土壤氡濃度測量方法原理

【摘要】本文介紹了放射性氣體氡的性質、危害及其測量方法原理進行了詳盡的介紹，提出了異常解釋工作的看法和體會。

【關鍵詞】放射性 土壤氡濃度 FD-3017

0、前 言

氡是由鐳衰變產生的一種無色無味的放射性惰性氣體，是WHO（世界衛生組織）公布為19種主要環境致癌物之一，且被國際癌癥研究機構列入室內主要致癌物。在含氡的環境中，人體呼吸時氡氣及其子體隨氣流進入肺臟，氡子體衰變時放出α射線，這種射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細胞，使肺細胞受損，從而大大增加患肺癌的可能性。醫學研究已經證實，氡氣還可能引起白血病、不孕不育、胎兒畸形、基因畸形遺傳等后果。氡氣污染在肺癌誘因中僅次于吸煙排在第二位，美國每年因此死亡的人數達5000人至20000人，我國每年也有50000人因為氡氣及其子體致肺癌而死亡。因此，土壤中氡濃度的分布與遷移規律的研究對室內氡以及環境氡的研究具有重要意義。本文主要對氡氣的性質、工程中土壤氡濃度測量的方法原理進行介紹。

1、氡氣的性質

凡是具有放射性的核元素稱為放射性核素，放射性核素分為天然放射性核素和人工放射性核素兩種。天然放射性核素是指在自然界中存在的放射性核素，地球上到處都存在著天然放射性核素，人工放射性核素是指通過人工核反應生成的放射性核素。天然放射性核素的種類很多，分布很廣（巖石、土壤、天然水、大氣、及動植物體內）都含有天然放射性核素。

氡共有27種同位素，最重要的有三種，氡219，半衰期4秒，從它產生的地點到人類呼吸之前就衰變完了；氡220，半衰期55.6秒，在特定的環境下才有一定衛生學意義，氡222，半衰期為3.82天，是我們通常所說的污染物，其衰變過程產生一系列新的放射性核素，并釋放出三種射線，我們習慣上把這些新生的放射性核素稱為氡子體，氡子體分為短壽命性子體和長壽命性子體，吸入氡對人體產生的危害主要是氡的短壽命性子體。

氡及其子體對人體健康產生的危害主要是氡222衰變后產生的218Po和214Po，對人類產生的照射劑量占天然輻射總劑量的50%，這些放射衰變產物粘附在可吸入顆粒物上，隨呼吸進入人體并沉積在肺部。

2、土壤氡濃度測量的方法原理

2.1 土壤氡濃度測量的幾種方法

土壤中氡濃度測量的方法都建立在氡及其子體性質的基礎上。主要分為微分（瞬時）氡測量和積分（累積）測量。氡的瞬時測量方法，包括金箔靜電計法和靜電計電離室法以及硫化鋅閃爍室法，“RnA”測量法和活性炭抽氣吸附測量法等；氡的積分測量法，包括徑跡蝕刻法、熱釋光法、活性炭吸附法、液體閃爍法、α聚集器（統稱Po-218法）等等；

2.2儀器測量原理

目前常用的測量儀器為FD-3017型測氡儀，測量基本誤差小于10%。

FD-3017型測氡儀采用微分“RnA”法測量，其性能、原理如下：

FD-3017型測氡儀極限探測靈敏度小于0.1愛曼；探測效率η2π=53.33%（239Pu α源）；換算系數J土= 0.158BqL-1/（脈沖計數）；抽氣泵密封性：在700mm泵柱時，漏氣速率<20mmHg/min；金硅面壘型半導體探測器直徑為26mm，面積為531mm2。

FD-3017型測氡儀是用抽氣泵抽取地下60cm-80cm的氣體1.5L，當氡射氣經干燥器被抽入筒內后，隨即開始衰變，并產生新的子體—RaA，它在初始形成的瞬間是帶正電的離子，儀器利用離子的帶電特性，采用電場的方式進行收集，使RaA離子在電場的作用下被濃集在帶負高壓的金屬收集片上，在經過2分鐘的高壓收集后，取出金屬片放入到操作臺探測器內測量α的放射性，其強度與氡濃度值成正比。

CRn=J*NaRaA

式中：CRn—氡濃度（愛曼）

NaRaA—RaA的α的計數

J—換算系數（愛曼/脈沖），由標定確定。

儀器對α放射性的測量是采用金硅面壘半導體探測器，它具有較高的靈敏度和高分辨率，當α射線進入到探測器的靈敏層后，將產生電子—空穴對，并在電場作用下向兩極運動，形成脈沖電流，在負載電阻R上產生電壓脈沖，經電荷靈敏放大器及主放大器放大后，送入單道脈沖幅度甄別器，最后進入計數電路，在液晶屏上顯示出來。

2.3 野外工作方法

測量工作一般應選擇測前24小時晴好的天氣。

（1）.準備工作。首先進行儀器的例行檢查，包括儀器密封性是否良好，電池電壓值和校驗信號是否正常，閥值旋鈕刻度是否在原位，干燥劑是否可用。然后進行測量；

（2）.打孔。打孔深度為80-100cm（如遇建筑垃圾或硬化地帶，測量前，采用電鉆打孔，剔除測量點的硬化表層，然后再用取樣器在原狀土層中取氣）。

（3）.取氣。取樣器插入打好的孔內時，取樣器在靠近地表部位應進行密閉，避免大氣滲入孔中，保證取氣深度為60-80cm，然后將土壤中的氣體抽入抽筒內。

（4）.采樣。啟動高壓使收集片在高壓狀態下，通過靜電吸附方法把氡子體收集到收集片上，FD-3017測氡儀加壓采樣時間為2分鐘， HDC高靈敏度環境測氡儀加壓采樣時間為3分鐘。

（5）.測量。將收集有氡子體的收集片放到測量儀器內進行測量，FD-3017測氡儀測量時間為2分鐘，HDC高靈敏度環境測氡儀測測量時間為3分鐘。

（6）.記錄。記錄儀器讀數，經換算即可得出土壤的氡濃度值。

（7）.更換收集片，進行下一測點的測量。

（8）.全部測點測量完畢后，進行檢查點測量。

最后進行內業數據處理，提交結論報告。

3、異常的解釋工作

氡的性質中包括化學的、物理的、輻射的以及吸附、溶解和產熱的，所以要應用這些性質來解決我們的土壤氡濃度問題。

（1）.氡的溶解性：氡能以不同的速度溶解與不同的液體中，其中顯著的溶解在各種油脂和煤油中。氡在液體中的溶解速度隨著溫度的增高而降低，但當其達到飽和極限時，氡的溶解速度變慢。所以在野外測量的過程中要注意避開有水的地方。

（2）.固體物質對氡的吸附：物質均不同程度地具有吸附氡的特性，所以要詳細觀察測區測點附近是不是有強吸附作用的物質存在。

（3）.氡的消散：氡的消散是大氣中存在氡的原因，因為氡通過大地表面向大氣中釋放。所以氡含量的測量要考慮氡氣消散的影響；通常氡的消散與介質中的鐳的含量、射氣系數、孔隙度，以及決定土壤與大氣之間氣體交換的氣象因素都有關系。

只有清晰的知道我們所測量出來的氡濃度為什么高、為什么低，排除各種影響，權衡各個方面才能正確的判斷工程中土壤的平均氡濃度水平。

現場所采集的數據經處理后，必須將所測數據結合現場場地實際地形、地質記錄并參考巖土工程勘察報告進行綜合分析來說明測量中出現的高值和低值。最后根據場地的土壤的平均氡濃度水平結合地區非地質斷裂帶的平均氡濃度水平判斷該場地氡濃度是否超標。

參考文獻

《氡測量及實用數據》 吳慧山，梁樹紅等編著，北京：原子能出版社，2001年11月

《核技術勘查》 吳慧山，蔣永一，趙樹新等編著，北京：原子能院出版社，1998

《氡及其子體測量規范》 中華人民共和國核行業標準EJ/T 605-91，1991年10月

《民用建筑工程室內環境污染控制規范》中華人民共和國國家標準（GB50325-2001）（2006版）

《民用建筑工程室內環境污染控制規程》 北京市工程建設標準（DBJ01-91-2004）