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技術文章

氡及其子體的測量

2006/10/31 13:15:00

自然界中氡的天然放射性同位素有222Rn220Rn219Rn分別來源于鈾系、釷系和錒系三種主要天然放射性衰變系列。鈾系和釷系都在自然界中廣泛存在,由它們衰變出來的222Rn220Rn的半衰期分別為3.83天和55.6秒。而錒系(285U在自然界中含量很少,僅占238U含量的0.72%而且由它衰變的219Rn的半衰期更短,只有3.96秒,在產生的瞬間就衰變掉了。所以在空氣中幾乎顯不出它的存在。因此222Rn是低層大氣中天然放射性氣體的主要組分。在人們接受的來自天然輻射的劑量中大約50%是由氡及其短壽命衰變子體的貢獻。所以222Rn及其子體的生物學危害已引起人們越來越廣泛的重視。目前許多國家都在竟相開展這方面的調查測量和研究工作。
     氡是氣體,而其衰變子體卻是固體。氡子體既有α輻射,也有β和γ輻射,因此氡子體是α、β、γ的混合輻射源。在標準狀況下氡的密度為9.96kg/m3是空氣的7.7倍。它能溶解于水和許多液體,還能溶解于血液和脂肪,而在人體內組織的溶解度卻很低,一旦脫離含氡氣體環境,很快經肺排出。當人們進入含有較高濃度氡的環境時3040分鐘吸入與呼出的氡達到平衡,當離開此環境1小時后,90%的氡被排出。
     氡子體卻不同,它們是釙、鉛、鉍等金屬粒子。222Rn經α衰變以后,順序生成的產物是218PoRaA)、214PbRaB)、214BiRaC214PoRaC1),它們的半衰期都較短,最后的產物是210Pb,半衰期較長為22.3年。所以,一般主要考慮222Rn218Po、214Pb、214Bi214Po對人體的影響。當吸入氡的短壽命子體后不斷地沉積在呼吸道表面,在局部區域內不斷積累。因此吸入含氡氣體對呼吸道造成的輻射危害,主要來自氡子體,氡子體在呼吸道的沉積率為2050%。而沉積率是決定呼吸道上皮組織接受輻射劑量的一個重要因素。氡及其子體對人類的輻射危害主要是肺癌,其潛伏期可長達1540年。
     室內空氣中的氡主要來源是建筑物下的地層、建筑材料、水源和燃料(煤、液化氣等),其濃度不僅取決于這些材料的含鐳量、物理性質(如空隙率、孔隙大小等)、環境條件(溫度、濕度、大氣壓等)和時間因素(季節、晝夜變化),還取決于室內的通風條件。
     由于建材所致的人類劑量可以與X射線診斷所致劑量相比較,而建材中釋放的氡所引起的內照射劑量較之建材的γ外照射是主要的。因此進行建筑物室內氡及其子體濃度的調查測量和研究,對進行輻射防護研究是十分必要的。
測量儀器和方法
     氡及其子體的測量方法很多,測氡主要有靜電計法、活性碳濃縮法、閃爍室法、雙濾膜法、氣球法等。測氡子體方法有季夫格勞三點法、托馬斯三段法、馬茲等的α譜儀法、馬爾科夫法和部分計數法等。
    
測量氡濃度,我們采用靜電計法和雙濾膜法,輔以閃爍室法。測氡子體濃度采用馬爾科夫法,輔以托馬斯三段法。雙濾膜法的最大優點是排除了子體的干擾。在氡濃度較高的情況下,測量簡便、迅速、準確,靈敏度可由37Bq/m3提高到0.37Bq/m3。增大取樣筒體積,可提高靈敏度。本方法的原理如下圖所示:


    
在抽氣過程中,入口濾膜濾掉空氣中的222Rn子體和其他固態放射性核素。純222Rn在筒內飛行途中又產生新的子體,其中一部分擴散在筒壁上,另一部分為出口濾膜所收集。由于子體遵循一定規律積累和衰變,所以測出出口濾膜上的α放射性強度就可確定氡濃度。其計算公式如下:

式中:XRn——氡濃度,Bq/m3
      NX——出口濾膜上的積分計數
      Nb——本底計數,一般Nb=0
      E——儀器的計數效率
      Z——與取樣時間、計數時間間隔有關的修正系數
      V——取樣流速,升/
      Ff——新生子體到達出口濾膜的份額,它與μ值有關;μ=πDL/g,其中π=3.14,D為粒子的擴散常數(cm2/秒),L為雙濾膜筒的長度(cm),g為取樣流速(cm3/
      ε——自吸收和過濾效率因子
     測量氡子體的馬爾科夫法,主要優點是設備簡單、操作方便,測量時間短,不同平衡比下,方法誤差不同,總的誤差在+11%-9.5%之間,測量誤差能滿足防護要求。其計算公式為:

 

式中:XegRn——氡子體濃度,Bq/m3
      N7-10——取樣后第7至第10分鐘內的α積分計數
      E——儀器的計數效率
      V——取樣流速,升/
      F——濾膜的過濾效率
      f——濾膜的自吸收系數
     本裝置可用于環境和建筑物內氡子體濃度的測量,測量數據取算術平均值。

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