氡的测定

空气中氡浓度的测定
一、实验目的
（1）学习Rad7操作方法；
（2）学习空气中氡的测定方法；
（3）了解环境大气中的氡浓度水平。

二、实验原理
（1）氡的性质及危害
氡是一种放射性隋性气体，无色无味，其原子序数为86，密度为9.72 g/L ( O ~ C)，其中Rn的半衰期为3.82354-0.0003天。

由于氡为不稳定放射性气体，它从其母元素(镭)所在的化合物中逃逸并扩散进入空气。

氡-222是由母体镭衰变而来，镭又是从铀-238衰变而来，氡再经过八次衰变为稳定的铅-206，我们用一个简单的衰变链可描述如下：
氡是镭-226衰变的直接子体，只要有镭的存在，就必然不断产生氡。

按照一般情况下，室内氡的主要来源是建筑物下的地层及其周围土地、建材、水源和燃料。

室内空气中氡浓度不仅取决于这些材料的镭含量和决定氡析出能力的材料与施工性能(如孔隙率)，而且取决于环境条件(如温度、湿度、大气压等)，时间因素(如季节、昼夜)和室内外空气的通风换气能力。

一般情况下，早晨和晚上室内氡浓度高于白天。

一般情况下，天然放射性物质很难进入体内，但是空气中的氡气，却很容易随着人们的呼吸进入肺部，特别是支气管内，甚至随血液流动走向全身。

氡-222 原子核发射的是粒子α，α粒子能量大，射程短，虽然粒子难以从体外对人体构成伤害，但进人体内在所经途径会破坏细胞结构，对体内细胞构成伤害。

大约有(14-15)%的氡和(25-70)%氡子体会残留在肺中。

1988年国际癌症研究机构将氡列为人类致癌物，世界卫生组织（WTO）也曾公布氡是19种人类重要致癌物质之一，是目前仅此于香烟引起人类肺癌的第二大元凶[1]。

鉴于氡及其子体对人类健康的影响较大，准确测量及评价空气中氡的浓度具有十分重要的意义。

（2）RAD7工作原理与过程
RAD7的内部样品腔是一个0.7升的半球，内部涂层为电导体。

在半球的中心是一个固态的、离子植入型平面硅α探测器。

高压电源电路将内部导电器充电到2000到2500伏（相对于探测器）在整个腔体内形成一个电场，这个电场将正电粒子推向探测器。

在腔体中衰变的222Rn核留下了衰变后带正电的218Po粒子。

腔体内的电场将这个带正电的离子赶向探测器并吸附在那里。

当短寿命的218Po核在探测器活
性表面衰变时，其α粒子有50%的概率进入探测器，并产生强度与α粒子能量相称的电信号。

相同的核素随后的衰变产生不被探测的β粒子，或者具有不同能量的α粒子。

不同的同位素具有不同的α能量，能在探测器中产生不同的强度信号。

探测器产生的输出信号，正比于218Po活度，正比于218Po的产生速率，正比于样品室内的222Rn浓度。

当样品室内的氡浓度与室外空气中的氡浓度相同时，探测器单位时间输出的脉冲个数与空气中的氡浓度成比例。

图1 RAD7工作原理
三、实验仪器
（1）RAD7测氡仪（1340型.Durridge Co.）
（2）GPS
（3）温湿度计（冀州市耀华器械仪器厂）
（4）三杯风速风向仪（DEM6型，天津气象仪器厂）
四、实验步骤
（1）确定采样时间和地点
数据收集时间为2 h。

（2）测定氡浓度：
将RAD7仪器放于检定位置，插上电源，并开启电源，进行以下操作，进行氡浓度的测定：
①清洁探测器室
命令Menu Enter 4次→Enter →Enter
LCD显示Test Test
status
Test
purge
Stop
purge?No
Stop
purge?No
②收集数据
命令Menu Enter →Enter 1秒钟后
LCD显示Test Test
status Test
Start
Start
counting
RUCY Status Mode
hh:mm:ss Totcou
其中，RUCY是运行编号，RU运行序号，CY是循环序号；Status是仪器状
态；Mode是运行模式；hh:mm:ss是倒计时时间；Totcou是总计数。

③停止数据收集并存储数据
命令Menu Enter →Enter 1秒钟
后
Enter 2次→Enter
LCD显示Test Test
status Test
Stop
Stop
counting
Test Test
status
Test
save
④读出数据
命令Menu →Enter Enter Enter
LCD显示Test Data Data
Read Data
Read RU
RUCY XX.X±SSB
hh:mm dd-mmm-yy
其中，XX.X是大气氡浓度（Bq/m3），SS是其误差，B表示（Bq/m3）；hh:mm 是数据收集时间；dd-mmm-yy测度日期。

（3）测定温湿度、风速数据
每隔半小时测定一次风向、风速、气温和相对湿度，并做好记录。

五、实验结果及讨论
纬度：24°38′34.8″
经度：118°18′37.0″
地面状况：草地，临近学院大楼。

采样点距离大楼外墙约3 m。

表1 环境条件记录表
序号风向风速
（m/s）
气温（℃）相对湿度时间（TT：MM）
1 正东0.85 26.8 58 10:55
2 正西0.90 26.
3 56 11:25
3 正北 1.50 25.8 56 11:55
4 正东0.41 26.0 56 12:25
5 正东0.70 27.0 50 12:55
表2 空气中氡浓度记录
误差序号开始时间RUCY 数据收集时间结束时间氡浓度
（Bq/ m3）
1 10:55 -----
2 h 12:55 5.1
3 5.13 讨论：
（1）氡浓度水平及标准
经统计显示[ 2]，全国26个省市自治区大气中氡平均浓度为( 11.2±5.37 ) Bq·m- 3，是世界中纬度氡水平。

总的氡水平的趋势，高原地区最低（西藏为3.4 Bq·m- 3），沿海次之（山东、上海分别为4.67 Bq·m- 3和5.3 Bq·m- 3），内陆氡水平中等，北方偏高（黑龙江、甘肃分别为14.7 Bq·m- 3和22.2 Bq·m- 3）。

另外，从世界各国报道来看，室外平均氡浓度大陆地区约为3.6 Bq/ m3 [3]。

本次实验测得检定位置（金泉楼外草坪）空气中的氡浓度为( 5.13±5.13) Bq·m- 3，低于上述统计结果中的全国大气中氡平均浓度，符合沿海城市空气中氡浓度水平（与上述沿海城市山东、上海的浓度水平相近）。

由此可见，本次实验得到的结果具有一定的准确性和可信度。

但本次实验仅得到一个数据收集时间为2 h的实验数据，若要使实验结果更具说服力，能准确反映检定位置及周边大气中的氡浓度，应延长数据收集时间，增加实验次数，多设几个采样点，取平均值以反映真实水平。

室内空气中的氡浓度远高于室外，因此吸入氡及其子体所致的辐射剂量绝大部分来自于室内[4]，所以对室内氡浓度的控制更为严格。

目前我国正在实施的室内氡浓度相关控制标准包括“住房内氡浓度控制标准”（GB/T 16146-1995），“室内空气质量标准”（GB/T 18883-2002），“民用建筑工程室内环境污染控制规范”（GB 50325-2001）等。

未查找到室外空气中氡浓度相关控制标准。

（2）空气中氡的来源
空气中氡的来源主要是土壤和岩石中的镭，其次是海水、地下水、天然气和火山气等[3]。

室内空气中氡主要来自建筑、装修材料、地基土壤及燃气、生活用水等。

至于氡的逸出率还受到房屋结构、气候变化等因素的影响。

本次实验所测的地点是金泉楼外草坪，靠近大楼建筑物，距大楼外墙的距离约为3 m。

虽然测出的氡浓度较低（( 5.13±5.13) Bq·m- 3），但也反映出室外确实存在着氡气体的释放源，使得室外空气中含有一定量的氡气体。

本实验检测点空气中的氡气体的可能来源是：草坪中的土壤和附近的岩石释放出氡气体；附件大楼的建筑物材料释放出氡气体。

（3）空气中氡浓度的气象影响因素
由于氡的溢出明显受环境影响，所以测量时应记录日期、时间、环境温度、湿度、气压、测量位置等环境因素。

影响室内外氡释放率的明显因素[5]可能是气压的变化。

压力降低，使地下和建筑材料内的高浓度气体向大气中释放，造成氡释率增高。

氡气的释放率与地面或建筑材料的湿度密切相关。

到某一湿度为止，氡的释放率随湿度的增加而增高，因为射气能力由于材料孔隙中存在的液体随湿度增大而增高。

在达到某一湿度时由于孔隙被水充满，释放率迅速下降。

从地下释放出的氡在骚动扩散作用下而向四周发散。

骚动扩散可能同风速和气温的下降有关。

氡浓度的日变化取决于大气稳定度的变化，清晨大气温度梯度为逆温，大气处于稳定状态，近地表大气中氡浓度较高。

太阳上升后，逆温被破坏，氡浓度下降，一直持续到上午，日落后大气稳定度开始增加，氡浓度又上升。

本实验中测得环境温度、湿度、风速等环境因素变化不大。

因本实验最后只得到一个氡浓度数据，故无法利用现有的数据准确分析环境因素对氡浓度的影响。

推断当风速增大时，有利于氡的扩散，使氡浓度下降。

（4）空气中氡浓度测量的不确定因素
本次实验得到的结果可能存在误差，造成误差的可能原因如下[1]：
①空气湿度带来的不确定度：潮湿的空气对仪器的腔体产生一定的影响，使测量结果偏低，当使用干燥剂使进入仪器腔体的空气相对湿度小于10% 时，该因素带来的不确定度可忽略。

②测量周期及次数带来的不确定度：由于仪器本身也是采取统计学原理进行测量的，所以测量周期及次数较少时，会产生较大的偏差。

参考资料：
[1] 李哲民. RAD7测氡仪标准条件下不确定度的研究[J]. 环境保护科学, 2013, 39(4).
DOI:10.3969/j.issn.1004-6216.2013.04.029.
[ 2] 国家环境保护局.环境质量报告书编写技术规定[ M ] .北京: 中国环境科学出版社, 1991. 34- 49.
[3]刘亚民, 刘垚. 氡的性质及空气中氡浓度的测量综述[J]. 中国测试技术, 2005, 31(5).
DOI:10.3969/j.issn.1674-5124.2005.05.043.
[4]金益和, 徐利亚, 方国秋等. 国内外室内氡浓度限值分析[J]. 海峡科学, 2006, (12):16-18.
[5]刘怀梅. 室内外空气中氡浓度的气象影响因素[J]. 国外铀金地质, 1992, (1).。