氡是一种无色无味的天然放射性气体, 当室内氡浓度超过一定标准值时就会对人体产生危害。它的危害程度取决于吸入的剂量的多少和方式, 其显示时间一般是数年到几十年, 以致于人们难以发现它。当氡被吸入后, 就会储存在肺的组织内。根据健康公告, 氡是导致肺癌的主要因素之一, 仅次于吸烟, 全世界每年大约有1~5万人患肺癌死亡, 是归因于长时间受氡的照射^[1]。随着人们生活水平和工作条件的不断加强, 氡的辐射危害问题已成为公众关注的敏感的话题。

1 室内氡的主要来源 1.1 地基土壤

土壤是室内氡的主要来源。地基土壤中氡的平均浓度约为7 400 Bq/m³, 比地表上方空气氡浓度高1 000倍以上^[2]。氡可以通过泥土地板、混凝土地板上的裂隙, 通过墙、地沟、集水坑、接合面以及空心砖墙中的缝和孔进入室内。这些孔隙很小, 但由于风和温度的影响, 室内空气压力一般比土壤中的气压低, 因此, 空气从地下被抽进室内, 从而导致氡在室内聚集。

1.2 建筑材料

目前高层建筑主要是钢筋混凝土结构, 而混凝土建筑中Ra-226含量约86 Bq/kg, Ra-226会衰变形成氡; 其他建筑材料如砖和石头(包括花岗岩)含有铀, 铀也会衰变产生氡。这些建筑材料产生的氡进入室内, 形成室内氡的主要来源之一。

1.3 水

我国地表水中氡浓度约为100 Bq/m³, 井水中氡浓度为10⁴~1.5×10⁵ Bq/m³。家庭生活用水时, 氡会从水中释放出来进入室内空气中。

1.4 其他来源

在陆地大气中氡的产额约为9.7×10 Bq/a, 因而室外大气中的氡通过空气交换进入室内; 有些气体燃料含有氡, 燃烧后氡也将进入室内。如:天然气氡浓度约73 Bq/m³, 煤气中氡浓度约87 Bq/m³, 液化石油气约10 Bq/m³, 沼气约233 Bq/m^{3 [2]}。这些也都是室内氡的来源。

2 室内氡测量

室内氡的众多来源表明, 许多室内的氡可能存在超标问题。而要准确判断室内的氡浓度是否符合可接受的健康指标, 需要对室内的氡及其子体进行测量。测量氡及其子体的方法主要有四种:径迹蚀刻法、活性炭盒法、双滤膜法和气球法^{[3, 4]}。

2.1 径迹蚀刻法

通常用杯形容器收集氡, 杯口用滤膜封闭, 氡通过自由扩散进入杯内, 氡子体被挡在外面, 当进入杯内的氡及其衰变产物发射的α粒子轰击探测器时, 使其产生亚微观型损伤径迹。将此探测器在一定条件下进行化学或电化学蚀刻, 扩大损伤径迹, 以致能用显微镜或自动计数装置进行计数。单位面积上的径迹数与氡浓度和暴露时间的乘积成正比。用刻度系数可将径迹密度换算成氡浓度。此法是被动式采样, 能测量采样期间内氡的积累浓度, 暴露20 d, 其探测下限可达2.1×10³ Bq·h/m³。

用切片机把CR-39切成一定形状的片子, 一般为圆形, 也可为方形。用测厚仪测出每张片子的厚度, 偏离标称值10%的片子应淘汰。用不干胶把3个片子固定在采样盒的底部, 盒口用滤膜覆盖。把装好采样器密封起来, 隔绝外部空气。在测量现场去掉密封包装。室内测量时, 采样器可悬挂起来, 也可放在其他物体上, 其开口面上方20 cm内不得有其他物体。

抽取20 mL蚀刻液加入烧杯中, 取下片子置于烧杯内, 烧杯要编号。将烧杯放入恒温器内, 在70 C下放置10 h。化学蚀刻结束, 用水清洗片子, 晾干。将处理好的片子用显微镜测读出单位面积上的径迹数。用式(1)计算氡浓度:

(1)

式中:C_Rn—氡浓度, Bq·/m³; n_R—净径迹密度, T_c/cm₂; T—暴露时间, h; F_R—刻度系数, T_c/cm²/Bq·h/m³; T_c—径迹数。

许多因素会对α径迹探测器的结果产生影响, 这些因素包括同一片塑料片的不均匀以及一批塑料片之间对氡响应的不同; 在装塑料片的容器中氡衰变产物分布的不均匀性; 用作本底的径迹数目的差异; 腐蚀条件的改变; 以及读出设备的不同。随着径迹净计数的增加, α径迹探测器测氡结果的变异减少, 于是, 在探测器的较大面积上数出更多的径迹数目会使测量结果的不确定度降低。此外, 使用重复的α径迹探测器会使误差减少。

2.2 活性炭盒法

采样盒用塑料或金属制成, 直径6~10 cm, 高3~5 cm, 内装25~100 g活性炭。盒的敞开面用滤膜封住, 固定活性炭且允许氡进入采样器。空气扩散进炭床内, 其中的氡被活性炭吸附, 同时衰变, 新生的子体便沉积在活性炭内。用γ谱仪测量活性炭盒的氡子体特征γ射线峰(或峰群)强度。根据特征峰面积可计算出氡浓度。活性炭盒法也是被动式采样, 能测量出采样期间内平均氡浓度, 暴露3 d, 探测下限可达到6 Bq/m³。

将选定的活性炭放入烘箱内, 在120 ℃下烘烤5~6 h。称取一定量烘烤后的活性炭装入采样盒中, 并盖以滤膜。再称量样品盒的总重量。把活性炭盒密封起来, 隔绝外面空气。在待测现场去掉密封包装, 放置3~7 d。把活性炭盒放置在距地面50 cm以上的桌子或架子上, 敞开面朝上, 其上面20 cm内不得有其他物体。采样终止时将活性炭盒再密封起来, 迅速送回实验室。采样停止3h后测量。再称量, 以计算水分吸收量。将活性炭盒在γ谱仪上计数, 测出氡子体特征γ射线峰(或峰群)面积。用式(2)计算氡浓度:

(2)

式中:C_Rn—氡浓度, Bq/m³; a—采样1 h的响应系数, Bq/m³计数/min; n_r—特征峰(峰群)对应的净计数率, 计数/min; t₁—采样时间, h; b—累积指数, 为0.49;λ_Rn—氡衰变常数, 7.55×10^-3;/h; t₂—采样时间中点至测量开始时刻之间的时间间隔, h。

2.3 双滤膜法

抽气泵开动后含氡空气经过滤膜进入衰变筒, 被滤掉子体的纯氡在通过衰变筒的过程中又生成新子体, 新子体的一部分为出口滤膜所收集。测量出口滤膜上的a放射性就可换算出的氡浓度。此法是主动式采样, 能测量采样瞬间的氡浓度, 探测下限为3.3 Bq/m³。

操作步骤如下:①装好滤膜, 把采样设备连接起来。②以流速q(L/min)采样tmin。③在采样结束后T₁~T₂时间间隔内测量出口膜上α放射性, 一般间隔4 h。④用式(3)计算氡浓度:

(3)

式中:C_Rn—氡浓度, Bq/m³; K_t—总刻度系数, Bq/m³计数; N_a—T₁~T₂间隔的净α计数, 计数; V—衰变筒容积, L; E—计数效率, %; η—滤膜过滤效率, %; β—滤膜对α粒子的自吸收因子, %; Z—与t、T₁~T₂有关的常数; F_t—新生子体到达出口滤膜的分额, %。

2.4 气球法

其工作原理同双滤膜法, 只不过气球代替了衰变筒。把气球法测氡和马尔柯夫法测潜能联合起来, 一次操作用26 min, 即可得到氡及其子体α潜能浓度。此方法属主动式采样, 能测量出采样瞬间空气中氡及其子体浓度, 探测下限:氡2.2 Bq/m³, 子体5.7 ×10^-7 J/m³。

装好入、出口滤膜, 把采样设备连接起来; 在0~5 min内以流速40 L/min向气球充气; 取下入口采样头, 置于计数器上, 气球出口接到抽气泵入口; 在10~14 min内以流速50 L/min排气; 在12~15 min内测量入口滤膜上的α放射性; 在16~26 min内测量出口滤膜上的α放射性; 用式(4)计算α潜能浓度:

(4)

式中:C_p—α潜能浓度, J/m³; K_m—马尔柯夫法总系数, J/m³·计数; N_E—入口滤膜的总α计数, 计数; R—本底计数率, 计数/min。

用式(5)计算氡浓度:

(5)

式中:C_Rn—氡浓度, Bq/m³; K_b—气球刻度常数, Bq/m³·计数; N_R—出口滤膜的总α计数, 计数; R—同式(4)。

3 防护措施

居民约有80%的时间是在室内度过的, 对一般居民区, 氡的年平均浓度超过800 Bq m的家庭, 建议采取补救测量。因为在任何水平的氡辐射下都有危害, 所以必须尽可能地降低室内氡浓度, 以减少氡及其子体对人体的危害。以下是降低的几种措施^{[2, 5]} :①应对房地产开发环境进行环境放射性评价, 不要将建筑物建在高放射性富集区内。②建筑材料及装饰材料最好是经过环保认证的绿色材料。③将窗户、门和通风口打开, 这是广泛适用的有效降氡方法。如果通风时间够长的话, 可使氡浓度降低90%以上。④使用空气净化器和粒状活性炭来清除空气中和水中的氡。⑤减少燃气的使用量或使用含氡量低的燃气, 开启抽油烟机并将厨房隔离, 以减少氡浓度。

总之, 降氡的措施还有很多, 根据氡的来源采取有效的措施是可以降低室内氡浓度, 减少氡及其子体对人们的危害的。