氡室补氡过程及影响因素的分析研究

姚磊

摘 要：氡室是一种可以对氡探测器进行刻度标定及其性能测评，氡及其子体的相关研究提供一个测量模拟环境的仪器。氡室的工作运行温度是在-5℃～+40℃内，在对氡探测器进行测评是，室内温度要保持常温的情况下，温度和湿度被氡室控制和调节。论文介绍了HD-6型氡室的基本结构，研究了氡室内氡浓度变化规律，探讨了补氡过程对氡及子体平衡关系的影响。根据测量原理进行方法选择，并且对整个测量系统的组成部分进行详细分析。根据氡及其子体的放射平衡关系，将补氡区域进行浓度划分，对补氡过程中实际测量数据进行数值分析，通过分析结果探讨了温湿度、气溶胶因素对氡室内补氡过程中产生的影响。为以后HD-6型氡室的补氡动态过程提供了实际数据参考和影响因素的分析。

关键词：氡室 氡及其子体浓度 温度 湿度 气溶胶 平衡 参数 检验

中图分类号：TP319；TL81 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0110-02

1 绪论

1.1 课题背景

在自然环境中，由地表土壤和岩石中的铀钍天然放射系所释放的放射性气体氡及其子体，通过跃迁方式向地表空气进行扩散。人体不慎吸入过多浓度的氡及其子体，核素在人体内会发生放射性衰变引起内照射，对人类健康产生很大威胁，世界卫生组织（WHO）早已将氡列为了19种主要的致癌物质之一[1]，氡及其子体引起的健康问题越来越受到重视。 地球自然条件环境里主要存在的氡同位素主要有两种分别为222Rn和220Rn。联合国原子辐射效应科学委员会（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation）2000年公布了年度报告[8]，显示当环境中处于相同浓度同位素氡及其子体时，在人身体内，220Rn及其子体在人体内因衰变而产生出来的射剂量要比222Rn及其子体的要多。另外，中国地表土壤和岩石中含有的核素232Th量是世界含量平均值的1.6倍，其衰变后的产物氡及其子体对我国公民的身体健康威胁不容忽视。

1.2 国内外的研究概况

目前，我国已有复旦大学、上海计量测试技术研究院、东华理工大学等多家研究机构建立氡测量环境—氡室，开展对氡浓度测量方法的有关研究。氡的测量方法现在可以分为两类：（1）主动瞬时测量法，是对氡及其子体进行采样以瞬间测量方式得出结果的一种方法。例如：使用闪烁室法或者双滤膜法对氡浓度进行瞬间测量的方法[2]；（2）被动累积测量法，是通过采累积测量方式对氡及其子体的自然扩散效应进行测量[3]。例如：使用固体核径迹探测方法对氡浓度进行累积测量的方法。

1.3 课题意义

氡室的补氡方式是以间歇式动态补氡方式进行的，氡室内以对流方式搅拌达到均匀的，这种动态补氡技术确保氡室内部的氡浓度得到很好的调空和稳定。由于温湿度、气溶胶、氡衰变平衡规律等客观因素是不可避免的，所以如何去分析各个因素在各个氡浓度范围内补氡过程产生的影响，将误差较大的补氡过程进行修正，是确保氡室标定测量和相关氡室内氡及其子体研究准确性的关键。

2 氡测量环境的建立

2.1 氡的性质

氡是一种放射性惰性气体，化学符号为Rn，原子序数为86，由于惰性气体化学性质不活泼，不容易与其他物质发生化学反应，氡气是地球自然界里密度最大的气体。氡同位素主要有3种，即222Rn（Radon）、220Rn（Thoron）、219Rn（Actinium emanation）。其中222Rn的半衰期为3.825d、220Rn的半衰期为55.65s、219Rn的半衰期为3.96 s。

2.2 氡室

氡室是一种为测氡仪器校准和进行氡及其子体测量相关实验提供稳定氡浓度环境的实验装置[4]，具有气密性良好、温湿度可调控的特点。氡室可以模拟不同温湿度参数下的自然环境，氡及其子体在氡室内呈现均匀分布。

氡室功能如下。

（1）氡及其子体探测器的校准检定。

（2）特殊类型仪器校准和性能测试。

（3）氡及其子体与气溶胶关联的分析研究。

（4）氡浓度与环境参数的自动测控。

（5）检定证书生成和数据分析。

标准氡室（简称氡室系统）主要由氡室箱体、氡浓度调控系统、温湿度调节控制系统、气溶胶发生装置系统、废气排放控制系统等构成[5]。如图1。

氡室箱体材料主要是以玻璃和不锈钢材质为主。由于固体物质对氡都具有一定的吸附作用，对氡室内氡浓度空间均匀分布产生不利影响，会使得氡浓度测量产生较大误差。而玻璃、不锈钢等材料对氡的吸附作用较小，玻璃透明，能够便于我们观察氡室内的变化情况，所以选用其作为箱体材料。在氡室箱体的搭建过程中，必须以确保箱体气密性为目的进行。

补氡监控系统。

氡室的氡源使用的是气流式固体氡源，氡源析出率大于99.5%。将固体氡源物质置入铝制容器内，加入过滤器和阀门装置，该氡源的稳定性较强[27]。安装辅助设备如：气泵、管路和气流量检测系统，对补氡和排氡进行准确控制，从而确保以恒定的氡发生率向氡室内进行补氡，以抵消氡室内因氡自身衰变和室壁结构所引起的泄漏率，在规定的时间内维持氡室内氡浓度的相对恒定状态。

补氡的起终控制是由氡室监控系统来控制的，监控系统主要是由德国Genitron 公司生产的Alpha Guard、北京核仪器厂生产的FD125氡钍分析仪。

氡探测器以及计算机、气泵控制箱构成的[6]。监控系统采用流气式循环测量方式，从室内取少量气体，经过探测室进行探测，再经气泵返回氡室内部，形成一种循环采样监控系统。

由于氡室内受空调和风机所产生的气流作用，使得室内的氡及其子体呈均匀分布，使得进入探测器内的氡及其子体浓度与室内浓度保持一致，这就确保了探测器所测量的氡浓度值能够正确反应现有氡室浓度。由于不同类型的氡探测器基于原理也有所不同。一边采用求取均值和共同测量比对方式，提高氡室内氡浓度的测量准确性。氡室采取10 min为时间单位作为测量时间刻度，对室内氡浓度进行24 h监控。endprint

3 氡室氡浓度的稳定技术

氡室是一种为测氡仪器提供稳定氡浓度环境的校正装置。其氡室内氡浓度的变化规律受氡自身衰变规律、箱体内部材料对氡的吸附量和箱体工艺而产生的泄漏等方面的影响[7]。因此氡室内的氡浓度不可能达到一个长期稳定的状态，需要对其进行稳定控制，将氡室内的氡浓度控制在一定的范围内。为了更好地控制氡室内氡浓度的稳定，首先要求我们对氡室内各个阶段氡浓度变化规律进行分析。

4 影响补氡过程中因素的理论分析

氡室内良好的气密性确保了其他外在过多因素的干扰，由于采取以控制时间因素的动态补氡方法，排除了测氡仪器的瞬时失真对整个补氡过程造成影响，所以其补氡过程中氡浓度实际变化规律主要是受到氡的衰变性和各种外在客观因数（如漏气、湿度波动、温度波动、气溶胶等）的干扰[7]。

4.1 放射平衡规律对补氡过程的影响

无论是首次补氡和间接性补氡方式，新补入的氡必然会改变原有氡室内氡与其子体的放射性衰变平衡关系，所以有必要对氡室补氡过程中，氡室内氡及其子体的放射性平衡关系进行研究。由于氡的三个同位素：222Rn的半衰期为3.825d、219Rn的半衰期为3.96s、220Rn的半衰期为55.65 s。由于222Rn的半衰期最长，当母体222Rn的半衰期比子体的半衰期要长很多，即T母>>T子（或λ母<<λ子），并且在观察时间内，看不出母体的放射性衰变情况，在一段时间以后（t>>7T子），子体的核数目和放射性活度达到饱和，并且母体和子体的放射性活度相等，从而达到长期放射平衡。

4.2 温度对补氡过程氡浓度的影响

氡在氡室空间中主要是以扩散和对流方式为主，氡的扩散运移主要是由于分子的热运动引起的。布朗运动是一种分子无规则的热运动的扩散方式，用扩散系数进行描述，扩散系数与温度成正比关系。

4.3 湿度、气溶胶对补氡过程氡浓度的影响

湿度对氡室补氡过程中氡浓度变化并没有任何的影响，只是会对其子体浓度产生较大影响，由于实际采用闪烁室型探测器对氡室内氡浓度进行测量，子体的浓度变化会严重影响采样气体中а粒子的贡献量，使得实际测量数据产生较大误差。氡子体218Po会与空气中的水分子发生吸附效应，对氡室进行补氡的过程中，由于风机在室内形成的气流搅拌作用，更使得氡子体218Po与空气中的水分子吸附效应增大。由于结合态子体在空气中的扩散系数大于未结合子体的扩散系数，使得进入闪烁室内的子体增多，导致α粒子贡献量变大，使得测量数值比实际理论数值偏大，造成误差。

5 结语

5.1 课题总结

终上所述，本论文基于氡室设备对氡室内各个浓度区域补氡过程进行数据分析，并对氡室内氡浓度的衰减和积累规律进行研究，补氡过程对氡室内的放射平衡关系进行实际测量数据分析，探究温湿度、气溶胶对补氡过程中所产生的相关影响。

参考文献

[1] Ethel S.Gilbert.氡暴露的健康效应[J].放射性医学核医学分册，1999，123（4）：174-176.

[2] 刘庆成，章晔，陈昌礼.空气中氡浓度的预测[J].物探与化探，1995（6）：425-429.

[3] ICRP.Lung Cancer Risk from Indoor Exposure to Radon Daughters.ICRP Publication 50.Oxford：Pergamon Press，1987.

[4] 潘自强.我国空气中氡及其短寿命子体产生的照射[J].辐射防护，2003，23（3）129-130.

[5] 周书民，汤彬，孙亚民.核电子学与探测技术[J].2005，25（6）：709-711.ZHOU Shumin，TANG Bin，SUN Yamin.Nucl Electron Detect Technol.2005，25（6）：709-711.

[6] 唐方东，何林锋，王振基，等.核电子学与探测技术[J].2009，29（2）：285-288.

[7] 刘觉夫，万骏，张锦由.氡室中氡量变化规律的数字模型[J].华东地质学院学报，1996（2）：148.

[8] 孔令丰，张春粦，潘萌，等.室内氡迁移转换规律及其防护措施[J].暨南大学学报，2002（1）：48-53.endprint

3 氡室氡浓度的稳定技术

氡室是一种为测氡仪器提供稳定氡浓度环境的校正装置。其氡室内氡浓度的变化规律受氡自身衰变规律、箱体内部材料对氡的吸附量和箱体工艺而产生的泄漏等方面的影响[7]。因此氡室内的氡浓度不可能达到一个长期稳定的状态，需要对其进行稳定控制，将氡室内的氡浓度控制在一定的范围内。为了更好地控制氡室内氡浓度的稳定，首先要求我们对氡室内各个阶段氡浓度变化规律进行分析。

4 影响补氡过程中因素的理论分析

氡室内良好的气密性确保了其他外在过多因素的干扰，由于采取以控制时间因素的动态补氡方法，排除了测氡仪器的瞬时失真对整个补氡过程造成影响，所以其补氡过程中氡浓度实际变化规律主要是受到氡的衰变性和各种外在客观因数（如漏气、湿度波动、温度波动、气溶胶等）的干扰[7]。

4.1 放射平衡规律对补氡过程的影响

无论是首次补氡和间接性补氡方式，新补入的氡必然会改变原有氡室内氡与其子体的放射性衰变平衡关系，所以有必要对氡室补氡过程中，氡室内氡及其子体的放射性平衡关系进行研究。由于氡的三个同位素：222Rn的半衰期为3.825d、219Rn的半衰期为3.96s、220Rn的半衰期为55.65 s。由于222Rn的半衰期最长，当母体222Rn的半衰期比子体的半衰期要长很多，即T母>>T子（或λ母<<λ子），并且在观察时间内，看不出母体的放射性衰变情况，在一段时间以后（t>>7T子），子体的核数目和放射性活度达到饱和，并且母体和子体的放射性活度相等，从而达到长期放射平衡。

4.2 温度对补氡过程氡浓度的影响

氡在氡室空间中主要是以扩散和对流方式为主，氡的扩散运移主要是由于分子的热运动引起的。布朗运动是一种分子无规则的热运动的扩散方式，用扩散系数进行描述，扩散系数与温度成正比关系。

4.3 湿度、气溶胶对补氡过程氡浓度的影响

湿度对氡室补氡过程中氡浓度变化并没有任何的影响，只是会对其子体浓度产生较大影响，由于实际采用闪烁室型探测器对氡室内氡浓度进行测量，子体的浓度变化会严重影响采样气体中а粒子的贡献量，使得实际测量数据产生较大误差。氡子体218Po会与空气中的水分子发生吸附效应，对氡室进行补氡的过程中，由于风机在室内形成的气流搅拌作用，更使得氡子体218Po与空气中的水分子吸附效应增大。由于结合态子体在空气中的扩散系数大于未结合子体的扩散系数，使得进入闪烁室内的子体增多，导致α粒子贡献量变大，使得测量数值比实际理论数值偏大，造成误差。

5 结语

5.1 课题总结

终上所述，本论文基于氡室设备对氡室内各个浓度区域补氡过程进行数据分析，并对氡室内氡浓度的衰减和积累规律进行研究，补氡过程对氡室内的放射平衡关系进行实际测量数据分析，探究温湿度、气溶胶对补氡过程中所产生的相关影响。

参考文献

[1] Ethel S.Gilbert.氡暴露的健康效应[J].放射性医学核医学分册，1999，123（4）：174-176.

[2] 刘庆成，章晔，陈昌礼.空气中氡浓度的预测[J].物探与化探，1995（6）：425-429.

[3] ICRP.Lung Cancer Risk from Indoor Exposure to Radon Daughters.ICRP Publication 50.Oxford：Pergamon Press，1987.

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[5] 周书民，汤彬，孙亚民.核电子学与探测技术[J].2005，25（6）：709-711.ZHOU Shumin，TANG Bin，SUN Yamin.Nucl Electron Detect Technol.2005，25（6）：709-711.

[6] 唐方东，何林锋，王振基，等.核电子学与探测技术[J].2009，29（2）：285-288.

[7] 刘觉夫，万骏，张锦由.氡室中氡量变化规律的数字模型[J].华东地质学院学报，1996（2）：148.

[8] 孔令丰，张春粦，潘萌，等.室内氡迁移转换规律及其防护措施[J].暨南大学学报，2002（1）：48-53.endprint

3 氡室氡浓度的稳定技术

氡室是一种为测氡仪器提供稳定氡浓度环境的校正装置。其氡室内氡浓度的变化规律受氡自身衰变规律、箱体内部材料对氡的吸附量和箱体工艺而产生的泄漏等方面的影响[7]。因此氡室内的氡浓度不可能达到一个长期稳定的状态，需要对其进行稳定控制，将氡室内的氡浓度控制在一定的范围内。为了更好地控制氡室内氡浓度的稳定，首先要求我们对氡室内各个阶段氡浓度变化规律进行分析。

4 影响补氡过程中因素的理论分析

氡室内良好的气密性确保了其他外在过多因素的干扰，由于采取以控制时间因素的动态补氡方法，排除了测氡仪器的瞬时失真对整个补氡过程造成影响，所以其补氡过程中氡浓度实际变化规律主要是受到氡的衰变性和各种外在客观因数（如漏气、湿度波动、温度波动、气溶胶等）的干扰[7]。

4.1 放射平衡规律对补氡过程的影响

无论是首次补氡和间接性补氡方式，新补入的氡必然会改变原有氡室内氡与其子体的放射性衰变平衡关系，所以有必要对氡室补氡过程中，氡室内氡及其子体的放射性平衡关系进行研究。由于氡的三个同位素：222Rn的半衰期为3.825d、219Rn的半衰期为3.96s、220Rn的半衰期为55.65 s。由于222Rn的半衰期最长，当母体222Rn的半衰期比子体的半衰期要长很多，即T母>>T子（或λ母<<λ子），并且在观察时间内，看不出母体的放射性衰变情况，在一段时间以后（t>>7T子），子体的核数目和放射性活度达到饱和，并且母体和子体的放射性活度相等，从而达到长期放射平衡。

4.2 温度对补氡过程氡浓度的影响

氡在氡室空间中主要是以扩散和对流方式为主，氡的扩散运移主要是由于分子的热运动引起的。布朗运动是一种分子无规则的热运动的扩散方式，用扩散系数进行描述，扩散系数与温度成正比关系。

4.3 湿度、气溶胶对补氡过程氡浓度的影响

湿度对氡室补氡过程中氡浓度变化并没有任何的影响，只是会对其子体浓度产生较大影响，由于实际采用闪烁室型探测器对氡室内氡浓度进行测量，子体的浓度变化会严重影响采样气体中а粒子的贡献量，使得实际测量数据产生较大误差。氡子体218Po会与空气中的水分子发生吸附效应，对氡室进行补氡的过程中，由于风机在室内形成的气流搅拌作用，更使得氡子体218Po与空气中的水分子吸附效应增大。由于结合态子体在空气中的扩散系数大于未结合子体的扩散系数，使得进入闪烁室内的子体增多，导致α粒子贡献量变大，使得测量数值比实际理论数值偏大，造成误差。

5 结语

5.1 课题总结

终上所述，本论文基于氡室设备对氡室内各个浓度区域补氡过程进行数据分析，并对氡室内氡浓度的衰减和积累规律进行研究，补氡过程对氡室内的放射平衡关系进行实际测量数据分析，探究温湿度、气溶胶对补氡过程中所产生的相关影响。

参考文献

[1] Ethel S.Gilbert.氡暴露的健康效应[J].放射性医学核医学分册，1999，123（4）：174-176.

[2] 刘庆成，章晔，陈昌礼.空气中氡浓度的预测[J].物探与化探，1995（6）：425-429.

[3] ICRP.Lung Cancer Risk from Indoor Exposure to Radon Daughters.ICRP Publication 50.Oxford：Pergamon Press，1987.

[4] 潘自强.我国空气中氡及其短寿命子体产生的照射[J].辐射防护，2003，23（3）129-130.

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[7] 刘觉夫，万骏，张锦由.氡室中氡量变化规律的数字模型[J].华东地质学院学报，1996（2）：148.

[8] 孔令丰，张春粦，潘萌，等.室内氡迁移转换规律及其防护措施[J].暨南大学学报，2002（1）：48-53.endprint