能譜儀氡測量的計數(shù)與濃度的自動計算

田 壯 趙月嬌（中國建筑材料檢驗認(rèn)證中心有限公司，北京100024）

1 前言

自然界中氡的天然放射性同位素有222Rn、220Rn和219Rn，分別來源于鈾系、釷系和錒系3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222Rn和220Rn的半衰期分別為3.83d和55.6s。而錒系（235U）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3.96s，在產(chǎn)生的瞬間衰變掉了。所以在空氣中幾乎顯不出來它的存在。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占50%是氡及其短壽命衰變子體的貢獻(xiàn)。所以222Rn及其子體的生物學(xué)危害已引起人們越來越廣泛的重視。目前許多國家都在競相開展這方面的調(diào)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。在標(biāo)準(zhǔn)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中，還能溶解于血液和脂肪中，而在人體內(nèi)組織中的溶解度卻很低，一旦脫離含氡氣體環(huán)境，很快經(jīng)肺排出。當(dāng)人們進(jìn)入含有較高濃度氡的環(huán)境時，30～40分鐘吸入與呼出的氡達(dá)到平衡，當(dāng)離開此環(huán)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(jīng)α衰變以后，順序生成的產(chǎn)物是218Po（RaA），214Pb（RaB），214Bi（RaC）和214Po（RaC），它們的半衰期都很短，最后的產(chǎn)物是210Po，半衰期較長，為22.3年。所以一般主要考慮222Rn和218Po，214Pb，214Bi和214Po對人體的影響。當(dāng)吸入氡的短壽命子體后不斷沉積在呼吸道表面，在局部區(qū)域內(nèi)不斷積累。因此吸入含氡氣體對呼吸道造成輻射危害，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(dá)15～40年。

室內(nèi)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(zhì)、環(huán)境條件和時間因素，還取決于室內(nèi)的通風(fēng)條件。由于建材所致的人類劑量可以與X射線診斷所致的劑量相比較，而建材中釋放的氡所引起的內(nèi)照射劑量較之建材的γ外照射是主要的。因此進(jìn)行建筑物室內(nèi)氡及其子體濃度的調(diào)查測量和研究，對進(jìn)行輻射防護(hù)研究是十分必要的。

2004年9月北京市建設(shè)委員會依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染物控制規(guī)范》GB50325-2001，結(jié)合北京市的實際情況，發(fā)布了北京市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染物控制規(guī)程》DBJ01-91-2004，對室內(nèi)空氣中的氡濃度測定進(jìn)行了完善和補充，其中附錄F規(guī)定用活性炭盒法測定。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定γ譜儀為NaI（T1）或半導(dǎo)體探頭配多道脈沖分析器，將活性炭盒在γ譜儀上計數(shù)，只能測出氡子體特征γ射線峰（或峰群）面積，不能直接轉(zhuǎn)化為環(huán)境中的氡濃度。

2 計算公式

環(huán)境中的氡濃度按下面公式計算：

式中：CRn—氡濃度，Bq/m3；

α—采樣1h的響應(yīng)系數(shù)，Bq/m3/計數(shù)/min；

nr—特征峰（峰群）對應(yīng)的凈計數(shù)率，計數(shù)/min；

t1—采樣時間，h；

b—累積指數(shù)，為0.49；

λRn—氡衰變常數(shù)，7.55×10-3/h；

t2—采樣時間中點至測量開始時刻之間的時間間隔，h；

以上公式繁冗，計算因子眾多，而且很多計算因子也不是直接可以得到，如果人為計算極易發(fā)生錯誤，而且效率很低。

2.1 采樣1h的響應(yīng)系數(shù)α的Excel計算法

新建Excel空白工作簿，在表單sheet1中設(shè)計表格如圖1，為了便于區(qū)分將sheet1重命名為“氡室標(biāo)樣計算”。

圖1 氡室標(biāo)樣計算表格

如圖1所示，將A1~AB1單元格填寫完成。

（1）從氡室刻度回來的活性炭盒進(jìn)行測量，將表單“氡室標(biāo)樣計算”中A2-U2列中的數(shù)據(jù)填寫完成，A2由刻度單位提供的證書上查的，B2-U2數(shù)據(jù)由實驗原始記錄提供。

（2）在V2單元格中，輸入“=(O2-I2)*24+(Q2-K2)+(S2-M2)/60+U2/2”用來計算t2—采樣時間中點至測量開始時刻之間的時間間隔。

（3）在W2~X2單元格內(nèi)填寫峰面積，數(shù)據(jù)由解譜軟件得出（本次實驗使用的是低本底高純鍺γ譜儀，DSA-1000多道分析器，氡的兩個特征峰在295 kev和352kev能量位置上）。

（4）Y2單元格數(shù)據(jù)為與送去刻度的炭盒同一批，沒有被刻度的空白炭盒，在γ譜儀上的峰面積。

（5）Z2單元格為凈面積，

輸入“=W2+X2-Y2”，得出結(jié)果。

（6）AA2單元格為采樣1h響應(yīng)系數(shù)α，輸入“=A$2*72^0.49*EXP(-0.00755*V2)/Z2*10”，得出響應(yīng)系數(shù)α。

（7）AB2單元格，輸入函數(shù)“=AVERAGE(AA2：AA5)”求得將所有刻度炭盒的平均采樣1h響應(yīng)系數(shù)α。

2.2 環(huán)境氡濃度的Excel計算法

（1）新建Excel空白工作簿，在表單sheet2中設(shè)計表格如圖2，為了便于區(qū)分將sheet1重命名為“環(huán)境氡濃度計算”。

圖2 環(huán)境氡濃度計算表格

B~S列內(nèi)所需填寫的數(shù)據(jù)，可由原始記錄提供。

（1）U列采樣時間—t2，在單元格內(nèi)輸入“=(I2-C2)*24+(K2-E2)+(M2-G2)/60”，得出計算結(jié)果。

（2）V~Z列內(nèi)容，基本與“采樣1h的響應(yīng)系數(shù)α的Excel計算法”相同。

（3）AA列環(huán)境中的氡濃度，輸入“=氡室標(biāo)樣計算!AB$2*Z2/10/(U2^0.49*EXP(-0.00755*V2))”，將氡室標(biāo)樣計算表單中的采樣1h的響應(yīng)系數(shù)α引用過來，進(jìn)行計算，得出環(huán)境中的氡濃度含量。

3 結(jié)論

用本方法編制的Excel 表可以完成能譜儀氡測量的計數(shù)與濃度的自動計算, 并自動修約得出測量結(jié)果。在實際工作中，此方法可以減少工作量，簡化工作步驟，提高工作效率，并減少出錯率。

[1]中國建筑材料檢驗認(rèn)證中心，《裝飾裝修材料中有害物質(zhì)檢測技術(shù)》[M].北京.中國計量出版社，2008

[2] DBJ01-91-2004《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染物控制規(guī)程》[S]

[3] GB/T 14582-93《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法》[S]

[4]馬鳳云，陸紅瑋，Excel特殊函數(shù)在化工計算中的應(yīng)用[J].新疆化工，2006,（4）；19-22

[5]李超，Excel函數(shù)與圖表實例精講[M].北京，科學(xué)出版社，2006.