空气中氡(222Rn)浓度测量(第4周)

空气中氡（222Rn）浓度测量

一、实验目的

1、了解空气中氡的来源，氡的年、日变化规律及产生的原因；

2、理解FD125闪烁室测氡原理；

3、掌握RaD-7型测氡仪的使用方法。

二、实验内容

1、能用FD125闪烁室测量空气中的氡；

2、懂得RaD-7型测氡仪的使用；

3、测量某空间空气中的氡浓度；

4、掌握用RaD-7型测氡仪测量空气中氡浓度。

三、实验原理

氡是一种天然放射性惰性气体，它具有三个明显的性质：(1)核的性质表现为放射性；(2)物性上表现为气体；(3)化学活动性表现为惰性。

氡对人类健康的危害表现为确定性效应(determination effect)和随机效应(stochastic effect)；确定性效应表现为在高浓度氡暴露下，机体出现血细胞的变化，如外周血液中红细胞增加，中性细胞减少，淋巴细胞增多，血管扩张，血压下降，并可见到血凝增加的高血糖；氡与人体脂肪有很高的亲合力，特别是神经系统与氡结合产生痛觉缺失；长期吸入高浓度的氡，在人体中能观测到白细胞升高，随后恢复正常水平。随机效应则主要表现为肿瘤的发生；据估计美国每年约有氡致肺癌死亡人数15000-25000人，英国约有7000人，而我国估计每年约有50000人左右因氡致肺癌而死亡。

222Rn是由镭的同位素226Ra衰变产生的气载放射性产物，而镭在所有的陆地物质中都存在。在镭衰变过程中，氡同位素中的某些原子借助反冲作用从材料的固体基质中释放出来。进入有空隙空间的氡原子则靠扩散及经该空间的对流作用被输运，直到它们衰变或被释放到大气中。

大气中的氡主要来自岩石、土壤中的活动氡的贡献，在衡量岩石、土壤对大气氡贡献时常采用氡的析出率描述，所谓氡的析出率是指：单位时间、单位面积的介质表面释放到空气中的氡量。陆地平均氡析出率为17×10-2Bq·m-2·s-1，海洋平均氡析出率为7×10-5 Bq·m-2·s-1。不同条件下的空气即陆地、海洋、土壤空气氡浓度差别又十分大。

人们最关心的是室内氡浓度水平，因为人们大部分时间生活在室内，高浓度的室内氡对人构成的危害较大。由于受的影响因素多而且复杂，建筑物内空气中氡浓度变化范围很大，据我国80年代测量的结果反映昆明市室内平均氡浓度为170Bq.m-3，最高为644.5 Bq.m-3，杭州平均氡浓度为25 Bq.m-3，最高为46.0 Bq.m-3。建筑物内氡浓度主要取决于其建筑场地的地质环境，建材、建筑物结构及水源等也是重要因素。

空气中氡浓度水平的高低取决于二个主要因素，一是氡源贡献氡量的多少，即岩石、土壤

等释放氡的多少，二是气象等外部因素。由于影响因素的变化，空气中氡浓度也在变化；对于氡的日变影响其气象因素中的大气稳定度因素起着非常重要的作用，一般规律是清晨地面温度低，高空温度高，出现逆温条件，地面等氡源释放的氡在大气中的垂直混合作用减弱，因而地表大气中氡浓度增高；随着太阳照射的加强，地表气温比大气升温快，破坏了逆温条件，地面与高空大气的垂直混合作用加强，地表大气中的氡浓度降低，因此室内、室外空气中氡的日变规律都表现为：清晨，空气中氡浓度高，傍晚低的特点，不同地区的不同季节空气中氡的日变有相似性，一天24小时内氡浓度的变化符合上述规律，但不同季节氡浓度的变化幅度有差别。

随着月份和季节的变化，空气中氡浓度也变，这种变化表现出现一定的规律性，氡浓度一般表现为冬季高，夏季低，春秋居中。

1）RaD-7测氡原理简介

RaD-7的内部样品腔是一个0.7L的半球，内部涂层为导电体。在半球中心有一个固态的、平面式离子注入型硅半导体探测器，用于测量α射线。外部高压电源电路将内部导电器充电到2000～2500V，在整个腔体内形成电场。由于氡(222Rn及220Rn)的子体是金属，容易粘着在过滤器上，这样可以通过在进气口在过滤器来过滤掉空气中原有的氡子体。引入分析空腔中的氡(222Rn及220Rn)在其中衰变，由于其所衰变的子体90%都带有电荷，分析腔中所形成的电场将其带电的子体赶向探测器，当其短寿命α放射性子体在探测器活性表面衰变时，被探测器接收的α粒子将形成与其能量相称的电信号，通过后续电路处理计数，形成0～10MeV的能量范围内的能谱。

而我们所感兴起的是6～9MeV范围内的α粒子。根据氡(222Rn及220Rn)的衰变规律，可以知道，在6～9MeV范围谱图上形成计数的分别为218Po(RaA，6.43MeV)、216Po(ThA，6.78MeV)、214Po(RaC’，7.68MeV)、212Po(ThC’，8.78MeV)，这样我们便可以根据能谱分析得出空气中所含氡(222Rn及220Rn)浓度。

四、实验器材

1、FT125型测氡仪和RaD-7型测氡仪各一台(包括配件)；

2、固体镭源和钍源各一个。

五、实验步骤

5.1 FD125型测氡仪的使用步骤：

1、检查FH-463型定标器工作状态。FH-463型定标器接通电源后，预热5分钟，检查其自检与工作两种状态，使其处于仪器工作正常状态。

2、检查连接系统。

3、施加适当高压于探测器（以探测器上表明的高压值为准）。

4、测量闪烁室底数。置仪器于“自动”工作状态，时间选择于“100×1”秒位置，启动“复位”、“计数”开关，若两次读数平均值大于10个脉冲，则更换闪烁室。重复（二）、（三）、（五）步骤，直到平均值小于10个脉冲为止，最后置时间开关图“10×3”。

5、从氡源中引入氡气到闪烁室中，并封闭闪烁室，测量4小时内，氡浓度的变化示意图。考虑，4小时内氡浓度的变化曲线。

5.2 FD-125测氡仪坪曲线实验步骤：

1、测量闪烁室本底计数；

2、调整不同高压，测量不同高压下，本底计数，一个点测量一分钟，一点测5次，求平均值，共测量10个点。

3、绘制仪器的坪曲线。

5.3 RaD-7型测氡仪的使用步骤：

1、连接RaD-7型测氡仪；

2、将仪器进出口连接在大型圆柱体干燥管上，接上仪器电源，打开仪器开关，点击[菜单]、[回车]、然后按[→]4次，看到显示屏上出现“Test Purge”后，按[回车]对仪器进行净化，此时泵开始启动，一般净化10分钟。

3、净化完成后，设置仪器工作参数，如设置协议、单位等。

4、将大型圆柱体干燥管取下，在进入口导管上接上小型干燥管。点击[菜单]、[回车]、[→，看到显示屏上出现“Test Start”后，按[回车]进行测量。

5、当一个测量完成后，仪器发出警报声，这时可以读出测量空间氡浓度值。

6、野外土壤和湖旁边空气氡浓度测量，并对比测量结果，分析结果。

注意：为保护仪器，实验操作过程中必须经过指导老师的检查才能继续进行。

六、实验数据处理

1、根据FD125型测氡仪所测数据分析氡浓度的变化曲线并分析曲线趋势及原因。

2、根据RaD-7型测氡仪测出结果，计算陆地和水中空气氡浓度异同及原因。

小知识：由于氡浓度被吸入血液造成全身剂量，其剂量转换系数为0.17 nSv/(Bq.h.m3)。

七、思考题

1、为什么湖附近空气的氡浓度比陆地上空气氡浓度要低？

附：氡、钍射气衰变图：