阳江天然高本底辐射地区空气中氡、(<img src="PIC/zgfsws-11-2-65-M1.jpg"/>)及其子体致居民的剂量估算

引用本文

袁镛龄, 森岛弥重, 沈泓, 古贺妙子, 魏履新, 菅原努. 阳江天然高本底辐射地区空气中氡、(

)及其子体致居民的剂量估算[J]. 中国辐射卫生, 2002, 11(2): 65-68. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2002.02.002.

YUAN Yong-ling, Morishima H., SHEN Hong, et al. Estimation of Doses to the Residents Arising from Inhalation of Rn-222, Rn-220 and Their Decay Products in High Background Radiation Area of Yangjiang[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2002, 11(2): 65-68. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2002.02.002.

基金项目

国家科委科技攻关项目(75-19-01-01)

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收稿日期：2001-09-21

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阳江天然高本底辐射地区空气中氡、(

)及其子体致居民的剂量估算

袁镛龄 ¹, 森岛弥重 ², 沈泓 ², 古贺妙子 ¹, 魏履新 ³, 菅原努 ⁴

1. 湖南省劳动卫生职业病防治研究所, 湖南长沙 410007;
2. 日本近畿大学原子研究所;
3. 卫生部工业卫生实验所;
4. 日本体质研究会

收稿日期：2001-09-21

基金项目：国家科委科技攻关项目(75-19-01-01)

作者简介：袁镛龄(1940~), 男, 浙江省人, 研究员, 研究方向:放射剂量与防护.

摘要：目的为了估算阳江天然高本底辐射地区空气中氡、(

)及其衰变子体所致居民的平均年有效剂量和某些人体组织或器官的吸收剂量。方法采用瞬间采样法, 同时测量阳江天然高本底辐射地区(HBRA)和相邻的正常本底对照地区(CA)空气中氡、(

)及其衰变子体浓度, 计算出调查地区的氡平衡因子F和(

)平衡当量浓度。根据调查地区空气中累积测量氡, (

)浓度; 氡平衡因子F和(

)平衡当量浓度; 人员的居留因子, 估算了居民的平均年有效剂量和某些人体组织或器官的吸收剂量。结果 HBRA室内、外空气中氡浓度分别是49.61 Bq·m^-3和17.30 Bq·m^-3, CA是18.1 Bq·m^-3和11.7 Bq·m^-3; HBRA室内、外(

)浓度分别是95.16 Bq·m^-3和9.3 Bq·m^-3, CA是12.4 Bq·m^-3和8.1 Bq·m^-3。HBRA室内、外氡的平衡因子F分别是0.46和0.53, CA分别是0.62和0.63。HBRA室内、外空气中(

)平衡当量浓度分别是6.51 Bq·m^-3和0.79 Bq·m^-3, CA室内、外分别是0.66 Bq·m^-3和0.33 Bq·m^-3。结论氡、(

)及其衰变子体所致HBRA和CA居民的平均有效剂量分别是3.28 mSv·a^-1和1.03mSv·a^-1。HBRA的居民支气管上皮组织和肺的吸收剂量分别为5.40 mGy·a^-1和1.08 mGy·a^-1, 它们的吸收剂量分别约是CA的4倍。(

)和它的衰变子体致HBRA居民的平均有效剂量是1.75 mSv·a^-1, 它们是所调查的高本底辐射地区内照射剂量主要来源之一。

关键词：氡、(

)浓度平衡因子F 平衡当量浓度有效剂量吸收剂量

Estimation of Doses to the Residents Arising from Inhalation of Rn-222, Rn-220 and Their Decay Products in High Background Radiation Area of Yangjiang

YUAN Yong-ling ¹, Morishima H. ², SHEN Hong ² , et al

Labor Hygiene Institute of Hunan province, Changsha 410007, China

Abstract: Objective This paper reports on the estimate of average annual effective dose of the residents and absorbed dose in some human tissues and organs arising from inhalation of Rn-222, Rn-220 and their decay products in investigated areas. Methods In order to calculate equilibrium factor F for Rn-222 and equilibrium equivalent concentration of Rn-220, we measure concentration of Rn-222 and Rn-220 by discrete sampling.Meanwhile, we measure the concentration of decay products of Rn-222 and Rn-220.Based on the equilibrium factor F of Rn-222 and equilibrium equivalent concentration of Rn-220, and the occupancy factor, writer estimated average annual effective doses and absorbed doses in some tissues and organs to the residents arising from inhalation of Rn-222, Rn-220 and their decay products in investigated areas. Results The data based upon the results of integrated measurements on the concentration of Rn-222 and Rn-220 in investigated areas.The average indoor and outdoor concentrations of Rn-222 are 49.61 Bq·m^-3 and 17.30 Bq·m^-3 in HBRA, respectively, and 18.1 and 11.7 Bq·m^-3 in CA, respectively.The average indoor and outdoor concentrations of Rn-220 are 95.16 Bq·m^-3 and 9.3 Bq·m^-3 in HBRA, respectively, and 12.4 and 8.1 Bq·m^-3 in CA, respectively.The averages of equilibrium factors of Rn-222 for indoors and outdoors in HBRA are 0.46 and 0.53, respectively.The values in CA are 0.62 for indoors and 0.63 for outdoors, respectively.The value of equilibrium equivalent concentration of Rn-220 for indoors and outdoors in HBRA are 6.51 Bq·m^-3 and 0.79 Bq·m^-3, respectively, and the values for CA are 0.66 Bq·m^-3 and 0.33 Bq·m^-3, respectively. Conclusion The estimate of average annual effective dose to the residents arising from inhalation of Rn-222, Rn-220 and their decay products was 3.28 mSv·a^-1 in HBRA, while that in CA was 1.03 mSv·a^-1.The trachea-bronchial tree has the maximum absorbed dose in HBRA, the value is 5.40 mGy·a^-1; lung has the second absorbed dose, the value is 1.08 mGy·a^-1.These two values are about 4.0 times in CA.The estimate of average annual effective dose to the residents arising from inhalation of Rn-220 and its decay products was 1.75 mSv·a^-1 in HBRA.We noted that Rn-220 and its decay products are very important component of effective dose for the inhabitants living in the HBRA.

Key words: Concentrations of Rn-222 and Rn-220 Equilibrium Factor F Equilibrium Equivalent Concentration Effective Dose Absorbed Dose

以往的调查资料表明:阳江天然高本底辐射地区空气中氡、及其衰变子体所致居民的平均年有效剂量, 大大高于对照地区居民所接受的剂量^[1]。但这些调查已过去了二十多年, 测量资料需要改进和补充。因此, 我们在中、日合作进行的天然高本底辐射流行病学研究剂量调查中, 采用α径迹蚀刻法累积测量空气中氡、浓度; 瞬时采样法, 同时测量空气中氡、及其衰变子体浓度, 计算出调查地区的氡平衡因子F和平衡当量浓度; 根据调查地区累积测量的空气中氡、浓度, 氡平衡因子F和平衡当量浓度; 人员的居留因子, 重新估算了氡、及其衰变子体所致居民的平均年有效剂量和某些人体组织或器官的吸收剂量。

1 氡平衡因子F和

平衡当量浓度

为了能测得所调查地区的空气中氡平衡因子F和平衡当量浓度, 需同时测量空气中氡、浓度和它们的衰变子体α潜能浓度。我们采用同时瞬间取样, 用双滤膜法测得空气中氡、浓度^[2], 与此同时, 用托马斯的三段法测量氡子体浓度^[3], 用五段法测量子体浓度^[4]。根据下列公式可计算出氡、子体的α潜能浓度。

式中:Cp(Rn)为氡子体的α潜能值, 单位为10^-4 μJm^-3; Cp(Tn)为子体的α潜能值, 单位为10^-4 μJm^-3; C(RaA)、C(RaB)、C(RaC)、C(ThB)和C(ThC)分别为空气中²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi、²¹²Pb和²¹²Bi的放射性浓度, 单位为Bq/m³。

采用瞬间取样, 同时测得的空气中氡、浓度, 氡子体α潜能值和子体浓度, 分别列于表 1和表 2。

表 1 瞬间取样测得调查地区空气中氡、

浓度

表 2 调查地区空气中氡子体α潜能浓度和

子体浓度

根据表 1和表 2的测量结果, 用下列公式可计算出氡平衡因子F, 其计算结果列于表 3。

表 3 调查地区氡的平衡因子F

式中:Cp (Rn)为氡子体的α潜能值, 单位为μJm^-3; C(Rn)为氡浓度, 单位为Bq·m^-3。

表 3结果显示:HBRA室内、外空气中氡的平衡因子F分别是0.46和0.53, CA分别是0.62和0.63。UNSCEAR 2000年报告推荐的室内、外空气中氡平衡因子F的世界平均值分别是0.4和0.6。HBRA室内空气中氡的平衡因子F略高于世界平均值, 室外空气中氡平衡因子F稍低于世界平均值:CA室内、外空气中氡平衡因子F高于世界平均值, 但它们均在正常分布范围内。作图可知, 调查地区室内、外氡的平衡因子F的频率分布趋向于“正态分布”。

调查资料表明:室外空气中氡平衡因子F值的变化和氡浓度变化趋势是一致的, 秋、冬季偏高; 而春、夏季较低。室内空气中F值季节变化不明显。平衡因子F昼夜变化最大值出现在凌晨, 与氡浓度变化规律相吻合。我们现在所测得的氡平衡因子F, 其结果与全年平均值相比较, 可能有轻微的偏高。

2 累积测量氡、

浓度

采用定点布放Rn-Tn杯监测器的方法, 累积测得空气中氡、浓度。调查分二次在不同村庄中进行, 第一次从1997年9月开始, 1998年12月结束; 第二次从1999年9月开始, 2000年11月结束。Rn-Tn杯监测器室内布放在距墙20~40 cm, 离地面高度为40~60 cm处; 室外布放在距村庄50 m外的离地面高度80~120 cm田野中。探测片采用LR-115, 每三个月更换一次。更换的探测片, 用2.5N NaOH溶液在温度60℃下蚀刻160 min, 对化学处理后的探测片上的α固体径迹, 在显微镜下进行自动计数, 每个探测片计数不少于10次, 读数取平均值。定点累积测量结果列于表 4。

表 4 调查地区二次定点累积测量空气中氡、

浓度(Bq·m^-3)

表 4结果显示:根据累积测量HBRA室内、外空气中平均氡浓度分别是49.61 Bq·m^-3和17.30 Bq·m^-3, CA是18.1 Bq·m^-3和11.7 Bq·m^-3, HBRA室内、外空气中氡浓度高于UNSCEAR所推荐的世界均值40 Bq·m^-3和10 Bq·m^-3, 而CA室内氡浓度低于世界均值、室外接近世界均值。HBRA室内、外空气中平均浓度分别是95.16 Bq·m^-3和9.3 Bq·m^-3, CA是12.4 Bq·m^-3和8.1 Bq·m^-3, HBRA室内浓度是UNSCEAR所估计的世界均值10 Bq·m^-3的9.5倍, HBRA室外和CA室内、外浓度接近世界均值。

3 平衡当量浓度(EEC)

氡的平衡当量浓度可用下列公式计算:

式中:Ceq为氡的平均当量浓度, 单位是Bq·m^-3; F为氡的平衡因子; C(Rn)累积测量空气中氡浓度, 单位是Bq·m^-3。

的平衡当量浓度可用下列公式计算:

式中:Ceq(Tn)为的平衡当量浓度, 单位是Bq·m^-3; C₁和C₂分别为空气中²¹²Pb(ThB)和²¹²Bi(ThC)的放射性浓度, 单位为Bq/m³。用公式计算的调查地区空气中氡、的平衡当量浓度的结果列于表 5。

表 5 调查地区空气中氡、

的平衡当量浓度

根据表 5测量结果可知:HBRA室内、外空气中平衡当量浓度分别是6.51 Bq·m^-3和0.79 Bq·m^-3, CA室内、外分别是0.66 Bq·m^-3和0.33 Bq·m^-3。UNSCEAR 2000年报告推荐的室内、外空气中平衡当量浓度的世界代表值分别是0.3 Bq·m^-3和0.1 Bq·m^-3。HBRA室内、外空气中平衡当量浓度分别是UNSCEAR所估计的世界平均值21.7倍和7.9倍; CA室内、外平衡当量浓度略高于UNSCEAR所估计的值。平衡当量浓度与氡平衡当量浓度之比值均超过了0.02的世界平均值。由此可见, 空气中浓度偏高是调查地区天然本底辐射的特点之一。

4 剂量估算

在估算氡、及其衰变子体所致居民的有效剂量时, 除了要有比较可靠的长期累积测得的环境空气中氡、浓度以外, 还有两个参数比较重要。它们是调查地区室内、外氡平衡因子F、平衡当量浓度和居民的居留因子。应该注意的是:估算氡的衰变子体所致居民的有效剂量时, 一般可以采用累积测量的氡浓度与它的平衡因子F的乘积来估算氡的衰变子体所致居民的有效剂量。但是不能用相同的方法来估算的衰变子体对居民产生的有效剂量。这是因为的半衰期短, 室内空气中浓度随距墙的距离和离地面的高度变化很大, 尤其是在距墙10 cm和离地面20 cm高度内急剧变化, 因而室内空气中浓度分布变化很大^[5]。而子体的半衰期较长, 在室内空气中浓度呈均匀分布^[6]。因此, 对于及其子体来说, 在室内环境中平衡因子F存在着较大的不确定性。只能通过子体的直接测量来估算其所致居民的有效剂量。

HBRA和CA的居民由于吸入氡、及其衰变子体所致的有效剂量, 采用UNSCEAR 2000年报告所推荐的在单位时间里吸入氡、及其衰变子体的有效剂量转换系数^[6] (对于氡和的平衡当量浓度分别为9 nSv/Bq·h·m^-3和40 nSv/Bq·h·m^-3; 氡、被吸入后, 会有一部分进入血液中造成全身剂量, 其剂量转换系数分别是心0.17 nSv/Bq·h·m^-3、0.11 nSv/Bq·h·m^-3。)和居留因子。我们所调查的地区对于所有年龄组, 男女性别的全体人员的平均室内、外居留因子为0.7和0.3^[7]。估算结果列于表 6。

表 6 氡、

及其衰变子体致居民的年平均有效剂量(μSv·a^-1)

为了进行比较, 我们将中、日合作前根据瞬间取样测得的氡、及其衰变子体浓度结果, 分别用UNSCEAR 1982^[8]年报告所推荐的有效剂量转换系数, NCRP^[9]和ICRP^[10]所推荐的估算方法的结果和这次估算的结果列于表 7。(分别用角注2, 3, 1表示)。

表 7 不同方法估算调查地区的居民吸入氡、

及其衰变子体的年平均有效剂量

由表 7结果可知:根据中、日合作前后测量的氡、及其衰变子体浓度, 分别采用UNSCEAR 2000年和1982年报告所推荐的有效剂量转换系数, 得出的居民吸入氡、及其衰变子体所致有效剂量分别是3.28 mSv·a^-1和2.79 mSv·a^-1这次估算的子体所致HBRA居民有效剂量高于以前的估算值, 而氡子体所致居民有效剂量低于以前的估算值, 这是由于HBRA室外的氡子体α潜能浓度, 这次明显低于前次测量结果, 而子体所致居民的有效剂量高于以前的估算值, 由于这次室内平衡当量浓度明显高于以前的测量值及UNSCEAR 2000年报告所推荐的子体所致居民的有效剂量转换系数的提高(UNSCEAR 2000年报告子体所致居民的有效剂量转换系数, 室内、外均是40 nSv/Bq·h·m^-3; 而UNSCEAR 1993年报告子体所致居民的有效剂量转换系数, 室内、外分别为32 nSv/Bq·h·m^-3和10 nSv/Bq·h·m^-3)。采用NCRP和ICRP所推荐的方法估算的有效剂量为3.71 mSv·a^-1, 其中氡子体所致居民有效剂量明显高于用UNSCEAR估算方法的结果。我们认为, 由于HBRA的氡浓度和平衡因子略高于世界平均值。因此, 居民由于吸入氡和它们的衰变子体所致有效剂量也只能略高于世界平均值1.15 mSv·a^-1。HBRA的居民吸入氡、及其衰变子体所致有效剂量约为CA居民的3倍。应该指出的是, 我们所调查的高本底辐射地区及它的衰变子体所致居民的有效剂量所占的内照射有效剂量份额较大。因此, 及它的衰变子体测量显得尤为重要。

迄今为止, 阳江天然高本底辐射地区空气中氡、衰变子体的浓度仍是采用瞬间取样, 测量结果误差较大。采用大流量的空气采样装置, 不仅影响了室氡、子体的平衡状况, 而且噪音较大, 不适合室内开展α潜能法的测量。希望能改进测量方法, 更系统更全面, 同时累积测量空气中氡、浓度和它们的子体α潜能浓度。

人们吸入氡、及其衰变子体, 将会对某些组织或器官产生较大的吸收剂量, 尤其是吸入氡、子体将会对肺和支气管上皮组织产生很大的吸收剂量。为此, 我们采用UNSCEAR报告所推荐的方法, 估算出吸入氡、及其衰变子体致人体的支气管上皮组织、肺、性腺、骨髓和骨表面细胞的年吸收剂量。

估算公式:

式中:D_i为i组织或器官的年吸收剂量(μGy·a^-1); EEC为HBRA和CA室内、外空气中氡或的平衡当量浓度(Bq·m^-3); q_i为i组织的吸收剂量与平衡当量浓度的时间积分比值(μGy : Bq·m^-1·h^-1); f为人员的居留因子, 调查地区居民室内、外取0.7和0.3;365×24为一年的小时数。

根据UNSCEAR报告和近年来许多科学工作者根据不同肺模型计算得到的以及通过动物实验获得的有关资料, 上述人体组织或器官的吸收剂量与氡、的平衡当量浓度的时间积分比值列于表 8。

表 8 吸入氡、

及其衰变子体所致各组织的吸收剂量与氡、

的平衡当量浓度的时间积分比值^[1]

根据上述公式和表 8中的转换系数, 估算出人体某些器官或组织的吸收剂量列于表 9。表 9括号中的数值是根据中、日合作前测得的空气中氡、平衡当量浓度值, 采用上述相同的方法所估算出的某些人体组织。

表 9 吸入氡、

及其衰变子体所致调查地区居民各组织的年吸收剂量(μGy·a^-1)

由表 9可知:HBRA空气中氡、和它们的衰变子体在支气管上皮组织所产生的吸收剂量最大, 其次是肺, 它们的值分别是5.40 mGy·a^-1和1.08 mGy·a^-1, 是CA相应的人体组织或器官的3.7倍。其中及其子体致这些组织或器官的吸收剂量所占份额较大。

5 小结

(1) HBRA室内、外空气中平均氡浓度分别是49.61 Bq·m^-3和17.30 Bq·m^-3, CA是18.1 Bq·m^-3和11.7 Bq·m^-3, HBRA室内、外空气中氡浓度高于UNSCEAR所推荐的世界均值40 Bq·m^-3和10 Bq·m^-3, 而CA室内氡浓度低于世界均值, 室外接近世界均值。HBRA室内、外空气中平均浓度分别是95.16 Bq·m^-3和9.3 Bq·m^-3, CA是12.4 Bq·m^-3和8.1 Bq·m^-3, HBRA室内浓度是UNSCEAR所估计的世界均值10 Bq·m^-3的9.5倍, HBRA室外和CA室内、外平衡当量浓度接近世界均值。

(2) HBRA室内、外氡的平衡因子F分别是0.46和0.53, CA分别是0.62和0.64。调查地区室内氡的平衡因子略高于世界平均值0.4, 室外HBRA低于世界平均值0.6, 而CA高于世界平均值, 但它们均在正常范围内。HBRA室内、外空气中平衡当量浓度分别是6.51 Bq·m^-3和0.79 Bq·m^-3, CA室内、外分别是0.66 Bq·m^-3和0.33 Bq·m^-3。HBRA室内、外空气中平衡当量浓度分别是UNSCEAR所估计的世界平均值21.7倍和7.9倍; CA室内、外平衡当量浓度高于UNSCEAR所估计的值。

(3) HBRA居民由于吸入氡、和它们的衰变子体所致的平均有效剂量是3.28 mSv·a^-1, 其中氡和氡子体是1.53 mSv·a^-1, 高于世界平均值1.15 mSv·a^-1; 和子体是1.75 mSv·a^-1, 是世界平均值0.10 mSv·a^-1的17.5倍。和子体是所调查的高本底辐射地区内照射剂量主要来源之一。

(4) 居民吸入氡、及其衰变子体, 将会对某些组织或器官产生较大的吸收剂量。为此, 我们估算了支气管上皮组织、肺、性腺、骨髓和骨髓细胞的吸收剂量。前两者的吸收剂量为最大, HBRA的居民段支气管上皮组织和肺的吸收剂量分别为5.40和1.08 mGy·a^-1, 约是CA的4倍。

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