浅谈影响空气环境质量的氡气测量方法

浅谈影响空气环境质量的氡气测量方法
氧是惰性气体,具有放射性,易溶于水,能被吸附在固体的表面上等特性,虽然人们利用这些性质进行氡测量己作为一种便利、有效的探测技术,得到了一定的推广和应用。

但其产生的环境污染及对人体的危害也是不容忽视的。

因此,加强对环境中的氡气进行测量和监测十分必要。

标签：氡气危害运移规律测量方法
自二十世纪初发现氡以来,氡气测量技术日渐完善,方法手段众多,技术不尽相同,采用的仪器也不一样。

常用的测量氧的方法有电离室法、闪烁室法、双滤膜法、气球法、静电收集法、固体径迹法、热释光法、活性炭被动吸附法和驻极体测氡法等。

1 氡气的危害
氡及其短寿衰变子体(RadonandRadonPro geny)是天然放射性系列中铀系、钍系的成员,是人类受天然辐射主要的来源之一,每年约1.3mSv,占天然辐射的54%,其中室内氡的贡献约为lmSv。

国际癌症研究机构(AIRC)已经确认,氡及其子体对人体有致癌作用。

流行病学研究表明:氡及其子体的吸入是矿工肺癌发病的主要原因,亦即氡和它的衰变子体能停留在肺细胞组织内,在其衰变过程中辐射出α粒子,破坏细胞核中的DNA分子,从而导致癌症的发生。

通过病例对照研究发现,当室内氡浓度达200Bqm3时,肺癌危险将会明显增加。

当今,许多国家应用矿工肺癌和流行病学资料来外推环境水平氡的公众肺癌发病率,经推算得出,美国室内氡诱发公众肺癌占全国肺癌的10%～14%,英国估算为6%,我国估算为15%,瑞典估算为18%～30%。

可见,环境中的氡对人体健康的危害不容忽视,环境中的氡已经成为除烟外导致肺癌的第二因素。

在21世纪的今天,各种建筑材料和消费品大量涌入室内,使室内氡污染的来源和种类不断增加,人们的身体健康正受到日益严重的威胁,对此,我国党和政府对氡的研究及防治给予了高度重视。

在我国,2001年制定《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(《中华人民共和国国家标准》GB/T50325—2001);从2003年10月1日起,我国正式施行《放射性污染防治法》。

由此可见,氡气及其子体的测量研究己经提到了重要的议题上来,这对维护居民的身心健康,促进国民经济和社会发展等起到了十分积极的作用。

同样,随着经济的发展和居民生活水平的提高,对空气中氡水平的监测、建筑物内部和居民住房内部的氡污染调查及环境保护都提上了议事日程。

1995年我国卫生部颁布水瞥房内氡浓度控制标准》,规定住宅中每立方米空气中氡浓度的上限值为200Bqm3(新修的建筑物)至300Bqm3(已居住的旧建筑物)。

2 氡的运移规律
氡气何以能从地下深部运移到地表,乃至高空,一直是困惑人们的难题之一。

数十年来,中外学者相继提出了对流作用、渗流作用、地应力作用、接力作用等来阐述氡气运移现象;不同的学者还借助于现场模拟、计算机模拟、实验室模拟等进行了深人研究。

但这些都是从外部环境对氡气运移所起的作用来进行研究的,以至存在的疑点还很多。

为能揭示氡自身固有的运移规律,研究氧气运移的内在因素,某研究机构在实验室理想条件下(无对流、无压力差、无温差、无电位差等的封闭环境),应用高灵敏度、高精度、静态、累积、低本底测量的CD—lα杯测氡仪对氡及其子体的运移规律进行了实验研究和机理探讨。

通过实验:①发现氡及其子体在理想条件下的空气中,其纵向运移能力远大于横向运移能力,向上运移能力与向下运移能力相当甚或超过,其规律是扩散作用小,不及10%,地球引力导致的下沉作用小于45%,上浮的贡献大于45%;②提出氡及其子体向上运移的机理是氡及其子体和母体多为α辐射体,它们放出的α粒子减速后将成为He核,它可与氨及其子体和母体形成团簇(集团),当团簇所受空气的浮力大于其重量时,便能自行上升,从而使氡及其子体自身具有明显的向上运移的能力。

团簇的提出揭示了比重很大的氡及其子体能够向上运移,并出现在上千米高空的内在原因,也解释了氡及其子体都带正电的缘由。

氡的运移距离应根据其子体和母体按团簇运移后的总效应来衡量。

即氡及其子体运移时应视为“长寿”放射性元素,故其在地壳中上升距离可达数十米至数百米以上。

3 氡气测量的方法
在氡气及其子体测量中,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较多,有的能够快速而准确地给出氡浓度的瞬时值;有的能给出一段时间的平均值;有的轻便无源,适合于现场使用。

测量方法的选择不仅要保证满足研究问题的需要,还应考虑时间、费用等其他因素。

下面介绍几种常用的测量方法:
3.1 电离室法。

使用这种方法研制的仪器如CD—1测氡仪以及德国产DOSEman便携式氡气监测仪(安装半导体探测器的电离室)。

它的工作原理是,含氡气体进入电离室后,氡及其子体放出的α粒子使空气产生电离,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,其偏转速度与其上的电荷量成正比,也就是与氡浓度成正比,测出偏转速度就可知道氡的浓度。

本方法的优点是:方法可靠,直接快速,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,在实验室使用可较快地给出氡浓度及其动态变化。

缺点是灵敏度低(探测下限为10～40Bq/m3,不适合低水平测量,不宜做环境氡普查测量使用。

3.2 闪烁室法。

利用此方法研制的经典仪器有北京核仪器厂生产的FD125型氡钍分析器、核工业北京地质研究院的FD216环境氡测量仪。

工作原理是,氡
进入闪烁室后,氡及其子体衰变产生的α粒子使闪烁室壁的ZnS(Ag)产生闪光,经光电倍增管和电子学线路最后记录下来。

单位时间内的脉冲数与氡浓度成正比,从而可确定氡浓度。

此方法的优点是:探测下限低(和闪烁室的儿何形状等有关,一般可达3.7Bq/m3,设计好的可达037Bq/m3),操作简便,准确度高,缺点是:测量时间较长(3h 以上),要求的设备较多〔比如FD125型氡针分析器需要和智能定标器配套使用),装置笨重,不便于现场使用。

沉积于室内壁的氡子体难于清除,使用时应经常用氮气或老化空气清洗。

保存时应充入氮气封闭以保持较低的本底,并经常刻度以保持测量的准确性。

3.3 双滤膜法。

如北京核仪器厂研制的FT648型测氡仪。

双滤膜法是在空气泵抽气过程中,入口滤膜滤掉空气中已有的氡子体,“纯氡”在通过双滤膜筒的过程中又生成新的子体。

其中的一部分为出口滤膜所收集。

测量出口滤膜上的α放射性活度,根据氡子体的积累衰变规律即可求出待测空气中的氡浓度。

该方法的优点是它既可用来测子体浓度(进气口滤膜),也可测氡浓度(出气口滤膜),其探测下限低(约为 3.7Bq/m3),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,即必须防比衰变筒和滤膜漏气。

本方法受相对湿度的影响较大,影响的程度对不同大小和形状的双滤膜筒有所不同,相对湿度越大,滤膜上测得的α放射性活度越大。

解决的办法是将双滤膜筒在不同相对湿度下刻度,求得相应的刻度系数。

加大衰变筒体积可以提高灵敏度,但衰变筒太大不便携带。

此外该装置要使用电源,不便野外使用。

3.4 静电扩散法。

典型的仪器如Model1027型连续测氡仪、和RaD7氡气探测器等。

该方法的原理是,由于探测器所在腔体内外存在氡浓度差(或者使用空气泵吸入),外面的氡通过扩散进入腔内,0.25h左右建立平衡。

往往在腔体的外面使用泡沫或者其他材料来阻挡氡子体的进入。

扩散到灵敏体积中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再衰变产生的。

粒子被收集,经电子学线路整形,计数得到相应的脉冲数。

通过相对刻度就可以确定待测空气的氡浓度。

该方法的优点是探测限较低,既可用于室内氡浓度的测量,也可连续监测氡浓度的动态变化。

4 结语
由于氡及其子体对空气环境及人体的危害,氡及其子体的测量,已经成为一个热门的课题。

它们的测量,是涉及核技术、电子技术、计算机技术、地球科学和环境科学等学科领域的复杂问题,值得我们不断深入的研究和探讨。