合测量。为测量条件提供了明确的规定：测量周期通常为连续数月，具体时间跨度依据测量目的、采样器类型和检测灵敏度要求确定，在环境空气中氡浓度水平较低的情况下可适当延长。该标准同时给出了测量不确定度的评估框架，要求依据ISO/IECGuide98-3（GUM）对测量结果进行不确定度评定。三、关键技术内容解析3.1测量方法学原理ISO11665-4:2021规定的测量方法建立于被动采样与延迟分析相结合的技术路线之上。其核心原理为：将具有吸附或吸收氡气功能的固态敏感材料（如活性炭、固体核径迹探测器CR-39等）置于特制的扩散室内，使环境空气中的氡-222通过扩散作用自由进入采样装置，在采样期间被敏感材料持续捕集。采样结束后，将装置密封回收并运送至具备相应能力的分析实验室，对采样器所捕集的氡进行定量测量，进而推算出采样期间环境空气中氡-222的平均活动浓度。在技术路径上，该标准涵盖了两类主要的被动累积测量系统：活性炭吸附法：利用活性炭对氡的强吸附特性，在采样结束后通过γ能谱法直接测量活性炭盒中氡子体（铅-214、铋-214）的特征γ射线，或通过解吸加热的方式将吸附的氡释放至闪烁室中，使用闪烁计数法进行测量。该方法具有响应快、灵敏度高的优点，典型的采样周期为2～7天，适用于短期平均浓度的评估。固体核径迹探测器法：使用CR-39（聚烯丙基二甘醇碳酸酯）等固态核径迹材料记录氡及其子体发射的α粒子径迹，采样周期通常为1～6个月，采样结束后通过化学蚀刻使径迹显现，在光学显微镜或自动径迹计数系统下读取径迹密度，经过刻度和换算得到平均氡浓度。该方法具有良好的长期稳定性、对环境温湿度变化的耐受性较强，且探测器无饱和问题，尤其适合长时间累积测量。标准对以上两类技术路径的适用条件、优缺点和典型应用场景进行了明确界定，为使用者根据实际需求选择适宜的方法提供了技术指导。对于采用活性炭法时采样周期较短、结果对温湿度较敏感的特点，以及采用固体核径迹法在低浓度环境下需要较长照射时间以获得足够径迹统计量等特点，标准均给出了对应的注意事项和操作建议。3.2被动采样器技术要求与校准溯源为了保证测量结果的准确性、可比性和溯源一致性，ISO11665-4:2021对被动采样器的设计、性能指标和校准要求作出了详细规定。在采样器设计要求方面，标准规定扩散室结构应确保氡气能够自由进入吸附区域，同时有效阻挡氡子体和气溶胶颗粒进入；采样器材料本身应具有较低的氡吸附或释放特性，以避免背景干扰；采样器在不同环境条件下的响应应保持稳定，其性能不应因温度、相对湿度等常见环境参数的变化而产生显著漂移。标准进一步明确，采样器在全湿度范围内（典型为15%~95%）的响应变化不应超过限定范围，且在环境温度变化区间内的温度依赖性应在测量不确定度评定中予以充分考虑。在刻度与校准方面，标准明确要求采样器必须在具备相应能力的实验室内通过参考环境进行刻度，确保其量值可溯源至国家或国际测量标准。氡浓度测量的计量溯源性是保证测量结果国际互认的基础条件。刻度过程应覆盖采样器实际使用中可能遇到的环境条件范围（如温度、相对湿度等），并将环境因素对响应的影响纳入校准因子中予以修正。对于活性炭型采样器，标准特别指出应在采样后和测量前控制其质量变化，以减少水分吸附对测量结果带来的偏差。3.3延迟分析的实现路径与质量控制延迟分析是本标准方法学的关键技术环节。在被动采样完成后，采样器通常需要经历一段时间的暂存、运输和等待分析的过程，延迟时间的长短对测量精度具有重要影响，尤其对于活性炭吸附法而言，吸附在活性炭上的氡-222会因其放射性衰变（半衰期3.82天）而逐渐损失。标准对此给出了相应的技术对策：对于活性炭法，推荐在采样结束后3天内完成测量，并对采样结束至测量开始的时间间隔进行精确记录，在最终结果计算中引入衰变修正因子；若因客观条件无法在推荐时间内完成测量，则应对延迟时间导致的信号衰减进行明确的修正计算。对于固体核径迹法，由于径迹在聚合物材料中具有长期稳定性，延迟时间对测量结果的影响相对有限，但标准仍建议在合理时间内完成蚀刻和分析工序，以保证测量工作效率和数据质量。在质量控制方面，标准要求实验室建立并实施完整的质量控制程序，包括但不限于：每批次样品应包含不少于一定比例的空白样品和平行样品；定期参与实验室间比对活动以验证测量能力；建立仪器设备的日常校验和期间核查制度；对关键操作环节（如径迹蚀刻条件、γ能谱测量条件等）实施受控管理。3.4测量不确定度评估测量不确定度评估是ISO11665-4:2021的重要内容之一。标准依据ISO/IECGuide98-3（测量不确定度表示指南，即GUM）的要求，采用自下而上的方法对测量结果的不确定度进行系统评估。该综合测量方法的不确定度来源主要包括以下几个分量：-刻度不确定度：采样器在参考环境中的校准过程引入的不确定度分量，包括参考仪器自身的不确定度、刻度过程中的统计涨落等；-统计计数不确定度：无论是γ能谱测量中的峰面积计数还是核径迹的径迹密度计数，均服从泊松统计分布，需按照统计规律计算其相对标准不确定度；-环境因素修正不确定度：温度、湿度等环境条件对采样器响应的影响修正过程中引入的不确定度；-衰变修正不确定度：延迟分析阶段因衰变修正参数的不确定性引入的贡献；-采样体积或质量确定引入的不确定度：涉及采样器有效采样体积的精确确定。标准要求合成标准不确定度后，按照包含因子k=2（约95%置信水平）扩展得到扩展不确定度。在结果报告中应将测量结果统一表示为"氡浓度（活动浓度）±扩展不确定度"的规范格式，并注明测量周期、采样器类型、分析方法等必要信息，确保测量结果具有良好的可解释性和可比性。3.52021年版主要技术修订要点相较于2012年版（ISO11665-4:2012），ISO11665-4:2021吸收近年来氡测量技术的最新进展和标准化实践反馈，进行了系统性修订和完善。主要变化集中于以下几个方面：术语和定义的统一与更新。2021年版与ISO11665-1:2019的术语体系保持严格一致，对"活动浓度""被动采样""延迟分析"等关键术语的定义进行了精确化表述，消除了不同分册之间可能存在的术语歧义。测量程序与适用条件的明确化。新版本对不同测量目的（如室内氡初筛、年剂量评估、修复效果验证等）对应的采样策略给出了更为清晰的技术指引，包括布点数量、采样高度、测点分布原则以及采样周期的优选建议，进一步提升了标准的可操作性和实用性。不确定度评估框架的补充完善。2021年版对不确定度分量的识别和量化提供了更为具体的技术指导，新增了环境条件影响校正过程中的不确定度传递分析内容，为实验室规范化执行不确定度评定提供了更具操作性的参考依据。环境条件影响及修正的细化。新版标准对高湿度条件下活性炭采样器吸附性能下降的修正方法给予了更充分的技术指导，对极端温度环境下的测量策略也进行了补充说明，提高了标准在复杂环境条件下的适用性。质量保证要求的强化。2021年版充实了实验室质量保证章节的内容，增加关于设备期间核查、试剂与材料的批次验收、人员能力要求等方面的具体条文，并重点讨论了样品从采样到分析全过程中对完整性、可追溯性等进行有效管控的技术措施。四、主要参与单位介绍4.1ISO/TC85/SC2技术委员会ISO11665-4:2021由国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC85"核能、核技术、辐射防护"技术委员会（TechnicalCommittee85,Nuclearenergy,nucleartechnologies,andradiologicalprotection）归口管理，具体由SC2"辐射防护"分技术委员会（Subcommittee2,Radiologicalprotection）负责研制。SC2的工作范围涵盖电离辐射防护基础标准、辐射剂量评估方法、环境放射性测量技术等领域，截至2021年底，该分技术委员会共有包括中国在内的20余个参与成员国（P-member）和10余个观察成员国（O-member）。4.2中国计量科学研究院中国计量科学研究院（NationalInstituteofMetrology,NIM，以下简称"中国计量院"）作为ISO/TC85/SC2的国内技术对口单位之一，深度参与了ISO11665系列标准的制修订工作，在ISO11665-4:2021的研制过程中贡献了中国在氡测量计量领域的核心技术成果