摻渣建筑材料的氡析出率限制

劉福東張耀春王 亮王春紅張永貴

（1環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京，100082；2中國核電工程有限公司，北京，100840；3中國原子能科學研究院，北京，102413；4中國建筑材料科學研究總院，北京，100024）

1 引言

最新調(diào)查資料表明：我國居民所受天然輻射照射比上世紀70年代至90年增加0.8mSv/a[1]。其中主要原因是居民受到居室內(nèi)氡及其子體有效劑量增加，除了與城市建筑密集度增高、空調(diào)使用等因素外，一個重要原因就是大量的工業(yè)廢渣被用于建筑材料,特別是一些建筑材料采用了發(fā)泡等技術，使得建筑材料的氡析出率增加，導致居室內(nèi)氡濃度增加。國外學者通過試驗證實：現(xiàn)代住宅內(nèi)氡氣來源于建筑材料氡析出率控制值，通過調(diào)研和實際測量的貢獻占60%~70%[2,3]。本文結合我國城鎮(zhèn)住房典型結構，依據(jù)現(xiàn)有法律法規(guī)要求，推導不同產(chǎn)地的摻渣建筑材料的氡析出率分析，初步確定理論推導值的合理性。

2 摻渣建筑材料氡析出率的確定

2.1 我國城鎮(zhèn)住房典型居室

根據(jù)大量調(diào)查，我國城鎮(zhèn)住房典型居室結構如圖1所示[4]。內(nèi)部的幾何尺寸為(4×3×2.8)m3，其中住宅內(nèi)有一面墻有一面積為(2.4×1.8)m2窗戶，在對面一側(cè)有(0.9×2.0）m2一扇門，假定在圖示位置窗戶附近有一進風口，門附近有出風口，其尺寸為（20×20）cm2。

2.2 保守的估算模式

2.3 .1 理論推導模式

在如圖1所示的典型居室，如果房間盡可能密封的情況下，并假定居室內(nèi)氡濃度主要來源于建筑材料，居室內(nèi)氡濃度的變化可以用公式1表示：

(1)式中，等號右邊的第一項為氡的產(chǎn)生項，主要來源于摻渣建筑材料。i類建筑材料的氡析出率和表面積分別為 ，房間的有效體積為V；方程中右邊第二項氣體泄漏導致的損失量（由于居室內(nèi)氡濃度累積增加而通過裂隙滲透量），其中q為房間的滲透率(與換氣率直接相關)；方程右邊的第三項為由于氡衰變減少項，λ為氡的衰變常數(shù)；左邊表示氡濃度變化率，C為氡濃度，為居室外濃度， t為時間。

表1 房間氡析出率的計算值

圖1 典型居室示意圖

(1)式滿足初始條件：t=0時，室內(nèi)、外的氡濃度相同，即 C =C0。

解此一次線性微分方程方程，得

則(2)可以化為

那么平衡時即t→∝，氡濃度的方程為

2.3 .1 保守簡化模式

如果不考慮室外濃度，假定居室內(nèi)溫度沒有變化。一般居室的通風率λv在0.1~1h-1，房屋內(nèi)的六個面的氡析出率是相同的。則長期平衡時，公式(4)氡濃度與氡析出率的關系可以用以下方程表示[4]：

公式(5)中，C為居室內(nèi)控制的氡濃度；Ei為i面的氡的析出率；Fi為i面的表面積；V為典型居室內(nèi)的體積；λ為氡的衰變常數(shù)； 為換氣率。假定六個面的氡析出率相同，窗戶（一般用玻璃制成）和門（一般用木頭制成）中氡的析出率近似為零。

根據(jù)我國新建住房平衡當量氡濃度控制標準為100Bqm-3[5]，居室的氡平衡因子為0.4[4,6,7]，典型房間有效面積56.28m2（表面積中扣除了兩個通風口面積和門窗），體積33.6m3，室外空氣氡濃度取10Bqm-3，根據(jù)公式(5)，假定房間內(nèi)門窗氡析出率為0（實際上，窗戶一般安裝玻璃，玻璃的氡析出率相對于墻體材料而言，是很小的。門一般是木制，本身鐳含量很低，氡析出率也很低），同時假定各面氡析出率相同，則當滲透率取不同值，計算的氡析出率見表1。

從表1中可以看出，隨著房間滲透率(與換氣率有關)的增加，推算的摻渣建筑材料的氡析出率也隨之增加。由于新建住房的通常換氣率在0.5h-1（滲透率一般在0.5h-1），推薦氡析出率的限制值為20 mBqm-2s-1。

2.3 模型驗證

2.3 .1 典型居室測量

為了驗證保守推導模型，分別在豐臺區(qū)盧溝橋曉月苑和遷禧家園選定剛剛驗收不久兩家居室進行氡析出率和濃度測量。氡析出率布樣主要針對地板和墻壁，氡濃度測量取樣點在居室內(nèi)的正中央，距離地板高度為1.5m。測量數(shù)據(jù)及相關參數(shù)見表2。

從表2測量數(shù)據(jù)表明：地面的氡析出率略高于墻面的氡析出率，主要是因為墻面中采用了白灰進行粉刷，阻止了混凝土中氡的析出。根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)，初步分析可以得出白灰的氡析出率低于混凝土的氡析出率。

2.3 .2 保守的模型驗證

我們假定換氣率為0.5h-1(近似靜風)自20cm×20cm的窗戶的通風口進入，居室尺寸表3實際尺寸計算，代入公式(5)，理論計算氡濃度見表3。

從以上模擬計算中可以看出，模擬的計算值略高于測量值，相對誤差即（計算值-測量值）/計算值約在10%-15%，說明模擬計算值基本上與測量值相符的。

表2 兩間新建住房的氡析出率和氡濃度的測量數(shù)據(jù)

表3 模型計算和測量數(shù)據(jù)比較

3 結論和建議

3.1 結論

結合我國實際城鎮(zhèn)住房的特點，考慮輻射防護和我國法規(guī)要求，利用保守模型計算提出適合我國的摻渣建筑材料氡表面析出率的限制值為20Bqm-2s-1。從輻射防護角度和循環(huán)經(jīng)濟角度考慮，控制這樣氡析出率的建議值是合理的。

3.2 建議

（1）盡管對氡析出率的測量方法很多，但各種測量方法、適用條件、校正方法等存在差異，規(guī)范經(jīng)濟適用的對建筑材料表面氡析出率測量方法和取樣方法。

（2）在建筑材料放射性核素限制中增加建筑材料氡析出率控制指標。

[1]潘自強劉森林等編著，2010.中國輻射水平.北京：原子能出版社.

[2]Michel van der Pal, geboren te Hoom.Radon transport autoclaved aerated concrete, 2004.

[3]P.de Jong,W.vanDijk,E.R.van der Graaf,and T.J.H.de Groot, National survey on the natural radioactivity and 222Rn exhalation rate of building materials in the Netherlands, Health Physics, 91(3):200-210,2006.

[4]W.Zhuot, T.Iidat, J.Moriizumit, T.Aoyagi:j: and 1.Takahash，Simulation of the concentrations and distributions of indoor radon and thoron, Radialion Protection Dosimetry 93(4) :357-368,2001

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聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）,電離輻射源與效應（卷1），2000

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