氡測量方法與標(biāo)準(zhǔn)氡室綜述

郭美玉

(河南省計(jì)量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

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氡測量方法與標(biāo)準(zhǔn)氡室綜述

郭美玉

(河南省計(jì)量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

本文介紹了常用的氡測量方法和測氡儀器，對氡測量技術(shù)進(jìn)行了較詳細(xì)分析，為選擇適宜的方法進(jìn)行氡濃度監(jiān)測提供了參考。標(biāo)準(zhǔn)氡室的研制為各種測氡儀器的刻度和量值溯源性提供了技術(shù)支撐，保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，文章簡要介紹了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)氡室的發(fā)展?fàn)顩r。

氡；測量方法；氡室；質(zhì)量保證

0 引言

近年來環(huán)境氡濃度監(jiān)測逐漸被社會(huì)所關(guān)注，氡是廣泛存在于人類生活環(huán)境中的天然放射源，人類無時(shí)不在受到氡及其子體的照射，氡及其子體對人體的輻射占人類接受的總放射性劑量的55%左右[1]，國際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP) 第50號(hào)出版物估計(jì)公眾肺癌的10% 可歸因于氡及其子體的照射[2]。聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)(UN SCEAR ) 1993年報(bào)告指出, 氡及其子體對公眾所造成的年有效劑量為1.3m Sv, 約為天然輻射年有效劑量(2.4m Sv) 的54%[3]?！秶H電離輻射防護(hù)與輻射源安全的基本安全標(biāo)準(zhǔn)》(BSS)將氡明確列為慢性照射。據(jù)統(tǒng)計(jì)研究表明，室內(nèi)氡污染是僅次于吸煙導(dǎo)致肺癌的第二大誘因。氡及其子體已被世界衛(wèi)生組織(WHO)公布為19種致癌物質(zhì)之一。

由于室內(nèi)氡帶有很大普遍性，各國都很重視。包括氡濃度調(diào)查、生物效應(yīng)及危害評價(jià)研究已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，許多國家開展了氡的危害監(jiān)測和防治研究工作，包括大面積的區(qū)域調(diào)查以及室內(nèi)外空間氡氣濃度監(jiān)測。目前通過對影響氡及子體濃度的因素深入探討，氡及其子體的測量方法進(jìn)一步更新，新的探測器和測氡儀器不斷涌現(xiàn)。在氡及其子體的研究中，氡的測量方法及測量儀器控制顯得尤為重要。如何準(zhǔn)確測量氡及其子體，涉及氡及其子體的測量方法和測量儀器的正確選擇以及量值溯源和量值傳遞——標(biāo)準(zhǔn)氡室的研制。

本文介紹了常用的氡測量方法，并對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)氡室情況作了概述，對于我們了解國內(nèi)外氡濃度質(zhì)量保證體系的發(fā)展概況，開展測氡儀器的檢測和標(biāo)定有重要意義。

1 氡的測量

1.1 氡的限量標(biāo)準(zhǔn)

室內(nèi)氡暴露的行動(dòng)水平是評價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，迄今為止，氡是ICRP對慢性照射給出行動(dòng)水平具體數(shù)值范圍的唯一核素。大多數(shù)國家采取的標(biāo)準(zhǔn)基本相同，所不同在于有的國家區(qū)分了已建住房和新建住房。

表1列出了我國幾種建筑環(huán)境中氡的限量標(biāo)準(zhǔn)。我國1995年制定的住房內(nèi)氡濃度控制標(biāo)準(zhǔn)提出了室內(nèi)氡濃度已有住房200Bq/m3,新建住房100Bq/m3的行動(dòng)水平。另外GB 16356—1996地下建筑氡及其子體控制標(biāo)準(zhǔn)[4]和GB 16367—1996地?zé)崴畱?yīng)用中的放射性防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[4-5]也給出了一些特定場所室內(nèi)氡濃度200～400Bq/m3的控制值。

1.2 氡的測量方法

環(huán)境氡的測量方法很多，按測量時(shí)間分為三大類：一類為瞬時(shí)取樣法，也叫微分測量方法，如雙濾膜法、閃爍法、氣球法和活性炭吸附解析法；二類為累積取樣法，如活性炭能譜法和固體徑跡法[6]；三類為連續(xù)測量法，如靜電收集型氡連續(xù)監(jiān)測儀。連續(xù)測氡儀價(jià)格較貴，且必須由熟練專業(yè)人員操作，限制了它的使用。

表1 中國氡濃度的限量標(biāo)準(zhǔn)

近年來，基于新型高分辨率、探測效率更好的探測器的研制和核輻射測量技術(shù)的日益完善和創(chuàng)新，出現(xiàn)了許多新方法和新儀器，如法國P.ZETTWooG用g 譜儀測量特殊容器中氡及子體活度，德國PTB的流氣式多絲電離室連續(xù)測量[7]，還有活性炭濃縮萃取液體閃爍體測量，靜電收集半導(dǎo)體測量以及利用a 能譜技術(shù)的測氡儀等。實(shí)際上有的方法是多種方法聯(lián)合而產(chǎn)生的改進(jìn)方法。這些方法就采樣方式也可歸入上面三類。

下面按照取樣方法分類對常用的測量法分別加以介紹 ，表2為GB/T 14582—93《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法》。

表2 空氣中氡濃度的測量方法標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 氡瞬時(shí)測量方法

瞬時(shí)測量一般僅需數(shù)秒到數(shù)十分鐘，各種類型的瞬時(shí)測氡儀，能立即給出數(shù)據(jù)，但往往靈敏度不高，且受空氣擾動(dòng)或由于溫度氣壓風(fēng)力等影響而不夠準(zhǔn)確，目前國際上在環(huán)境中測氡不再應(yīng)用瞬時(shí)法或者只作為過篩。

雙濾膜法：可測量瞬間采樣的氡濃度，美國不用雙濾膜法測量室內(nèi)氡濃度。該方法裝置笨重，采樣頭的頻繁換取可能會(huì)引起漏氣，影響測量結(jié)果。且工作量太大。

閃爍瓶法：該法的原理是，氡進(jìn)入閃爍室后，氡及其子體衰變產(chǎn)生的a 粒子使閃爍室壁的ZnS(Ag)產(chǎn)生閃光，經(jīng)光電倍增管和電子線路最后記錄下來。單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)與氡濃度呈正比，從而可確定氡濃度值。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：探測下限低，一般可達(dá)3.7Bq/m3，操作簡便、準(zhǔn)確度高，但測量時(shí)間長(3h以上)，要求的設(shè)備較多，裝置笨重，不便于現(xiàn)場使用。沉積于室內(nèi)壁的氡子體難于清除，保存時(shí)應(yīng)充入氮?dú)夥忾]以保持較低的本底，經(jīng)?？潭纫员３譁y量的準(zhǔn)確。

1.2.2 氡的累積測量方法

累積采樣法是測量室內(nèi)氡濃度的較好方法，它能反映氡濃度的年平均值。

徑跡法也叫固體核徑跡法：簡稱為SSNTD法，為國際上近來最為通用的室內(nèi)環(huán)境氡濃度測定方法，該方法靈敏度高、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)，測出的是年平均濃度，因而易于換算成年平均劑量；徑跡蝕刻法可測氡濃度的年平均值，是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。國際上固體徑跡探測器應(yīng)用率逐年提高，具有靈敏度高、測量結(jié)果重現(xiàn)性好、操作簡便、測量期間不需要電源等優(yōu)點(diǎn)。但徑跡探測器采樣時(shí)間需90天以上，建筑工程不可能接受90天的檢驗(yàn)周期。

活性炭盒法：可測氡濃度的短期平均值，也是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。美國環(huán)保局推薦的測氡實(shí)驗(yàn)室一般具有2種以上的測氡方法，這些實(shí)驗(yàn)室絕大部分(90%以上)都有活性炭盒法，通過郵寄測量家庭室內(nèi)氡濃度?；钚蕴亢蟹ň哂袦y量結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡便、采樣期間不需要電源、體積小、便于布放等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是濕度影響活性炭對氡的吸附，必須做濕度修正。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，活性炭盒法最適合工程檢測，執(zhí)行GB50325的檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)首選活性炭盒法。

a 能譜法：需要在測量現(xiàn)場采樣后帶回實(shí)驗(yàn)室用a 譜儀分析，根據(jù)對能譜的分析得到220Rn子體濃度。該方法適用多道a 譜儀，能給出特定核素的譜圖，分辨率高，測量結(jié)果準(zhǔn)確。但是因譜儀不方便帶到現(xiàn)場測量，使用受到限制。

1.2.3 連續(xù)測氡法

電離室方法：也叫靜電計(jì)法，其原理是是基于射線對空氣的電離作用和帶電導(dǎo)體在電場中的運(yùn)動(dòng)。含氡氣體進(jìn)入電離室后，氡及其子體放出的a 粒子使空氣電離，在電離室的中央電極積累的正電荷使靜電計(jì)的中央石英絲帶電，在外電場的作用下，石英絲發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)速度與其上電荷量成正比，也就是氡濃度成正比。該方法優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、直接快速，被許多標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室作為基本方法，既可以直接收集空氣樣品進(jìn)行測量，也可以使空氣不斷流過測量裝置進(jìn)行連續(xù)測量，在實(shí)驗(yàn)室使用可較快地給出氡濃度及其動(dòng)態(tài)變化；缺點(diǎn)是靈敏度低，探測下限為10～40Bq/m3，不適合低水平測量，不宜做環(huán)境氡普查測量使用。

1.3 國內(nèi)常用測氡儀器

目前，國內(nèi)使用較多的測氡儀有美國產(chǎn)1027型RAD7測氡儀、國產(chǎn)的FD-3017型、加拿大產(chǎn)RD-200型等，其中使用最多的是RAD7型、FD-3017型等測氡儀。下面重點(diǎn)就FD-3017型、RAD7測氡儀和RD-200測氡儀進(jìn)行介紹。

1.3.1 FD-3017 型瞬時(shí)測氡儀

中國核工業(yè)總公司上海電子儀器廠研制，主要由抽氣泵和測量操作臺(tái)組成，泵用來抽取地下的或者水中的氡氣，并儲(chǔ)存和收集氡子體，氡氣衰變成為218Po，它是帶正電的離子，在電場的作用下被濃集在帶負(fù)高壓的金屬收集片上，經(jīng)過一段時(shí)間的收集后，取出金屬片放入到操作臺(tái)探測器內(nèi)測量218Po的a 放射性活度，其大小與氡濃度成正比。FD-3017型測氡儀探測靈敏度小于0.37Bq/L，探測效率大于40%。FD3017測氡儀對空氣檢測靈敏度不高，不適合作為環(huán)境空氣普查使用。

1.3.2 RAD7氡氣連續(xù)監(jiān)測儀

RAD7是美國產(chǎn)的便攜式氡監(jiān)測儀，其工作原理是用靜電法引導(dǎo)氡的衰變子體，再做相應(yīng)的a 能譜分析[8]，探測器本身是一個(gè)半球狀的容器，半球形內(nèi)部涂層為電導(dǎo)體，在球的中心是固態(tài)離子植入硅a 探測器。2000～2500V的高壓在整個(gè)腔體中形成一個(gè)高壓電場，使得正離子被收集到探測器的表面。儀器為主動(dòng)式測量，內(nèi)置流量率1L/min的氣泵(進(jìn)氣口)和腔體及氣管組成一個(gè)密封性能良好的進(jìn)出氣系統(tǒng)。RAD7便攜式測氡儀既可以用來連續(xù)監(jiān)測氡氣，也可以用來長時(shí)間或短時(shí)間的氡水平的篩選。

1.3.3 RD-200 型射氣儀

為加拿大EDA公司生產(chǎn)的多用型野外輕便閃爍射氣儀，可用于野外土壤氡測量，也可用于水中氡的測量，其由操作臺(tái)、細(xì)管取樣器、抽氣球以及校正用閃爍室和一套測量用的閃爍室組成，額定電壓600V。

2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)氡室介紹

2.1 氡室建立的必要性

由于各種氡和氡子體測量儀器的工作原理、校準(zhǔn)方法及穩(wěn)定性不同，測量結(jié)果間差異明顯，因此，需要建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)裝置，以便對廣泛采用的各種測氡儀器進(jìn)行刻度、校準(zhǔn)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。標(biāo)準(zhǔn)氡室(以下簡稱氡室)是可提供氡及氡子體濃度均勻穩(wěn)定且可調(diào)的密閉空間，與氡及子體的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，能夠進(jìn)行氡和氡子體測量儀的校準(zhǔn)檢定，不同裝置間的比對，同時(shí)也是研究氡、氡子體行為與控制的實(shí)驗(yàn)裝置。

2.2 氡室的分類及原理

氡室按體積分為大、中、小型氡室系統(tǒng)。大型氡室系統(tǒng)用于實(shí)驗(yàn)室之間的比對，大批量氡積累探測器和氡子體測量儀的刻度，以及不同氡濃度、溫度、濕度條件下的各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)性研究，但建造價(jià)格較高。小型氡室只適宜于各實(shí)驗(yàn)室自用，可進(jìn)行一定氡濃度、溫度和濕度范圍內(nèi)的各種試驗(yàn)及小批量的累積探測器的刻度。

氡室系統(tǒng)按照工作原理可分為循環(huán)法和排代法。在循環(huán)法中，氡濃度變化由氡源補(bǔ)給速度、氡的衰變速度、系統(tǒng)的泄漏率和吸附速度決定。因此系統(tǒng)不易控制，有很多影響因素，建造的價(jià)格相對較高，但容積可以很大。排代法氡室系統(tǒng)影響氡濃度變化的只有氡源，空氣混合情況和氣流流量的穩(wěn)定性，其它的影響都很小，但它較適合于小型氡室，圖1為某一小型校正用氡室結(jié)構(gòu)圖。

圖1 小型氡室結(jié)構(gòu)圖

2.3 國內(nèi)外氡室建立的發(fā)展

發(fā)達(dá)國家從上世紀(jì)70年代起開始建立氡室，經(jīng)過多次改建和完善，到80年代初大都建成能控制各種環(huán)境條件的氡室。如加拿大埃里奧特湖實(shí)驗(yàn)室(ELL)經(jīng)過兩次改建已于1986年建立了設(shè)備先進(jìn)的國家氡氣刻度試驗(yàn)裝置；1995年，由IAEA建立了國際氡劑量組織(IRMP)，以美國紐約的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室(EML)、美國科羅拉多的美國礦務(wù)局實(shí)驗(yàn)室(USBM)、英國奇爾頓的國家輻射防護(hù)局(NRPB)和澳大利亞墨爾本的輻射實(shí)驗(yàn)室(ARL)等4個(gè)實(shí)驗(yàn)室的氡室作為經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OCED)選定的4個(gè)國際性地區(qū)刻度中心。此外，瑞典亦建有氡室，并對氡法找礦用的各種探測器進(jìn)行了大量的刻度研究，在氡測量標(biāo)準(zhǔn)、刻度方面有一套比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和刻度裝置，在質(zhì)量保證措施方面的管理經(jīng)驗(yàn)很豐富。

國內(nèi)各氡室的建立仍然處于不斷改進(jìn)和完善的階段。我國核工業(yè)部北京地質(zhì)研究院研制的簡便小型移動(dòng)式氡室，在1988年通過部級(jí)鑒定，該氡室主要控制氡濃度，對于氡子體濃度、氣溶膠及溫度濕度等不予控制。另外，湖南衡陽核工業(yè)第六研究所(RIUM)于1990年通過國防劑量考核，于1991年成為國際冬季兩組織的亞洲區(qū)域協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室，1999年4月獲得國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局授權(quán)，面向全國開展氡及其子體測量儀的檢定與測試。該氡室由主體箱、濃度控制系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)4個(gè)部分組成。氡及其子體濃度的控制是通過不同強(qiáng)度的固體鐳源、氣溶膠源和風(fēng)流系統(tǒng)，采用動(dòng)態(tài)平衡方式進(jìn)行控制。

中國原子能科學(xué)研究院于2006年建成的大型排帶式多功能氡室[9]，該氡室主體箱體積大約為14.16m3,有效取樣區(qū)約為10m3。氡濃度調(diào)節(jié)范圍(20～1×105)Bq/m3，標(biāo)準(zhǔn)氡室采用動(dòng)態(tài)平衡的排帶方式，取樣體積大，可用于各種主動(dòng)及被動(dòng)式儀器的測試和校準(zhǔn)。

中國計(jì)量科學(xué)研究院和中國測試技術(shù)研究院等國家計(jì)量部門近年來陸續(xù)建起了標(biāo)準(zhǔn)氡室。這些標(biāo)準(zhǔn)氡室的建立對于統(tǒng)一全國氡濃度量值有重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對礦產(chǎn)資源的勘查、對氡的調(diào)查和控制的需求日益突出。因此建立氡室和測氡標(biāo)準(zhǔn)，在各地區(qū)和全國范圍內(nèi)開展測氡儀器的量值傳遞已經(jīng)成為一項(xiàng)必要的、緊迫的任務(wù)。

3 結(jié)束語

除測量方法、儀器、標(biāo)準(zhǔn)氡室等這些保證監(jiān)測質(zhì)量的技術(shù)問題外，檢定方法的標(biāo)準(zhǔn)化、不確定度評定和在用儀器的定期檢定和比對都是質(zhì)量保證必不可少的步驟。刻度和使用的環(huán)境條件不完全相同時(shí)，必須注意和修正可能存在的環(huán)境效應(yīng)，刻度的結(jié)果又與儀器的性能狀態(tài)有關(guān)，這就要求測量儀器不僅要權(quán)威的實(shí)驗(yàn)室定期進(jìn)行刻度，還要對環(huán)境溫室和濕度進(jìn)行控制，各單位還應(yīng)建立相應(yīng)的能夠檢驗(yàn)其所用儀器是否處于原來刻度狀態(tài)的檢驗(yàn)手段。這樣才能保證氡濃度測量量值的溯源性和準(zhǔn)確性。

隨著國家對環(huán)境保護(hù)和輻射防護(hù)越來越重視，特別是住房氡輻射已引起社會(huì)廣泛關(guān)注，使得室內(nèi)氡測量和評價(jià)在我國有著很大的潛力市場。吸取國內(nèi)外的新經(jīng)驗(yàn)，建立和完善質(zhì)量保證體系，是開展大規(guī)模氡檢測的重要前提。

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[2] UN SCEAR著，冷瑞平譯.電離輻射源與效應(yīng).北京：原子能出版社，1995

[3] 國際電離輻射防護(hù)與輻射源安全的基本安全標(biāo)準(zhǔn)1IA EA安全叢書[M],西安工程學(xué)院學(xué)報(bào),1995,23(4):66-67

[4] GB/T 17216—1998人防工程平時(shí)使用環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

[5] GB 50325—2001民用建筑工程市內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)

[6] 吳慧山,林玉飛,白云生,常貴蘭.氡測量方法與應(yīng)用[M].原子能出版社,1995

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[8] 馬文彥，賈永杰，肖剛，任金寶.數(shù)據(jù)平滑參數(shù)對a 能譜分析的影響[J].計(jì)量技術(shù),2008(2)

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.12