氡是一种放射性气体, 对人类的身体健康有很大的危害, 联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR) 1993年报告指出, 氡及其子体对公众所造成的年有效剂量为1.3mSv, 约为天然辐射年有效剂量(2.4mSv)的54 %, 《国际电离辐射防护与辐射源安全的基本安全标准》(IBBS)将氡明确列为慢性照射。GB T16146-1995中根据我国实际情况提出了对室内氡浓度的两个控制标准: ①对已建住房, 可考虑采取简单补救行动来控制氡浓度及其子体照射, 使住房内的平衡当量氡浓度年平均值不超过200 Bq/m³; ②对新建住房, 应在设计和建造时加以控制, 使住房内的平衡当量浓度年平均值不超过100 Bq/m³。

1993年底, 国际放射防护委员会(ICRP)发表第65号出版物^[1], 在这份报告中, 由氡的测量浓度取代平衡当量浓度, 也不再分室内建筑和未来建筑, 对居室内氡浓度行动水平建议值给定了一个范围, 即为200~600 Bq/m³; 工作场所定为500~1500 Bq/m³。具体数值由管理当局在此范围内选定。

通过对阵地坑道内氡浓度测量发现, 现役坑道内氡浓度普遍较高, 对坑道内氡浓度来源进行研究分析, 采取有效措施降低氡浓度, 对坑道内工作人员的身体健康及部队战斗力的提高有着重要的意义。

1 氡离子及其子体的危害

氡是由铀、镭等放射性元素衰变产生的一种放射性气体, 进一步衰变产生一系列金属子体。氡及其子体辐射α粒子具有一定的能量, 容易传递给其他物质使其电离和激发。它们对人体的外照射并不严重, 一旦进入体内(称内照射)就会产生辐射损伤。氡及其子体进入人体的途径有吸入、咽下、皮肤渗入等, 其中吸入的危害最为明显, 吸入肺中的污染物一部分进入血液, 另一部分呼至口腔再咽下, 通过消化器官时, 有大量的α射线引起细胞中水分子电离, 使细胞失去功能, 大量流行病学资料和实验室研究表明, 氡子体可以诱发肺癌, 并且氡对肺癌的危险性比烟草还要高。近年来发现, 人体如长期受氡的电离辐射, 氡及其子体还能诱发白血病、胃癌、皮肤癌等。有关调查资料表明, 一些矿山的矿工中, 肺癌发病率与氡累计暴露剂量呈明显的正相关(R=0.984), 井下工龄越长, 发病率越高。

较高水平氡照射产生的危险度, 经过多年的广泛研究, 基本上得到解决, 参照Jay H Lubin等人对已完成的流行病学调查结果进行汇总分析^[2], 得到坑道内(洞库)工作人员受氡子体照射产生的相对危险度为:

RR=1+0.0049×WLM

式中, RR为工作人员受氡照射引起的相对危险度, WLM为工作人员接受的氡子体累积暴露量。氡的浓度用单位体积空气中所含入射性物质的放射性强度来度量, 单位为“贝可(Bq) ”, 即每秒一次衰变为1 Bq, 氡子体的浓度用单位体积空气中含有氡子体的α射线能量即α潜能表示, 单位为“工作水平(WL) ”, 即空气中氡子体α潜能浓度为2.1×10^-5 J/m³时, 定义为一个工作水平, 在此水平环境中工作一个月(相当于170 h), 即被定义为一个工作水平月(WLM), 1WLM相当于暴露在1WL剂量下达170 h。研究表明, 累积暴露量大于600 WLM时, 工作人员受氡照射的相对危险度随剂量的增加呈非线性变化; 累积暴露量在50~600 WLM之间时, 相对危险度与氡子体累积暴露量呈良好的线性关系。

2 阵地坑道内氡浓度来源与剂量

在一些国防阵地、坑道和地下工事中, 受一些条件的制约, 长期内循环通风, 阵地内的氡浓度已达到相当高的水平, 阵地坑道(洞库)中氡的主要来源可能有: ①坑道地基混凝土表面析出; ②坑道墙壁的微小裂缝及高渗入性和毛细管作用进入坑道; ③地下水中氡通过砌体的裂缝及高渗入和毛细管作用进入坑道; ④采用含高水平天然放射性的建筑装修材料。

据我们对部分在役国防坑道的放射性调查表明:坑道内氡的含量远远高出国际放射防护委员会对工作场所的建议值的上限1 500 Bq/m³, 也高出我国对军用坑道氡平衡等效浓度标准上限2 000 Bq/m³。对此, 应采取一定的防氡措施。

3 辐射防护措施 3.1 降低坑道内氡及其子体的浓度

氡及其子体浓度是影响氡污染的决定因素, 下面我们首先建立一数学模型来分析氡的各种影响因素。

在坑道内, 在dt时间间隔内, 围护结构表面析出的氡量与由于通风换气产生的氡变化量的差值, 应等于室内氡的增量, 根据平衡关系, 可建立如下坑道内氡量平衡关系式:

(1)

式中: C—坑道内氡浓度(Bq·m^-3); V—坑道体积(m³); S_i—坑道内表面中氡析出率为E_i的表面积(m²), 常见材料的氡析出率见表 1; n—该坑道的换气速率(h^-1); C₀-坑道外氡浓度(Bq·m^-3); λ—氡的放射性衰变常数(h^-1)。

在稳态情况下, (1)式变成:

(2)

一般来说, 坑道外氡浓度C₀很小, 可以忽略其对坑道内浓度的影响, 这样上式可简化为:

(3)

λ=7.56×10^-3h^-1, 而n≫λ可知, 在相同条件下, 通风速率n的变化近似与氡浓度变化成反比, 故可通过加强通风换气次数来改善坑道内氡污染。

由上可知, 坑道空气中的氡及其子体浓度主要有三方面的影响。即坑道内表面的氡析出率, 坑道内的通风率和子体的沉积速度。所以, 为有效降低坑道内氡浓度, 可以采取下述办法:

3.1.1 控制氡析出

坑道内部装修时要选用放射物质含量不能超过国标的限定标准, 坑道内墙面可使用具有氡屏蔽作用的防氡乳胶漆。整个坑道要保持良好的整体性, 防止岩石中氡的向外渗透, 管道穿越时, 接缝应封堵严实。对富含氡的地下水可采取暴气法去除。

3.1.2 加强坑道内通风

由前推导, 根据(3)式, 设坑道内表面积为S(m²), 平均氡出率为J(Bq·m^-2·s^-1), 则坑道内氡浓度C(Bq·m^-2·s^-1), 坑道内体积为V(m³), 可以简单地表示成下式:

(4)

据此有人曾经对一J=0.02 Bq·m^-2·s^-1, S=78 m², V=45 m³的房间进行实验, 测试结果为:

由此可见, 通风换气次数对坑道内氡浓度影响很大, 从理论上讲, 坑道内换气次数应为:

(5)

3.1.3 空气过滤

利用聚乙烯材料制成的过滤器或静电过滤器, 都可有效降低坑道内氡的浓度, 据有关专家研究^[3], 使用Turbo-88R净化器采用静电集尘技术, 收集空气中粒径大于0.01 μ m粒子的效率可达99.9 %。经实验, 在35 m³房间内开启Turbo-88R净化器10 min(大约相当于室内空气交换一次), 氡子体浓度即可下降50 %。2 h后下降约70 %。两台同时开启1 h, 氡子体浓度下降80 %以上。在通风不畅、体积不大、浓度特高的部位可以采用。另外, 应用活性炭吸附效率也在45 %~80 %左右。

3.2 合理安排坑道内工作时间, 减少工作人员氡的吸入剂量

坑道内工作人员吸入氡子体所致年均有效剂量当量由下式估算:

(6)

式中: H—年均有效剂量当量(mSv); C_Rn—氡浓度(Bq/m³); F—氡平衡因子, 取0.5; F_a—剂量转换因子(mSv/(Bq·h/m³)); t—1 a中在坑道中的停留时间(h)。

如果将工作人员的年有效剂量上限标准为H_max, 则工作人员一年在坑道内停留的时间上限为:

(7)

根据所测的坑道内氡浓度, 由(7)式可以推算出在该坑道内工作人员年停留时间的最大值。这对合理安排工作人员, 特别是阵管人员在坑道内的工作时间提供了依据。

5 结论

综上所述, 虽然在现役坑道氡浓度偏高, 但只要我们定期对坑道进行放射性监测, 特别是对坑道空气中氡及子体的监测, 一旦发现异常情况, 及时采取防护措施, 还是完全可以保持氡及子体的放射性达到国家规定的标准要求, 确保坑道内工作人员的安全和健康。