土壤氡析出率與土壤氡濃度協同變化規律研究

高智剛，王 晨，楊 雄

（中國地震局第二監測中心，陜西 西安710054）

氡是大氣環境中的有害放射性元素。222Rn產生于238U衰變系列，半衰期相對較長（3.8天），因此比220Rn更容易從土壤或巖石中析出并進入到大氣環境中。環境中的氡，主要來自大地，包括巖石、土壤、各種建筑物，其中土壤氡是環境氡的主要來源。放射性氣體氡對人的危害主要是通過它本身及其子體衰變α粒子的輻射作用來破壞人體的器官和組織，從而導致肺癌的發生，已經被世界衛生組織列入19種致癌物質之一。氡從含鐳土壤顆粒中衰變產生之后，通過析出作用由地表進入大氣，因此研究土壤氡濃度及其析出率變化規律以及影響因素有重要意義。

1 土壤氡濃度和析出率的測量方法

1.1 氡濃度的測量方法

1.1.1 儀器工作原理（見圖1）

圖1 RAD-7測氡儀工作原理

1.1.2 測量步驟

（1）儀器準備

連接除塵器、干燥管，打開打印機，確保整個連接密封。檢測工作開始前要先確保測氡儀的電量充足；抽氣裝置的氣密性符合規定；確保測氡儀操作臺和抽氣裝置之間的數據連接正常；并且定期對儀器進行校準、檢定以及期間核查。

（2）測量方法

在每個測量點，采用專用鋼釬打孔，孔徑宜為20～40mm，孔的深度宜為500～800mm。

成孔后，應使用頭部有氣孔的特制取樣器，插入打好的孔中，取樣器在靠近地表處應密封，避免大氣滲入孔中，然后進行抽氣。根據測氡儀的操作說明，設置合理的檢測參數，通過一系列不同抽氣次數實驗確定最佳抽氣次數，然后逐點測量土壤中的氡濃度值，并及時做好現場記錄。密封性也會對析出率值產生影響。因為當密封性不好時，析出的氣體會和空氣混合，導致氡濃度的降低，也使氡析出率偏低。

實驗測量之前要對RAD-7儀器進行凈化（purge），然后設置模式，采樣時間，測量氡的采樣時間為3min，并選擇是否需要Thorn值。設置RAD-7測氡儀的取樣周期為3min，循環次數為2次，測量模式為sniff，泵運行模式為Auto，然后開始測量。在實驗測量中，要一直關注干燥劑的變化，一方面它需要確保濕度低于10%（提高檢測結果的準確度）；另一方面，主要原因可能是干燥空氣中的氡的子體易被電場作用而富集，而潮濕的空氣帶有很多細小的水珠，帶電的氡的子體容易附著在水珠上并形成越來越大的水珠。在相同電場力的作用下，大的水珠運動速度必然變慢，在相同的時間里被富集到富集片上的氡定會明顯減少。

（3）數據處理

連接RAD-7與計算機，打開CAPTURE軟件，導出數據，進行處理。

1.2 氡析出率測量方法

1.2.1 儀器工作原理

進入采樣室內的氡子體，主要是218Po，該子體在電場的作用下被收集，通過探測器收集218Po衰變產生的α粒子，采集α譜后分解出218Po的貢獻，從而確定所測的氡濃度。積累室內氡濃度隨時間增加的曲線如圖2。

圖2 計算氡析出率時的線性擬合方法

1.2.2 測量步驟

（1）儀器準備

實驗測量之前要對ERS-2儀器進行性能檢查，檢查儀器的各個參數設置，調整儀器時間日期，測量模式為擴散模式。并設置采樣時間為10min，累積測量時間為1h。

（2）測量方法

先對儀器加高壓，進行本底測量。同時清掃整理測量點地面，去除小石頭、樹葉雜草等。在本底測量快結束的時候（9min左右），打開氡氣收集室并塞入橡膠圈，然后放置在測點地面上，用泥土進行密封，并澆一定量的水，防止漏氣。開始進行測量，記錄起止時間和周期（circle）。

（3）數據處理

連接ERS-2與計算機，通過超級終端讀取本次測量起始周期與終止周期之間的數據，保存成文本文檔。打開儀器的數據處理軟件，讀入數據，用線性擬合方式，記錄軟件給出的氡析出率值。

2 實測結果及分析

2.1 土壤氡濃度實測結果

在實驗時間中，每次測量開始時間和結束時間都相差不多，上午10時到下午4時30分左右，可以減少因為測量時間段不同造成的影響。選擇3min循環，并選擇Thorn值。確保濕度小于等于10%，實際測量時孔深80cm，土壤氡濃度值見圖3。

圖3 各天土壤氡濃度值圖

由圖3可知，該測點土壤氡濃度值高，所以作者對土壤氡濃度值求平均，得到平均值為20476Bq/m3，遠遠高于全國144個城市土壤氡濃度平均值7300Bq/m3。在進行土壤氡濃度測量時，由于干燥劑的原因，造成濕度一度大于10%，氡濃度也因此異常的大。

2.2 氡析出率實測結果

在實驗時間中，每次測量開始時間和結束時間都差不多，上午是10時-11時，下午是2時-3時，可以減少因為測量時間段不同造成的影響。由于使用的儀器ERS-2自身的限制，每天只能測2個數值，因為它的原理是對α粒子輻射的累積，所以每次測完都需要進行排氣，且排氣時間大于1h，才可以開始下一次測量。見圖4。

圖4 氡析出率值變化示意圖

2.3 土壤氡濃度與氡析出率的關系

因為ERS-2采樣時間是1h，而RAD-7的采樣時間是3min一次，1h內就有20個數，所以想研究土壤氡濃度和氡析出率的關系，對氡析出率取樣時間，取對應時間的土壤氡濃度值的平均值，這樣每天就得到2個有效觀測數據（上午1個，下午1個）。見圖5。

圖5 土壤氡濃度和氡析出率的關系

3 結論

（1）在此次實驗過程中，研究土壤氡濃度和氡析出率協同變化規律，作者選擇在同一測點進行，可以排除某些土壤固有性質，如土壤顆粒大小、鐳含量，土壤溫度，土壤濕度，土壤壓力等對析出率的影響，從而較好地研究氣象因素對土壤氡析出率的影響規律；選擇用RAD-7測量土壤氡濃度也是合適的，測量精度較好，操作簡單；選擇用ERS-2測量土壤氡析出率也是合適的，所以實驗數據是可靠的，方法是適用的。

（2）土壤氡濃度與氡析出率有正相關關系。