青岛地区属于花岗岩地区, 主要构造是北东向展布的平缓宽阔的褶皱, 北东向断裂构造甚为发育, 有两条较大断裂带。青岛市区土壤覆盖层很薄, 平均只有20cm左右。因此有必要探索适合青岛地区地质特点的氡填图技术方法。

1 土壤氡浓度测量 1.1 仪器原理

土壤氡浓度的测量仪器采用FD-3017RaA测氡仪。FD-3017RaA测氡仪是一种瞬时测氡仪器, 利用静电收集氡衰变的第一代子体RaA作为测量对象, 不存在氡射气的干扰影响。

氡射气衰变产生子体RaA, 在初始形成的瞬间为带正电的离子, 本仪器就是利用它的带电特性, 采用加电场的方式对它进行收集, 使RaA离子在电场作用下被收集在带负高压的金属收集片上, 在经过一段时间加电收集后, 测量RaA的α放射性, 其强度与氡浓度成正比, 按下式可直接计算氡浓度:

式中:CRn-氡浓度(Bq/m³); J-换算系数(Bq/m³)/脉冲, 由标定确定, 此系数包含了装置的子体收集效率和探测器效率等因素。

为确保测量道宽内的计数全部由RaA的α所贡献, 仪器采用固定的大道宽微分测量方法, 其上下阈值范围选在2.0~6.0MeV之间, 保证2.0MeV以下的低能噪声信号及RaC′的高能α均不被记录。

FD-3017RaA测氡仪的主要性能:灵敏度:≤ 300Bq/m³; 金硅面垒型半导体探测器, 直径26mm, 面积531mm²; 本底 < 4脉冲/h; 换算系数J=146(Bq/m³)/脉冲。

1.2 测量方法

测量按核行业标准EJ/T605-91《氡及其子体测量规范》和国家建设部标准GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》关于现场测量土壤氡气浓度的要求进行。测点选择浮土出露大于10m²的地段中心, 以保证检测的氡浓度具有客观性; 取气深度0.6m;抽气体积选定1.5L, 抽气时间不少于30s;检测时, 高压加电时间为2min。具体方法是:首先打一个深40~60cm的孔, 将取样器插入孔中; 把取样片放入取样盒内, 抽气, 加负高压收集氡子体(RaA), 取出样片, 放入仪器测量盒内进行测量^[1]。

2 氡析出率测量 2.1 仪器原理

土壤氡析出率的测量仪器选用德国TRACERLAB公司生产的ERS-2型静电收集式氡采样器见图 1。该仪器使用金硅面垒型(PIPS)α探测器, 其工作原理是:氡进入密封于被测物体表面或自身密封的集氡腔后, 其衰变产生的带正电的金属子体在衰变室壁+2 500V高压的作用下被收集到探测器表面, 这些子体衰变生成的具有特征能量的α粒子被探测器探测到, 256道α谱仪根据探测到的不同能量α粒子的计数给出α能谱, 微处理器和计算芯片根据α能谱识别出²¹⁸Po和²¹⁶Po特征峰, 并根据系统参数计算出²²²Rn和²²⁰Rn浓度。存储器按照设定好的周期记录谱数据和氡浓度数据。

测量结果的评价和计算由α谱仪给出的α计数谱完成。ERS-2具有快速响应、效率高的特点, 仪器自带的微处理器和计算芯片将实时给出以Bq/m³为单位的²²²Rn和²²⁰Rn浓度。仪器软件提供线性拟合、指数拟合与平台估计三种数据处理的方法。见图 2、图 3。

2.2 现场土壤表面析出率的测量

将ERS-2氡析出率仪的衰变计数室置于平整的土壤表面, 周围用土压实密封。设定计数周期为10min, 启动2 500V高压开始测量。一般测量4~5个周期, 采用被动扩散和静电收集的方式测量衰变计数室内氡浓度的变化。仪器的液晶屏将显示每分钟的氡浓度值和仪器的系统参数。每个周期末的氡浓度值及其相应的α谱数据将被记录和存储到仪器自带的存储器中。

3 土壤核素²²⁶Ra含量测量

将现场采集来的土壤样品在实验室中制样, 通过测量²²⁶Ra衰变系不同子体的特征γ辐射来测定母体²²⁶Ra的活度来测量土壤中²²⁶Ra核素的放射性活度浓度。这种测量方法的前提是放射性平衡, 样品密封平衡的时间通常在20d以上。

采用低本底HPGeγ谱仪测量系统, 谱仪的主要性能指标如下:能量分辨率(Eγ=1.33MeV):1.87keV; 相对效率(Eγ= 1.33MeV):48.3%;积分本底(50~2 000keV):85.2cpm。

根据样品放射性强弱选择测量时间, 一般在6~10h之间, 保证对²²⁶Ra的测量误差小于3%^[2]。

4 测量结果与讨论

按照前述方法和技术, 测量了土壤氡浓度、土壤表面氡析出率和土壤中²²⁶Ra核素的活度浓度, 并分析了土壤氡浓度、土壤氡析出率、土壤中²²⁶Ra核素的活度浓度之间的关系。

图 2的数据表明, 土壤氡浓度和氡析出率基本呈正相关关系, 但是存在奇异点。其中, 测点5和测点9位于断裂带上, 测点7的土壤层较厚、保存完好。这正反映了青岛地区地质构造特点。从图 3可以看出, 氡析出率与²²⁶Ra活度浓度不存在线性相关性。

使用FD-3017RaA测氡仪可以定性测量土壤氡浓度, 快速找出高氡点。青岛地区断裂构造丰富, 土壤层较薄, 测量土壤氡浓度困难, 尤其是在一些构造带上, 土壤氡浓度不能很好表征青岛地区氡危害水平, 青岛地区氡填图应该结合氡析出率的测量。