《空气中氡及其子体的测量方法》

1空气中氡及其子体的测量方法本文件规定了测量空气中氡及其子体的指导原则，包括原则、测量设备、采样、测量方法原理、测量、结果表达、测量报告等。本文件适用于空气中氡及其子体的测量，也适用于从其他介质释放至空气中氡的测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T13163.1-2009《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第1部分：一般原则》GB/T13163.2-2021《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第2部分：222Rn和220Rn测量仪的特殊要求》GB/T13163.3-2014《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第3部分：氡子体测量仪的特殊要求》》GB/T13163.4-2014《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第4部分：含氡同位素及其子体参考大气的产生设备（氡环境试验系统）》GB/T27025-2019《检测和校准实验室能力的通用要求》GB/T27418-2017《测量不确定度评定和表示》EJ/T1204《电离辐射测量探测限和判断阈的确定》JJF1001-2011《通用计量术语及定义技术规范》3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1有源采样使用主动式设备进行的采样方法，例如：使用泵进行的空气采样。[来源：GB/T13163.1-2009,3.2.22]3.2活度在给定时刻处于一给定能态的一定量的某种放射性核素的活度A定义为：。A=dNdt式中：dN——在时间间隔dt内该核素从该能态发生自发核跃迁数目的期望值。活度的SI单位是秒的倒数（s-1），称为贝可[勒尔](Bq)。23.3活度浓度单位体积的活度。[来源：GB/T13163.1-2009,3.1.2]3.4结合态份额[来源：GB/T13163.1-2009,3.2.15]3.5平均活度浓度采样持续时间内活度浓度的平均值。3.6平均潜能浓度采样持续时间内单位体积空气中存在的任何混合的氡子体，分别全部衰变至210Pb（或）208Pb释3.7本底噪声3.8由待检测辐射以外的其他因素引起的信号包括由探测器内部或外部来源的辐射引起的信号但不包括测量目标的辐射和探测系统电子电路及其电源中的干扰引起的信号3.9连续测量是指在固定的时间间隔内进行的不间断的并能够得到每一时间间隔结果的测量。。注：采样持续时间应依据待研究现象的动态特性进行调整，以监测氡活度浓度随时间的变化。[来源：WS/T668—2019,3.7]扩散长度由于扩散作用，原子在衰变前移动的距离。扩散长度l可通过以下公式表示：衰变常数平衡因子氡的平衡当量浓度与氡的实际浓度之比F。这里平衡当量浓度是氡与其短寿命子体处于平衡状态并具有与实际非平衡混合物相同的α潜能浓度时氡的活度浓度。3抓取采样与所研究的量（如空气活度浓度）的涨落相比，样品（如含有氡或气溶胶粒子的空气）收集时间较短的采样方法，简称抓样。指导值基于科学、法律或其他原因对测量程序的需求所规定的值，例如放射性活度、比活度、剂量率等。[来源：EJ/T1204.2-2006,3.9]累积测量通过对一段时间内的空气体积进行连续采样进行的测量，该过程中物理量（与氡子体的衰变相关的核径迹数、电荷量等）不断累积，随后在累积期结束后进行分析。长期测量对超过一个月的时间内收集的空气样本进行的测量。被测量拟测量的量。测量系统一套组装的并适用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台或多台测量仪器通常还包括其他装置无源采样不使用任何主动式设备（例如不使用泵）的采样方法。在这种情况在，多数仪器主要通过扩散方法采样。[来源：GB/T13163.1-2009,3.2.21]氡子体潜能任何混合的氡子体，分别全部衰变至210Pb或208Pb时释放的α能量。氡子体潜能浓度单位体积空气中存在的任何混合的氡子体，分别全部衰变至210Pb或208Pb释放的α能量。。4潜能暴露量个体暴露于氡子体浓度中一定时间（例如一年）时，空气中氡子体α潜能浓度对个体暴露时间T[来源：GB/T13163.1-2009,3.2.3，有修改]基准设计并公认的、具有最高计量特性的测量标准，其值无需参考其他标准。注：对于基本量和导出量，基准概念同等有效。[来源：GB/T13163.1-2009,3.1.3]氡及其子体的放射性平衡氡及其子体的一种状态，在这种状态下氡与其子体的活度相同。氡释放氡原子从束缚其的固体材料中逃逸出来，进入到孔隙间的自由空间。氡的析出氡通过释放和扩散或对流运移到材料表面，最终从材料中释放到周围介质（空气）中。单位时间氡析出量单位时间内从物质的表面析出的氡，单位为贝可每秒（Bq·s-1）。氡析出率[来源：GB/T4960.3-2010,2.28]单位质量氡析出率氡暴露量氡活度浓度与暴露时间T的积分。参考氡气在氡或氡子体测量仪试验程序中使用的、影响参数（气溶胶、放射性、气象条件等）已知或可控的放射性气体。参考氡气涉及的参数值应溯源到认可的标准。。5参考源校准测量仪用的次级放射性标准源采样时间在给定地点进行采样的持续时间。采样方案是一个明确的方案，该方案明确了采样地点和时间、采样频次、样本数量、采样量以及采样人员等。布点原则根据采样的目的和采样区域所确定的采样密度和采样点。敏感器测量系统中直接受带有被测量的现象物体或物质作用的测量系统的元件氡子体由氡-222（222Rn）衰变产生的半衰期少于一小时的放射性核素，包括：钋-218（218Po）、铅-214（214Pb）、铋-214（214Bi）和钋-214（214Po）。注1：氡-220（220Rn）衰变的子体如钋-216（216Po）、铅-212（212Pb）、铋-212（212Bi）、钋-212（212Po）和铊-208（208Tl）可能会干扰氡-222的测量。短期测量基于在与氡的半衰期相当的时间段内收集的空气样本进行的测量。瞬时测量基于在特定空间点内少于一小时的抓取样本进行的测量，并且同时或在设定时间段后进行分析未结合态份额未与气溶胶粒子结合的氡子体α潜能浓度部分，又称自由态份额。6y—被测量U—被测量的扩展不确定度u(y)—被测量的标准不确定度k—扩展不确定度因子y*被测量测量的判断限y#被测量的探测限5原则本文件规定的测量方法基于以下几个要素：a）对能够代表所调查大气的一定体积的空气进行采样；b）测量氡及其子体的放射性。氡活度浓度测量结果示例见附录B。不同测量方法所用到的测量设备在本文件的其它部分进行了描述。所使用的测量设备应符合GB/T7.1一般要求7.1.1应根据被测量地点（矿区、户外、住宅、公共建筑、工作场所等）、数据的预期用途以及预期的氡活度浓度水平选择合适的采样方法。7.1.2在给定采样时刻和采样时间所测量的平均活度浓度外推至代表不同采样时间和/或采样时刻的平均活度浓度时，应了解所要调查时间段内氡活度浓度的变化特性。7.1.3应根据测量目的选择合适的布点原则。7.1.4所采样的样本应具有代表性。7.1.5布点原则的制定应遵循以下几个阶段：a）分析采样点位历史调查情况；b）现场勘查（在某些情况下，可以使用便携式放射性检测仪器对调查区域进行初步测量c）确定调查区域氡的迁移路径和聚集区域；d）对即将进行采样的现场进行勘查。7.1.6应根据待分析的参数来定义数据质量目标并制定采样方案。采样方案应符合GB/T27025的要求。7.2采样目的采集足够的、有代表性的样品，以得到有用的测量结果。77.3采样特性7.3.1采样可分为有源采样和无源采样。7.3.2应明确氡和氡子体测量的环境条件、采样时刻（日期和小时）、采样时间和位置，以及采样方式（有源或无源）。与每种测量方法相关的采样特性在GB/TXXX的各个部分进行了描述。7.4采样条件7.4.1采样设备的安装7.4.1.1建筑物外的采样7.4.1.1.1采样地点应分布在建筑物外并考虑以下因素：地形、主导风向、活动区域（城市、制造业、农业和住宅）及潜在释放点。7.4.1.1.2在开阔区域时采样应具有代表性。7.4.1.1.3采样点顶部开口140°圆锥范围内以及直径为1m球形范围内不应有障碍物（挡雨罩除外），采样点位于圆锥顶点，如图1。采样点应位于支撑表面（例如地面）上方1米至2米之间。设备的安装不得干扰周围的环境。7.4.1.1.4标引序号说明：7.4.1.1.51—地面；7.4.1.1.62—支架；7.4.1.1.73—球形无障碍物范围（直径1m）；7.4.1.1.84—取样区域；7.4.1.1.95—挡雨罩；7.4.1.1.106—圆锥形无障碍物范围（140°)。建筑物外采样地点示意图7.4.1.2建筑物内的采样7.4.1.2.1在建筑物内的采样应根据测量结果的预期用途（如初步调查、寻找放射源、放射性核素转移研究、验证环境中测量参数的均匀性、识别异常、评估暴露量等）、建筑物的结构特征（如隔层、地下室、多层楼、土壤地面、建筑材料等）、房间特征及所使用的测量设备选择采样数量及其位置。7.4.2采样时间7.4.2.1采样时间可以从几分钟到几小时或几个月不等。7.4.2.2采样时间应根据测量结果的预期用途来确定，基于采样方式选择的采样时间可参考表1。表1基于采样特性的采样时间8表1基于采样特性的采样时间（续）7.4.3采样空气体积7.4.3.1对于有源采样，采样的空气体积应通过流量计进行测量，并根据温度和气压进行修正。8测量方法原理8.1银激活硫化锌ZnS(Ag)闪烁法8.1.1方法原理：某些闪烁介质（如ZnS(Ag)）中的电子，具有在被α粒子激发后返回基态时发射光子的特性。这些光子可以通过光电倍增管转换为电信号进行检测。8.1.2应用该原理制作的银激活硫化锌ZnS（Ag）闪烁室可用于氡测量。8.1.3应用该原理制作的银激活硫化锌ZnS（Ag）闪烁屏可用于收集在滤膜上的氡子体测量。8.2γ能谱法方法原理：使氡被吸附在封闭容器中的活性炭上，并通过测量其子体（214Bi和214Pb）在达到放8.3液体闪烁法方法原理：在氡被吸附在容器中的活性炭上并与其子体达到放射性平衡后，添加闪烁剂，通过测量氡子体（218Po,214Bi,214Pb,214Po）发射的α和8.4电离室法方法原理：当α粒子穿过空气时，每个α粒子会产生数万个离子对，在电离室腔体中，这些离子对会产生电离电流。当通过滤膜进行采样时，只有氡会扩散进入电离室，其电离电流与氡的活度浓度成正比。通过测量电离电流强度来确定。8.5半导体探测器(α)法方法原理：半导体探测器将入射的α粒子能量转化为电荷，这些电荷通过放大电路转换为脉冲，其幅度与氡及其子体发射的α粒子的能量成正比，其脉冲数与氡及其子体浓度成正比。通过测量不同幅度的脉冲数来确定。9方法原理：α粒子在入射到某些固体核径迹探测器（如硝酸纤维素）时，在其经过的路径上导致分子电离（潜径迹）。在适当的蚀刻剂作用下，潜径迹显示为蚀刻孔或锥形的径迹，其数量与入射到探测器上的α粒子数量成正比。通过测量径迹密度来确定。8.7驻极体法方法原理：在一个由塑料导电材料制成、具有特定体积的电离室中，插入一个带有正电势的聚四氟乙烯（PTFE）圆片。在电离室内产生的静电场中，收集在氡子体衰变过程中形成的离子。当离子被收集后，圆片的电势会根据氡的活度浓度而降低。电势差与氡活度浓度成正比，通过测量电势差来确定。9测量9.1测量方式选择9.1.1测量方式可以根据采样时间分为：瞬时测量、连续测量和累积测量。以上三种不同测量方式的适用范围如下：a）累积测量：适用于测量从几天到一年不等的时间内空气中氡的平均活度浓度或氡子体的平均α潜能浓度。长期累积测量方法适用于对人体氡及其子体暴露量的估算；b）连续测量：适用于评估环境中、公共建筑、家庭和工作场所的氡活度浓度的时间变化；c）瞬时测量：适用于在特定点位以分钟为尺度的测量，以测定开放和密闭环境中氡活度浓度或9.1.2应根据测量对象和预期用途选择合适的测量方式。适用的测量方式和采样方式参见表2。表2《空气中氡及其子体的测量方法》中描述的测量方法的特点法法表2《空气中氡及其子体的测量方法》中描述的测量方法的特点（续）9.2影响因素影响测量结果的因素包括：a）采样设备位置的温度；b）湿度对采样设备的收集能力的影响；c）采样设备附近的空气湍流；d）空气采样流量的影响；e）采样前探测器的存储条件；f）测量过程中采样和测量系统的稳定性；g）样品和探测器的保存和存储；h）氡活度浓度和/或氡子体的α潜能浓度的变化；i）测量氡浓度时氡子体的影响；j）测量体积内其他释放α、β或γ辐射的气体放射性核素的存在，包括其他氡同位素及其子体；k）测量期间的辐射本底；l）测量设备本底及其随时间的变化。9.3检定/校准9.3.1主动式测量仪器(如采用脉冲电离室法或静电收集法的测氡仪)应在国家计量部门或其授权的标准氡室内进行检定或校准，并确保在有效期内使用(建议检定或校准周期为一年)。仪器修理后应重新检定或校准，检定或校准因子应正确使用。9.3.2被动式测量装置(如径迹蚀刻法测氡采样器或活性炭盒法测氡采样器)应在国家计量部门或其授权的标准氡室内暴露一段时间(保证采样器内外氡浓度达到平衡)，取出后送回实验室分析测量。9.4质量控制9.4.1应由具备相应技能的人员在质量保证和质量控制程序下选择合适的测量方法。9.4.2应通过定期使用检验源、参与实验室间比对和能力测试（参见GB/T27025）来维持测量结果9.4.3应建立实验室测量程序以避免实验室和设备污染以及样品交叉污染的发生。被测量的结果以及与被测量相关的标准不确定度和特征限，均应按照GB/T27418-2017和EJ/T1204（所有部分）进行计算，具体计算方法见GB/TXXXX的各个部分。11.1测量报告应符合GB/T27025的要求，并应包含但不限于以下信息：a）用于测量的《空气中氡及其子体的测量方法》相关部分的引用；b）测量方式（瞬时测量、累积测量或连续测量）；c）样品的识别；d）采样特性（有源或无源）；e）采样时刻（日期和小时）；h）结果表示的单位；i）测量结果，形式为y±u(y)或y±U（标准不确定度或扩展不确定度以及相关的k值。11.2测量报告还可以提供补充信息，例如：a）测量目的c）判断限和探测限；根据使用目的不同，通过不同的方式来呈现结果：1）当测量值与判断限进行比较时（参见EJ/T1204的所有部分），如果测量值低于判断限，则应将测量值表示为≤y*；2）当测量值与探测限进行比较时，如果测量值低于探测限，则应将测量值表示为≤y#；如果测量值低于探测限，且探测限超过了指导值，则应记录该方法不适合该测量目的；d）可能影响结果的相关信息：2）室内测量的通风条件（机械通风系统、门窗开闭等）。11.3测量报告的格式可以参照附录A。氡及其子体-一般信息A.1氡同位素氡有三种天然同位素，由地壳中的放射性核素产生。因此，它们的相对丰度取决于地下土壤的类型(235U、238U和232Th含量)以及它们的放射性半衰期。222Rn是238U的衰变产物，其释放量少于220Rn（平均少100倍)。尽管如此，它依然是在大气中分布最广的氡同位素，因为其半衰期(3.823天)足够长，足以使其从产生它的岩石中迁移出来，穿过土壤，到达空气中。（见图A.1）220Rn(钍射气)，由232Th衰变产生，是土壤释放的三种氡同位素中最多的一种。由于其较短的半衰期55.8秒)，它很快便会消失。（见图A.2）219Rn(锕射气)是235U的衰变产物，是三种氡同位素中最少的。岩石和土壤中的235U含量约为238U的0.73%。由于其较短的半衰期(3.96秒)，它在大气和地下水中几乎无法被探测到。注1：在正常情况下，与其他两个氡系列的活度相比，219Rn的半衰期极短，它的活度和它的子体的活度完全可以忽略，其健康效应也不重要。因此，本标准系列中未考虑219Rn及其衰变子体。这些氡同位素的丰度在不同地点可能会有所不同。222Rn的衰变常数(λ)为2.1×10-6s-1，而220Rn的衰变常数为1.25×10-2s-1。1贝克勒尔(每秒一次衰变)的活度相当于476600个222Rn原子和80个220Rn原子。图A.2Th衰变链注：图A.1和图A.2中的核数据引自ICRP38号出版物（ICRP38号出版物主要适用于辐射防护测量仪器）A.2氡活度浓度的变化A.2.1土壤中氡主要源自地球的地壳，是由构成岩石的矿物中所含的镭原子衰变而产生的。产生的222Rn的量与土壤中的226Ra含量成正比。然而，只有一小部分氡原子能够逃逸，大部分原子则被困在母岩的晶格结构中继续衰变。根据土壤孔隙度、粒度、湿度等因素的不同，氡析出率会有很大差异，从百分之零点几到大约30%不等。一旦氡原子从晶格中逸出，它们会通过扩散或对流机制在空气中或地下水中以不同的距离进行迁移。土壤中的222Rn活度浓度尤其会随着垂直梯度和时间而变化，这取决于天气条件和土壤固有的特性，如渗透性、孔隙度等。A.2.2在土壤-大气界面氡析出率取决于土壤中的氡活度浓度和天气条件。因此，氡析出率通常在土壤湿度达到约80%时开始增加，并且随着大气压力的升高而降低。当地面被雪或一层水覆盖，或处于冰冻状态时氡析出率会非常低。A.2.3在大气中一旦进入室外空气，氡的稀释/扩散取决于与气象学和地形相关的大气扩散条件。在一天中的氡活度浓度变化见图A.3。在白天，大气扩散通常较高，氡浓度相对较低。在夜间温度逆温期间，大气扩散降低，氡在靠近地面的大气层中聚集，其活度浓度会上升10至100倍(见图A.4)。图A.32003~2007年全年北京地区室外平均氡浓度日变化示例[1]图A.42007年北京室外氡的月平均浓度变化示例[1]A.2.4在建筑物中在建筑物中，氡主要源自与建筑物接触的土壤，有时也来自建筑材料。此外，自来水可能含有高浓度的氡(例如从花岗岩地区的井中汲取的水)。不同地区的室外大气也是氡的潜在来源。室内氡气活动浓度可能因各种原因在时间和空间上显著变化，见图A.5、A.6。在特定空间内，其影响因素包括： 由土壤释放的氡(与建筑地面和墙壁接触的土壤中的镭含量和孔隙率)以及在更罕见的情况下由建筑材料或井水所释放的氡； 建筑物的负压程度，该负压驱动氡从土壤中进入建筑物内； 建筑物中氡被动或机械驱动迁移程度； 人员暴露区域的封闭或防护程度。在特定时间内，其影响因素包括： 与土壤相比的室内负压程度； 与室外空气的通风程度；