氡(²²²Rn)及其同位素²¹⁹Rn和²²⁰ Rn是铀系(²³⁸U))、锕系(²³⁵U)和钍系(²³²Th)三个天然放射系中唯一的气体放射性元素。²¹⁹Rn的半衰期(3.96 S)短且其母体²³⁵U在地壳中的丰度很小, 所有在环境空气中几乎显示不出存在。²²⁰Rn的半衰期(55.6 s)也很短, 只有在²³²Th浓度高的地方才显得重要。²²²Rn的半衰期为3.825 d, 氡衰变后的几个短寿命子体核素有²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi、²¹⁴Po氡衰变子体的性质与氡的性质完全不同, 它们是重金属的固体微粒, 在空气中存在的时间不长, 很容易与空气中的颗粒物质结合在一起而变成结合态氡子体^[1]。氡气本身在人体内的驻留时间短, 不会对人体健康造成危害。但是, 跟空气中颗粒物质结合的氡子体被吸入后, 氡子体会对肺造成辐射。高氡浓度下, 氡长期照射导致肺癌发病率增加已经被世界卫生组织(WH0)、国际放射防护委员会(ICRP)等团体和机构公认^[2]。本文重点讨论室内²²²Rn浓度的变化规律及来源。

人们日常生活中, 大部分的时间是在室内度过的。室内环境中的氡及其子体对健康的危害已经成为人们关注的问题, 氡也成为室内环境污染物的控制项^[3-5]。室内氡的主要来源于建筑物地基和周围土壤、建筑材料、家用燃料、生活用水以及室外空气中的氡^[6]。首先, 本文通过测量室内氡浓度找出室内氡浓度的日变化规律。其次, 再通过测量周围土壤、地基及建筑材料的氡析出率和室外氡浓度测量, 研究开门窗和不开门窗的条件下, 室内氡的主要来源。再次, 考察通风率对氡测量结果的影响。最后, 根据以上的结果和分析, 提出降低室内氡浓度的方法。

1 仪器与方法

室内氡浓度, 土壤和建材的氡析出率的测量分别通过ERS-2-S型氡析出率仪的泵模式和扩散模式完成。ERS-2-S型氡析出率仪为德国Tracerlab公司产品, 仪器通过泵抽气或者扩散使气体进行计数室。ERS-2-S计数室内有5000 V高压, 氡气进人计数室后, 其衰变产生的带正电的子体在高压的作用下聚集到探测器的表面, 衰变子体产生的特征能量的α粒子被探测器探测到, 再根据系统参数及计量部门给出的校准因子计算出氡浓度。

室内氡浓度的测量前60 h和整个测量期间关闭所有门窗和通风系统, 保证房间空气的相对稳定。测量采用连续测量的方法, 计数频率为1 h, 测量结果取仪器稳定后的48 h测量值的算术平均值。

土壤及建材的氡析出率测量采用被动扩散和静电收集的方式^[3.7]。样品测量之前先进行仪器本底测量, 密封衰变计数室, 测量2 h, 记录仪器本底。然后, 将氡析出率仪的计数室置于样品表面。密封计数室, 打开高压, 测量氡浓度, 通过计算得到样品表面氡析出率。土壤的氡析出率高, 测量时间为半小时; 建材的氡析出率低, 测量时间为1 h。

2 结果与讨论 2.1 室内密封时间对氡浓度的影响

首先, 考察房间密封时间的长短对室内氡浓度测量结果的影响。测量地点选择在六楼实验室内, 关闭房间门窗和通风系统后直接开始测量, 测量结果见图 1。从图中可以看出, 测量前60 h, 由于房间密封时间短, 氡浓度的测量值小以至于氡浓度日变化规律被掩盖, 刚开始60 h的氡浓度的平均值为48.4 Bq • m^-3。这是由于房间刚刚密封, 氡及其子体浓度尚未达到衰变平衡。后30 h的氡浓度平均值达到89.5 Bq • m^-3, 氡及其子体浓度达到衰变平衡。根据国标GBZ/T 182-2006的要求, 对于在用房屋, 只需测量前12 h关闭所有门窗和通风系统即可。但由于各房间的密封性能的不同, 为了能够反映出室内氡浓度的最大值及日变化规律, 室内氡测量时间选择在房间密封60 h后进行。

2.2 室内氡浓度日变化规律

将房间密封60 h后, 连续测量三天室内氧浓度, 测量结果如图 2所示。从图中可以看出, 一天中氡浓度最大值出现上午, 氡浓度最小值出现在傍晚, 这与室外氡浓度测量的规律基本一致^[8]。相对于之前报道, 不同的地方是:氡浓度的最大值出现在6~8时, 最小值出现于16~18时; 室内最大值与最小值的出现时间有延迟; 三天测量中最大值分别出现在10、12、7时, 最小是分别出现在20、17、16时。

2.3 室内氡的来源分析

室内氡的主要来源于建筑物地基和周围土壤、建筑材料、家用燃料、生活用水以及室外空气中的氡。只有在某些特殊情况下, 供水或者天然气对室内氡浓度的贡献可能成为主要的, 本文不讨论, 测量室外土壤、室内地基及建材的氡析出率和室外空气中的氡浓度能够明确各组分对室内氡浓度的贡献, 找出室内氡浓度的主要来源。ERS-2-S型氡析出率仪的本底为20 Bq • m^-3, 测量时间为2 h。将仪器放置在地砖上, 测量1 h, 地砖表面的氡析出率为0.56 mBq • m² • s^-1将仪器放置在地砖之间缝隙上, 测量1 h, 地砖表面和缝隙的氡析出率为0.68 mBq • m² • s^-1。这是由于地砖铺设的密封性问题, 地砖缝隙有来自地基的氡析出, 氡析出率略有升高。测量建筑物周围土壤, 土壤氡析出率为1.21 mBq • m² •s^-1, 高于建材和地基的氡析出率。建筑物地基、周围土壤及地砖的氡析出率如图 3所示。室外空气中的氡浓度为14.6Bq • m^-3, 略低于开窗情况下的室内氡浓度(18.9 Bq • m^-3)。从以上结果可以看出, 在关闭门窗隔绝室外空气的情况下, 室内氡浓度主要来源于建筑物地基、周围土壤及建筑材料, 其中尤其是建材的贡献值最大, 土壤中氡析出率虽然高, 但是房屋地基的良好隔离作用, 对室内氡的影响小; 在打开门窗的情况下, 室内外空气交换加剧; 室内氡浓度略高于室外氡浓度, 其中室内氡的主要贡献来自室外氡, 只有少量的氡来自建筑物地基和周围土壤、地砖的贡献。

2.4 通风对室内氡农度的影响

在同一个房间分另IJ测量关闭门窗、关闭门窗打开空调及打开门窗的室内氡浓度, 测量结果如图 4所示。关闭门窗密闭房间, 室内氡浓度的结果平均值为118.0 Bq • m^-3, 关闭门窗打开空调的室内氡浓度的结果平均值为66.0Bp m^-3, 打开窗户氡浓度的结果平均值为18.9 Bq • m^-3。在关闭门窗, 开空调的条件下, 由于空调机带来的室内外空气交换, 室内氡浓度下降近一半。在门窗都打开的条件下, 室内外空气交换强度大于空调机带来的气体交换强度。室内氡浓度进一步下降至18.9 Bqm^-3, 氡浓度显著降低。可见, 加强室内日常通风量、改善室内通风条件是降低室内氡浓度的最经济有效的措施, 这与文献^[9-10]所得结论一致。

3 结论

通过室内氡浓度的连续测量, 研究了房间密封时间对室内氡浓度的影响及室内氡浓度的日变化规律。为了能够反映出室内氡浓度的最大值及日变化规律, 室内氡测量时间选择在房间密封60 h后进行。一天中氡浓度最大值出现上午, 氡浓度最小值出现在傍晚。在关闭门窗的情况下, 室内氡浓度主要来源于建筑物地基和周围土壤、建筑材料, 其中尤其是建材的贡献值最大。在打开门窗的情况下, 室内氡浓度略高于室外氡浓度, 其中对室内氡浓度的主要贡献是室外空气氡浓度。根据以上的结果和分析, 有效降低室内氡浓度可以采取以下措施:①建筑物施工前对地基进行抗开裂的措施和防水处理, 阻止土壤中氡向室内的扩散。②建筑主体材料和装修材料放射性核素需满足国家标准《建筑材料放射性核素限量》的要求。③加强室内日常通风量。