室內空氣氡檢測技術進展

趙寅超，任向紅，曾逸智，張 雷

（1.火箭軍工程大學，陜西西安 710025；2.96766部隊，河南信陽 464000）

據統計，人類一生中有2/3以上的時間都在室內度過，因建筑選址和建筑材料選擇等因素，室內空氣污染物氡濃度也不相同。氣態氡會衰變為固態釙直至成為穩定的鉛，每次衰變過程都會產生α、β或γ輻射，給環境帶來危害[1]。由于氡具有放射性影響人們身體健康，因此必須重視室內空氣中氡的危害。

1 室內氡的來源及危害

1.1 室內氡的來源

UNSCEAR 2000年報告表明，室內空氣氡主要有4個來源，其中建筑物地基及周邊土壤占比60.4%，建筑材料占比19.5%，室外空氣占比17.8%，用水、燃料等占比2.3%[2]。

（1）建筑物地基

地層深處的土壤和巖石含有的鈾、鐳、釷等放射性元素，氡是由鈾、鐳、釷衰變而形成的氣體產物。不同巖石材質的鈾含量差異較大，從高到低依次為花崗巖、頁巖、石灰巖和砂巖[3]。建筑物地基釋放的氡通過地層裂隙和管線縫隙滲透進入室內，因此不同材質的建筑物地基及周邊土壤對氡的釋放能力存在一定的差異，在未經處理的土壤地基上建造的建筑物內氡濃度一般較高[4]。

（2）建筑材料

建筑材料廣泛使用巖石、礦石、土壤及木材等作為原材料，這些原材料含有鐳、鈾、釷等放射性核素差異較大，其中花崗巖、黏土磚、工業廢渣等材料放射性核素含量較高，木制品、金屬、水泥等材料放射性核素含量較低。因此使用不同建筑材料的建筑物室內氡濃度相差較大，以磚木、竹木為主結構的建筑中，室內空氣中氡濃度一般不大于50Bq/m3，而煤渣磚房和大量使用花崗巖為裝飾材料的建筑中室內空氣中氡濃度通常超過250Bq/m3[5]。

（3）室外空氣

室外空氣中的氡濃度很低，但是通過空氣交換進入室內后會大量積聚。國外有研究表明，在室內外空氣交換率正常的情況下，室內外氡濃度呈線性關系。

（4）生活用水

氡在水中具有一定的溶解度，當水中氡溢出時就會造成空氣污染。一般來說，地下水中氡濃度高于地表水，位于鈾礦和油氣田附近的地下水氡濃度更高。研究表明，天然溫泉等地熱水中氡含量較高，遼寧湯河地熱水中的氡濃度高達2 720Bq/m3，陜西華清池地熱水的氡濃度也有1 461Bq/m3[6]。

（5）燃料

室內燃料常見的有煤炭、天然氣及液化石油氣等，這些燃料中含有不同濃度的鈾和鐳。例如天然氣中濃度可高達50kBq/m3，當燃料燃燒時其中的氡會全部釋放到室內空氣中。

1.2 室內氡的危害

氡對人體的危害可分為體外輻射和體內輻射。體外輻射是指人長期暴露在高水平氡環境下，氡及其氡子體衰變發出放射性射線，少量輻射可能引起皮膚干燥、脫發等病理改變，輻射嚴重時還會誘發皮膚癌、白血病等疾病[7]。體內輻射是指人將放射性氣體氡通過呼吸系統吸入體內進入肺部，氡及其子體衰變產生的α射線會破壞肺部細胞中的核酸等物質，從而引發患肺癌的可能性。國際癌癥研究中心已確認，氡是肺癌的重要誘因之一[8]。

氡具有不可揮發的特性，室內空氣中的氡并不會因為時間的增加而減少。為了減少室內氡及其子體對人體的危害，20世紀90年代末我國先后出臺了相應標準，對各建筑主體內的氡水平制訂了濃度限值，并不斷提高標準值（表1），例如GB/T 18883—2020《室內空氣質量標準》[9]相較于2002版，將年平均限值要求由400Bq/m3降為300Bq/m3。

表1 空氣中氡濃度的控制標準

2 氡濃度測量方法

隨著人們生活水平的提高，普通居民對室內空氣質量要求也隨之提升，對于室內空氣中氡檢測目前主要有徑跡蝕刻法、活性炭盒法等[10]。

2.1 徑跡蝕刻法

徑跡蝕刻法是將徑跡蝕刻探測器置于采樣盒內，氡氣擴散進入盒內衰變產生α粒子對盒內的徑跡片轟擊，使徑跡片上產生亞微觀型損傷徑跡，再經過化學蝕刻、放大計數得到徑跡密度，通過刻度系數可以根據徑跡密度得到氡濃度。

徑跡蝕刻法適合長期大面積測量，可獲得空氣中氡濃度的平均值。采樣盒具有攜帶方便、價格低廉的優點，缺點是需要累積采樣故測量結果無法現場得到且只能取平均值，同時在氡濃度水平較低時測量結果有較大的離散度。

2.2 活性炭盒法

活性炭盒法采樣器一般由塑料或金屬制成的采樣盒內裝活性炭組成，采樣盒的開口表面用濾膜密封，濾膜用來固定活性炭、過濾氡子體，使氡順利進入采樣盒。測量點空氣中的氡通過擴散進入采樣盒，被盒內活性炭吸附，隨著時間增加氡子體會沉積在盒內。用γ譜儀對采樣盒內氡子體進行測量，通過特征峰強度可以計算出氡濃度。采用活性炭盒法原理測量設備有HD-2001低本底多道γ能譜儀、CIT-2000F便攜式γ能譜儀。

活性炭盒法適合短期大面積測量，獲得空氣中氡濃度的平均值。具有操作方便、價格低廉、結果可靠性強的優點，缺點是測量結果受溫度和濕度影響較大，只能得到平均水平，對于變化環境的氡濃度只能做半定量的測量，要通過可靠的修正方法對測量結果進行修正。

2.3 駐極體法

駐極體法測量原理是利用駐極體形成靜電場，對氡衰變產生的帶電粒子進行收集。通過駐極體表面電壓的改變值來計算氡濃度。采用駐極體法原理測量設備有E-PERM測氡儀。

駐極體法適合長期大面積測量，獲得空氣中氡濃度的平均值，其優缺點與徑跡蝕刻法相似。

2.4 脈沖電離室法

脈沖電離室法測量原理是利用α粒子的空氣電離能力，電極收集α粒子產生的電子和正離子，通過收集電極上的電壓或電流脈沖數來計算氡濃度。采用脈沖電離室法原理測量設備有HS05C測氡儀、AlphaGUARDP2000測氡儀。

脈沖電離室法適合快速獲得空氣中氡濃度值，適用于居民所住房屋的篩查等。該方法具有較高的靈敏度，測量結果可在現場獲得，也適用于記錄長時間周期內氡濃度變化情況，缺點是價格較高，在測量前需要對操作人員進行培訓，對氣壓敏感，長時間測量要依賴電力保障，且無法辨別氡釷射氣。

2.5 靜電收集法

靜電收集法是將干燥過的空氣通過濾膜進入半球形或圓柱形的采樣室，利用靜電場將氡衰變產生新子體218Po收集到探測器表面，再使用采樣室內的α能譜探測器對218Po衰變產生α粒子進行測量計數來得到氡濃度。采用靜電收集法原理測量設備有RAD-7氡氣檢測儀、HS01型環境測氡儀。

靜電收集法優點與脈沖電離室法相似，缺點是價格較高，長時間測量要依賴電力保障，且收集效率易受濕度影響。

2.6 閃爍瓶法

閃爍瓶法是將測量點的空氣抽入閃爍瓶中，閃爍瓶內壁涂有ZnS（Ag）涂層，氡及其子體發射的α粒子使涂層發光。光電倍增管將涂層上的光信號轉換成電脈沖信號，根據脈沖計數率得到測量點空氣中氡濃度。采用閃爍瓶法原理測量設備有FD-216環境氡測量儀。

閃爍瓶法適用于建筑竣工檢測，該方法具有較高的靈敏度，測量結果可在現場獲得，也適用于記錄長時間周期內氡濃度變化情況，缺點是測量結果易受氣壓變化影響且誤差較大，閃爍瓶存在本底清潔困難問題。

2.7 雙濾膜法

雙濾膜法是使用兩層濾膜來對氡子體進行過濾，第一層濾膜過濾測量點的空氣使進入衰變筒的空氣中不含氡子體僅含純氡，第二層濾膜過濾收集衰變筒內新生的氡子體，通過測量第二層濾膜上α放射性得到氡濃度。采用雙濾膜法原理的測量設備有FT-648型測氡儀。

雙濾膜法可快速獲得空氣中氡濃度值，具有較高的靈敏度，缺點是裝置偏重，測量前需要對操作人員進行培訓，同時在測量時需注意濾膜接口漏氣問題。

2.8 氣球法

氣球法的測量原理與雙濾膜法相似，使用氣球代替雙濾膜法中的衰變簡。但氣球法更為方便，搭配使用便攜式α射線測量儀可以在現場完成取樣并得到測量結果。氣球法用于室內空氣氡的檢測時，采用便攜式α射線測量儀器進行測量，不受環境及電源限制，適用于快速檢測。該方法具有較高的靈敏度，可以現場得到測量結果，缺點與雙濾膜法相似。

3 測量方法對比

不同測量方法采樣技術對比見表2。

表2 不同測量方法采樣技術對比

從表2可以看出，氡的檢測方法根據采樣時間長短不同，分為累積測量、連續測量和瞬時測量；根據采樣動力方式的不同，分為主動式測量和被動式測量。適用于室內空氣中氡的測量方法采樣技術具有各自的優缺點和適用場景：累積測量采樣時間均超過2d且為被動式測量，故此類型的徑跡蝕刻法、活性炭盒法測量時無法現場給出結果，但可以測量一段時間的氡濃度平均值。脈沖電離室法、靜電收集法和閃爍瓶法可以現場得到結果但測量誤差較大，在實際使用中三者也有區別，采用靜電收集法的HS01測氡儀響應時間和恢復時間快于采用電離室法的HS05C測氡儀和采用閃爍瓶法的FD-216測氡儀[11]。相較于累積測量和連續測量少則幾天長則數月的采樣時間，瞬時測量的雙濾膜法和氣球法可以在1h內檢測出氡濃度，操作簡便快速且不受測量場地的影響。

4 結語

室內空氣中氡濃度對人們身體健康有著深遠的影響，因此必須重視室內空氣中氡的危害。目前室內空氣氡檢測方法有徑跡蝕刻法、活性炭盒法、駐極體法、脈沖電離室法、靜電收集法、閃爍瓶法、雙濾膜法、氣球法，在測量方法選擇上要從檢測目的出發，根據檢測環境、檢測時間和檢測精度的不同選用適當的檢測方法，準確檢測建筑物室內空氣中的氡濃度。