氡及其子体对人体的辐射剂量日益受到人们的广泛关注，而室内氡浓度来自于建材的贡献占60% ~ 70%^{[1, 2]}。在介质氡析出率的各个影响因素中，孔隙度是影响氡析出率的一个重要因素，然而现有的测量技术大都比较复杂，而且设备及测量的费用也相对较高，基于这一实际情况，笔者介绍一种简单、易操作、准确度高的测量装置来测量整体建材气体填充的孔隙度，并根据测量的结果来可以分析其对氡析出率的影响。

1 方案设计

根据气体渗透法的测量原理及气态方程的计算过程，该方案设计了一套测量建材有效孔隙度的装置，测量装置的平面图如图 1，装置的结构及各部分性能指标介绍如下: ①阀门: 1、2、3为阀门，控制气体的流通。②容器: V₁、V₂为测量容器: V₁为上端开口容器，用密封盖及6个螺母进行密封，中间用橡胶环连接; V₂为空腔密闭容器。为保证充气过程中，容器不发生变形，V₁的密封盖为10mm钢板，其余部分使用3mm厚的钢板。③压力表: P₁、P₂为两块精度为0.1% FS的压力表，压力表的读数可精确到0.1hPa，所承受的压力范围为0 ~ 0.6MPa。④气体:所选用的气体为纯氮气(99.99%)。

2 质量保证 2.1 环境参数

为保证建筑材料所处的环境参数一致，将所有样品放在实验室内两个星期，室内温度20℃ ~ 25℃，湿度范围在25% RH ~ 40% RH，室内通风效果良好。

2.2 测量装置的质量保证

压力表在中国计量院进行校准，所选用的氮气的纯度达到99.99%。

2.3 体积测量 2.3.1 建材砖的测量

由于部分建材砖体积较大，且表面不平整，先用云石机在保证不影响建材砖整体性的情况下，将样品切割成相应大小的长方体，然后用砂纸和钢锉将样品各表面打磨平整，用盒尺和游标卡尺测量各样品的长宽高，并计算样品的体积及体积的误差。

2.3.2 容器的测量

由于V₂是完全密闭的容器，无法准确测量其体积，只能运用推算法来得出其真实体积，因此首先用游标卡尺(最小读数为0.02mm)精确测量V₁的体积20 224.58 ± 12.30cm³，然后根据气态方程推算得出V₂的体积55 499.78 ± 84.32cm³。

3 测量过程 3.1 设备检查

向容器中充入氮气，根据开关阀门，观察气压表读数的变化，以检测V₁开口端、阀门的气密性及气压表的灵敏性。当关闭阀门时，压力表的读数稳定说明容器的气密性良好; 当打开阀门时，压力表的读数迅速变化，说明压力表的灵敏性良好。

3.2 孔隙度的测量

测量之前，先充入氮气除去容器中的空气，减小空气中杂质对测量结果的影响。将阀门1、2、3都打开，打开氮气瓶的解压阀，向容器V₁、V₂充氮气，

大约1min之后，关闭阀门2和3，待压力表2的数据稳定后，记录压力表的数值P₂。之后再过一段时间之后，关闭解压阀及阀门1，数据稳定后，记录气压表1数值P₁，打开阀门2，当两块压力表的数值达到稳定一致时，记录气压表的数值P，根据气态方程得知:

(1)

则孔隙度的表达式如下:

(2)

其中ε表示样品的孔隙度; P₁、P₂、P分别代表压力表 1、2及平衡时的压力读数，hPa; V₁、V₂、V分别代表容器及样品的体积，cm³。

4 测量结果 4.1 测量数据

按照上述的测量方法，测量各个建材气体填充孔隙度，每个测量四次，取其平均值。测量数据见表 1。

4.2 数据分析

据相关报道^[3]，对氡析出的机理进行分析指出，随着孔隙度的增加，氡的扩散系数也在增加，在其他因素不改变的情况下，从而使介质氡析出率也随之增大; 随着原料颗粒的增大，表观密度在不断减小，氡的释放系数在不断的减小，从而导致介质氡析出率降低。

通过对表 1中孔隙度的测量结果与氡析出率^[4]比较得出: 1001^# ~ 1003^#建材砖的原材料和加工工艺基本相同，随着孔隙度的增加，建材砖表面氡析出率也在增大; 2001^# ~ 2006^#的建材砖孔隙度变化不是很大，因此建材砖的氡析出率也没有明显的变化; 3002^# ~ 3003^#建材砖的氡析出率相对其他建材砖氡析出率相差1 ~ 2个数量级，但其孔隙度与其他建材砖相差较小。初步分析，可能与原料的镭分布与孔径分布有关，其具体原因需要进一步研究。

综上所述，对于同种材料及相同加工工艺的建材砖，孔隙度与建材砖表面氡析出率有一定的相关性; 对于不同材料及加工工艺建材砖，孔隙度与其建材砖表面氡析出率相关性较小。

5 结论与建议 5.1 结论

由于我国建材产品的原材料及加工工艺差异较大，导致氡析出率差别较大，但建材砖的孔隙度差距较小。通过对13个样品的测量得出以下结论: ①从测量结果可以发现，基本符合理论分析，但孔隙度与氡析出率相关性较差。孔隙度并不是决定氡析出率的主要因素，它只能促进氡的析出。初步分析，氡析出率有可能与原料的颗粒大小、工艺参数、镭的分布及其微观结构有关，需要结合各个因素对氡析出率进行综合分析。②对于原材料及加工工艺相同的建材砖，随着孔隙度的增大，氡的释放系数及扩散系数都在增大，有助于氡的析出; 对于原材料及加工工艺不同的建材砖，孔隙度与氡析出率无明显相关性。③孔隙度是影响建材的一个重要因素，但不是决定性因素，因此降低建材氡析出率需要对其影响因素进行综合考虑。

5.2 建议

从辐射防护角度，为降低居民内照射剂量，建筑材料生产厂家应对原材料中放射性核素活度浓度及建筑材料孔隙度进行控制。居民在对建材选择过程中，应选择孔隙度、镭含量较低的建材或装饰材料应用于建构筑物，另外需要对居室内的裂缝采取有效措施进行密封，来降低氡的析出。