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技术文章

氡及其子体的测量

2006/10/31 13:15:00

自然界中氡的天然放射性同位素有222Rn、220Rn和219Rn，分别来源于铀系、钍系和锕系三种主要天然放射性衰变系列。铀系和钍系都在自然界中广泛存在，由它们衰变出来的222Rn和220Rn的半衰期分别为3.83天和55.6秒。而锕系（285U）在自然界中含量很少，仅占238U含量的0.72%，而且由它衰变的219Rn的半衰期更短，只有3.96秒，在产生的瞬间就衰变掉了。所以在空气中几乎显不出它的存在。因此222Rn是低层大气中天然放射性气体的主要组分。在人们接受的来自天然辐射的剂量中大约50%是由氡及其短寿命衰变子体的贡献。所以222Rn及其子体的生物学危害已引起人们越来越广泛的重视。目前许多国家都在竟相开展这方面的调查测量和研究工作。
     氡是气体，而其衰变子体却是固体。氡子体既有α辐射，也有β和γ辐射，因此氡子体是α、β、γ的混合辐射源。在标准状况下氡的密度为9.96kg/m3，是空气的7.7倍。它能溶解于水和许多液体，还能溶解于血液和脂肪，而在人体内组织的溶解度却很低，一旦脱离含氡气体环境，很快经肺排出。当人们进入含有较高浓度氡的环境时30～40分钟吸入与呼出的氡达到平衡，当离开此环境1小时后，90%的氡被排出。
     氡子体却不同，它们是钋、铅、铋等金属粒子。222Rn经α衰变以后，顺序生成的产物是218Po（RaA）、214Pb（RaB）、214Bi（RaC）和214Po（RaC1），它们的半衰期都较短，最后的产物是210Pb，半衰期较长为22.3年。所以，一般主要考虑222Rn和218Po、214Pb、214Bi和214Po对人体的影响。当吸入氡的短寿命子体后不断地沉积在呼吸道表面，在局部区域内不断积累。因此吸入含氡气体对呼吸道造成的辐射危害，主要来自氡子体，氡子体在呼吸道的沉积率为20～50%。而沉积率是决定呼吸道上皮组织接受辐射剂量的一个重要因素。氡及其子体对人类的辐射危害主要是肺癌，其潜伏期可长达15～40年。
     室内空气中的氡主要来源是建筑物下的地层、建筑材料、水源和燃料（煤、液化气等），其浓度不仅取决于这些材料的含镭量、物理性质（如空隙率、孔隙大小等）、环境条件（温度、湿度、大气压等）和时间因素（季节、昼夜变化），还取决于室内的通风条件。
     由于建材所致的人类剂量可以与X射线诊断所致剂量相比较，而建材中释放的氡所引起的内照射剂量较之建材的γ外照射是主要的。因此进行建筑物室内氡及其子体浓度的调查测量和研究，对进行辐射防护研究是十分必要的。
测量仪器和方法
     氡及其子体的测量方法很多，测氡主要有静电计法、活性碳浓缩法、闪烁室法、双滤膜法、气球法等。测氡子体方法有季夫格劳三点法、托马斯三段法、马兹等的α谱仪法、马尔科夫法和部分计数法等。
     测量氡浓度，我们采用静电计法和双滤膜法，辅以闪烁室法。测氡子体浓度采用马尔科夫法，辅以托马斯三段法。双滤膜法的最大优点是排除了子体的干扰。在氡浓度较高的情况下，测量简便、迅速、准确，灵敏度可由37Bq/m3提高到0.37Bq/m3。增大取样筒体积，可提高灵敏度。本方法的原理如下图所示：


     在抽气过程中，入口滤膜滤掉空气中的222Rn子体和其他固态放射性核素。纯222Rn在筒内飞行途中又产生新的子体，其中一部分扩散在筒壁上，另一部分为出口滤膜所收集。由于子体遵循一定规律积累和衰变，所以测出出口滤膜上的α放射性强度就可确定氡浓度。其计算公式如下：

式中：XRn——氡浓度，Bq/m3
      NX——出口滤膜上的积分计数
      Nb——本底计数，一般Nb=0
      E——仪器的计数效率
      Z——与取样时间、计数时间间隔有关的修正系数
      V——取样流速，升/分
      Ff——新生子体到达出口滤膜的份额，它与μ值有关；μ=πDL/g，其中π=3.14，D为粒子的扩散常数（cm2/秒），L为双滤膜筒的长度（cm），g为取样流速（cm3/秒）
      ε——自吸收和过滤效率因子
     测量氡子体的马尔科夫法，主要优点是设备简单、操作方便，测量时间短，不同平衡比下，方法误差不同，总的误差在+11%～-9.5%之间，测量误差能满足防护要求。其计算公式为：

 

式中：XegRn——氡子体浓度，Bq/m3
      N7-10——取样后第7至第10分钟内的α积分计数
      E——仪器的计数效率
      V——取样流速，升/分
      F——滤膜的过滤效率
      f——滤膜的自吸收系数
     本装置可用于环境和建筑物内氡子体浓度的测量，测量数据取算术平均值。

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