雙濾膜法對(duì)沈陽(yáng)某校園室內(nèi)氡濃度測(cè)量及分析

周文平，李　凡，張　凱，張瑞青，畢孝國(guó)

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 a.能源與動(dòng)力學(xué)院；b.學(xué)報(bào)編輯部;c.新能源學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

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雙濾膜法對(duì)沈陽(yáng)某校園室內(nèi)氡濃度測(cè)量及分析

周文平a，李凡a，張凱b，張瑞青a，畢孝國(guó)c

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 a.能源與動(dòng)力學(xué)院；b.學(xué)報(bào)編輯部;c.新能源學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：通過(guò)雙濾膜法對(duì)沈陽(yáng)某校園學(xué)生教室、宿舍、實(shí)驗(yàn)室、演播廳等4個(gè)場(chǎng)所的氡濃度值進(jìn)行了測(cè)量并計(jì)算。結(jié)果表明：學(xué)生宿舍和學(xué)生教室內(nèi)，氡濃度水平均低于國(guó)家氡濃度限值(200 Bq/m3)，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)室和演播廳內(nèi)的氡濃度水平普遍偏高。保守估計(jì)(學(xué)生每日8小時(shí)均在實(shí)驗(yàn)室，四季輻射水平相同)，實(shí)驗(yàn)室氡濃度測(cè)量值將超過(guò)國(guó)家的劑量限值,會(huì)對(duì)學(xué)生的身體健康帶來(lái)不利影響。因此，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室氡濃度的檢測(cè)與處理措施，提出了若干有效建議。

關(guān)鍵詞：雙濾膜法；氡濃度；輻射防護(hù)限值

氡(222Rn,220Rn)及其子體是空氣中主要的天然放射性元素，過(guò)量吸入會(huì)使造血系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重疾病[1-2]。而吸入氡及其子體所致的輻射劑量絕大部分來(lái)自于室內(nèi)[3]。研究表明，人們滯留在室內(nèi)生活或工作的時(shí)間遠(yuǎn)高于室外，室內(nèi)外滯留時(shí)間比的世界人口加權(quán)平均值為4.0，而在校學(xué)生的室內(nèi)居留時(shí)間甚至高于其他社會(huì)團(tuán)體的平均水平，因此，關(guān)注校園室內(nèi)氡及其子體的放射性水平對(duì)于保護(hù)青少年健康具有尤為重要的意義。

1校園室內(nèi)氡濃度限值

世界各國(guó)對(duì)于學(xué)校室內(nèi)氡濃度的限值不盡相同[4]，如表1所示。絕大多數(shù)國(guó)家的學(xué)校室內(nèi)氡濃度限值要求和普通居民已建住房?jī)?nèi)氡濃度限值要求相同，而IAEA(國(guó)際原子能機(jī)構(gòu))、ICRP(國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì))組織和少數(shù)國(guó)家則考慮到工作時(shí)間因素的影響，學(xué)校室內(nèi)氡濃度限值高于普通居民住房。其中，荷蘭是對(duì)學(xué)校室內(nèi)氡濃度限值要求最嚴(yán)格的國(guó)家，無(wú)論是學(xué)校室內(nèi)還是居民住房?jī)?nèi)，均限制在20 Bq/m3，而最高的ICRP達(dá)1 500 Bq/m3。限值差別如此之大，一方面說(shuō)明各國(guó)輻射水平存在較大差異，另一方面也說(shuō)明我國(guó)的限值標(biāo)準(zhǔn)有待于進(jìn)一步嚴(yán)格要求。

我國(guó)于2002年1月1日起實(shí)施了《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB 50325-2001)。該規(guī)范根據(jù)控制室內(nèi)環(huán)境污染的不同要求，將民用建筑工程分為兩類：一類包括住宅、幼兒園、老年建筑、醫(yī)院、學(xué)校教室等，室內(nèi)環(huán)境氡濃度限量為200 Bq/m3；另一類包括辦公樓、商店、旅館、文化娛樂(lè)場(chǎng)所、圖書館、書店、體育館、展覽館、公共交通等候室、餐廳、理發(fā)店等，室內(nèi)環(huán)境氡濃度限量為400 Bq/m3。

表1　世界部分國(guó)家對(duì)學(xué)校和居民已建住房

2雙濾膜法測(cè)氡的工作原理

雙濾膜測(cè)氡法[5]是由美國(guó)人創(chuàng)立的，于20世紀(jì)70年代在美國(guó)流行，它屬于快速測(cè)氡法，能夠主動(dòng)采樣并在較短的時(shí)間內(nèi)給出測(cè)量結(jié)果。圖1是雙濾膜測(cè)氡采樣的結(jié)構(gòu)模型。雙濾膜測(cè)氡法主要分為2個(gè)階段，即采樣階段和測(cè)量階段。在采樣階段，入口膜先把空氣中已有的氡子體過(guò)濾掉，讓“純凈”的氡在通過(guò)雙濾膜采樣管的過(guò)程中又重新生成子體，這些新子體在通過(guò)出口膜時(shí)被收集。在測(cè)量階段，將出口膜拿到探測(cè)部分，測(cè)量得到膜上α粒子的放射性活度。由于氡子體的增長(zhǎng)與氡濃度有一定的數(shù)量關(guān)系，所以可由出口膜上的α放射性活度來(lái)確定氡濃度。

雙濾膜測(cè)氡法的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)下限非常低、靈敏度高、測(cè)量時(shí)間很短等；其缺點(diǎn)是一定要保證出口濾膜的干凈。

FT648型測(cè)氡儀為改進(jìn)型測(cè)氡儀，是攜帶式(雙濾膜)環(huán)境測(cè)氡儀，主要用于對(duì)含222Rn氣體樣品中氡濃度的測(cè)定，同時(shí)又能測(cè)量氡子體的濃度及潛能濃度，實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境大氣氡及氡釷子體的濃度。由于校園室內(nèi)空氣流速較慢，220Rn只能來(lái)源于房間內(nèi)表面(0～1 mm)材料的釋放，且其水平不大于1.25%222Rn的濃度水平[6]。因此，考慮氡主要來(lái)源為222Rn，選用FT648改進(jìn)型測(cè)氡儀進(jìn)行氡濃度測(cè)量，其原理如圖2所示。

圖1　雙濾膜法結(jié)構(gòu)

空氣采樣器按抽氣狀態(tài)采樣，流速為40 L/min，如圖2所示。被測(cè)空氣由樣氣進(jìn)口進(jìn)入入口導(dǎo)管，經(jīng)入口濾膜時(shí)，空氣中原有的氡釷子體幾乎全部被濾掉，只有氡隨空氣進(jìn)入衰變室。在衰變室內(nèi)，空氣由入口濾膜至出口濾膜的渡越過(guò)程中，所含的氡不斷地衰變成子體RaA、RaB、RaC及RaC′。后者在通過(guò)出口濾膜時(shí)，被收集在出口濾膜上。采樣t min后，將濾膜卡從采樣位移到ZnS(Ag)閃爍探頭內(nèi)的濾膜測(cè)量位上，對(duì)采樣濾膜進(jìn)行α放射性活度測(cè)量。若從停止采樣時(shí)刻起，至開始α放射性測(cè)量的時(shí)間間隔為T1，至測(cè)量結(jié)束的時(shí)間間隔為T2，根據(jù)托馬斯公式便可算出被測(cè)氣體中氡的濃度CRn，如方程式(1)所示。

(1)

其中，E為ZnS(Ag)探頭探測(cè)α粒子的探測(cè)效率(4π效率)，取0.40；V為衰變室容積，取14.8 L；Z為衰變修正因子，取4.634；Ff為擴(kuò)散損失修正因子，取0.733；∑為出口濾膜過(guò)濾效率；S為能譜修正因子，取1.06；Ω為探頭幾何因子，取0.735；β為自吸收修正，β=0.91；G為重力沉降修正因子，G=1。

或?qū)⑹?1)整理成如下形式：

圖2　FT648型測(cè)氡儀測(cè)量氡濃度原理

(2)

其中，K為托馬斯系數(shù)，在該測(cè)量過(guò)程中，綜合各項(xiàng)系數(shù)的K為0.898。

3對(duì)沈陽(yáng)某校園室內(nèi)氡濃度的測(cè)量及結(jié)果

3.1測(cè)量步驟

1)本底測(cè)量

將裝上LXGL—15—1濾布的濾膜卡推到濾膜測(cè)量位并旋緊蔽光升降輪，接通電源，選定氡測(cè)量中的本底測(cè)量，按動(dòng)確定按鈕，測(cè)量指示燈亮，計(jì)數(shù)開始。時(shí)間到，測(cè)量指示燈滅，同時(shí)給出聲響，數(shù)字顯示屏的數(shù)字即是有膜本底值N。

2)氣體采樣

將位于濾膜測(cè)量位的濾膜卡推至采樣位按氡測(cè)量，開始采樣，注意將流速控制在 40 L/min。

3)采樣結(jié)束后，在1 min內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)氣密升降輪，抽氣壓嘴被上提。利用第3個(gè)濾膜卡推入蔽光滑道盒，將處于采樣位的濾膜卡頂至測(cè)量位，1 min后，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)位于測(cè)量位的濾膜卡進(jìn)行計(jì)數(shù)。

4)根據(jù)計(jì)數(shù)值，按公式(2)計(jì)算，抽汽時(shí)間為15 min，托馬斯系數(shù)取0.898，得出測(cè)量結(jié)果。

3.2測(cè)量結(jié)果

對(duì)學(xué)生宿舍、學(xué)生教室、實(shí)驗(yàn)室和校內(nèi)演播廳4個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果分別見表2至表5，表中同類房間的規(guī)格和裝飾均相同。

從表2可以看出，在學(xué)生各宿舍內(nèi)溫度和濕度基本相同的情況下，在未通風(fēng)和通風(fēng)條件下，氡濃度水平差別較大。未開窗通風(fēng)條件下氡濃度水平較高，平均值為134.16 Bq/m3；而在開窗通風(fēng)后濃度普遍下降，平均在31.43 Bq/m3。由此可見，開窗通風(fēng)能有效地降低氡濃度水平。

從表3可以看出，若忽略溫度和濕度差異(差異較小)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)室的氡濃度在未通風(fēng)條件下普遍偏高，氡濃度的平均值為265.77 Bq/m3；而在通風(fēng)條件下，其濃度水平也高達(dá)205.41 Bq/m3。若按最保守估計(jì)(學(xué)生每日均在實(shí)驗(yàn)室，四季輻射水平相同)，實(shí)驗(yàn)室的輻射水平將超過(guò)國(guó)家的劑量限值200 Bq/m3。

表2　某校園學(xué)生宿舍氡濃度水平測(cè)量數(shù)據(jù)

表3　某校園學(xué)生實(shí)驗(yàn)室氡濃度水平測(cè)量數(shù)據(jù)

表4　學(xué)生教室氡濃度水平測(cè)量數(shù)據(jù)

表4表明，學(xué)生各教室氡濃度水平在溫度和濕度基本相同的情況下，通風(fēng)和未通風(fēng)條件下，室內(nèi)氡濃度水平都較低，未通風(fēng)時(shí)僅為75.25 Bq/m3，而在通風(fēng)后濃度水平更低，為46.2 Bq/m3。

表5是在該校演播廳中對(duì)氡濃度的測(cè)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，在未通風(fēng)條件下，其中2個(gè)演播廳與第3個(gè)演播廳的測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果差異較大。前2個(gè)演播廳在未通風(fēng)條件下的測(cè)量值竟然達(dá)到848.61 Bq/m3和850.41 Bq/m3，而在通風(fēng)之后二者的值下降很大，剛剛超出200 Bq/m3；第3個(gè)演播廳的測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)論通風(fēng)與否，濃度均在200 Bq/m3以下。

表5　某校園演播廳氡濃度水平測(cè)量數(shù)據(jù)

4結(jié)論

通過(guò)雙濾膜法測(cè)量并計(jì)算了沈陽(yáng)某校園教室、寢室、實(shí)驗(yàn)室、演播廳等4個(gè)場(chǎng)所的氡濃度值，結(jié)果表明：

1)學(xué)生宿舍和學(xué)生教室內(nèi)氡濃度水平均在200 Bq/m3以下，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)室和演播廳氡濃度水平普遍偏高；

2)良好的通風(fēng)條件能夠顯著降低室內(nèi)氡濃度水平；

3)在通風(fēng)條件下，若按最保守估計(jì)(學(xué)生每日均在實(shí)驗(yàn)室，四季輻射水平相同)，實(shí)驗(yàn)室的氡濃度水平將可能超過(guò)國(guó)家的劑量限值200 Bq/m3。對(duì)此，需要進(jìn)一步進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和盡可能改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，必要時(shí)需對(duì)地面、自來(lái)水管道進(jìn)行密封處理，或用防氡涂料粉刷墻面以降低氡濃度水平；

4)由于演播廳設(shè)備較多，且處于長(zhǎng)期關(guān)閉狀態(tài)，測(cè)量時(shí)通風(fēng)時(shí)間不足等原因，再加上學(xué)生或教師在此停留時(shí)間較短，因此可通過(guò)加強(qiáng)通風(fēng)等方式適當(dāng)降低室內(nèi)氡濃度水平。

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[6]KRISIUK E M.Airborne Radioactivity in Buildings[J].Health Phys，1980,38:199-202.

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇)

Measurement and Analysis of Indoor Radon Concentration of a Campus in Shenyang

ZHOU Wen-pinga,LI Fana,ZHANG Kaib,ZHANG Rui-qinga,BI Xiao-guoc

(a.School of Energy and Power Engineering, b.Journal Editorial Department,c.School of New Energy,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：Two-filter method was presented on the measurement and calculation of the radon concentration in four places of Shenyang campus including the student classrooms,dormitories,laboratories and studios.The results showed that the radon concentration in the student dormitories and classrooms were below the national radon concentration limits 200 Bq/m3,while the student laboratory and studio radon concentration levels were on the contrary.The radon concentration in laboratory will exceed the national dose limits and adversely affect student health according to the most conservative estimate(the same student stays in the lab 8 hours in a day and the radiation level is same in the four seasons).In this regard,the long-term detection of the radon concentration in the laboratory and the use of sealing treatment,or anti radon paint to paint the wall etc.were put forward.

Key words：two-filter method; radon concentration; radiation protection limits

中圖分類號(hào)：X51

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2016)02-0182-05

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.02.019

作者簡(jiǎn)介：周文平(1976-)，女，吉林德惠人，講師，博士，主要從事核輻射探測(cè)及所用晶體生長(zhǎng)理論與實(shí)驗(yàn)方面的研究.

收稿日期：2015-12-25