室内²²²Rn及其子体是人类接受到的最重要的辐射危害之一, 占总的天然辐射所致剂量的50%左右^[1]。²²⁰Rn(半衰期55.6 s)及其子体对人的照射据估算占²²²Rn及其子体照射的7%左右。然而, 最近有学者发现在一些住室内²²⁰Rn的浓度很高, 其放射危害不能被忽略^[2]。精确的测量室内²²²Rn、²²⁰Rn的浓度是非常重要的, 基于各种固体径迹探测器各国学者发明了各种探测杯, 用于大规模的室内²²²Rn的研究。上世纪九十年代开始, 杯法被利用来测量室内²²⁰Rn, 但是对于低浓度的情况探测效率和探测下限不能满足测量要求。本研究利用名古屋大学研制的新型²²²Rn、²²⁰Rn杯式探测器^{[3, 4]}, 对名古屋市部分住房进行了小规模的室内²²²Rn、²²⁰Rn浓度测量。同时, 本研究还利用名古屋大学研制的Deposition Rate Monitor^[4]对室内²²⁰Rn子体浓度进行了测量, 估算了室内平衡当量²²⁰Rn浓度(EEC_Tn)。

1 ²²²Rn、²²⁰Rn探测杯的构造和刻度系数 1.1 ²²²Rn、²²⁰Rn探测杯的构造

名古屋大学研制的新型²²²Rn、²²⁰Rn探测杯如图 1和图 2所示。²²²Rn和²²⁰Rn探测杯都由一个半径37.5 mm的不锈钢半球扣在铝制的盘上构成。铝盘上位于半球中心有一直径2 cm的圆形窗孔放置CR-39, 为避免存在于CR-39上的电场的影响, 一片厚度6 μm的铝箔覆盖在窗孔上面。²²²Rn探测杯还有一个直径0.4 cm的圆孔, 覆盖滤膜(ADVANTEC, Toyo Roshi Kaisha, Ltd.pore size 0.8 μm)。在²²⁰Rn探测杯上面有6个直径2 cm的圆孔, 覆盖同样的滤膜。²²²Rn、²²⁰Rn探测杯必须同时放置在室内1m高度且距离墙壁20 cm的位置。

1.2 ²²²Rn、²²⁰Rn探测杯的刻度系数和探测下限

因为²²²Rn、²²⁰Rn探测杯是以CR-39上面的径迹密度来计算²²²Rn、²²⁰Rn浓度, 所以刻度系数可以用下列公式表示:

(1)

(2)

其中, Q_Rn和Q_Tn是²²²Rn和²²⁰Rn的平均浓度, 单位Bqm^-3; N_Rn和N_Tn是CR-39上面的径迹密度, 单位tracks cm^-2; CF_Rn和CF_Tn是²²²Rn和²²⁰Rn探测杯的刻度系数, 单位tracks cm^-2(Bqm^-3h)^-1; T是暴露时间, 单位h; N_B是CR-39的本底径迹密度, 单位tracks cm^-2。²²²Rn探测杯的刻度:将6个²²²Rn探测杯放入已知²²²Rn浓度的氡室内一段时间(根据²²²Rn浓度决定时间长短), 然后对CR-39进行蚀刻, 计算刻度系数取平均值。²²⁰Rn探测杯的刻度; 将²²²Rn和²²⁰Rn探测杯各4个放入已知²²⁰Rn浓度和²²⁰Rn室内一段时间, 然后对CR-39进行蚀刻, 计算刻度系数取平均值。由于²²⁰Rn半衰期短, 要得到比较准确的²²⁰Rn浓度刻度室是比较困难的。利用蒙特卡罗法对²²²Rn和²²⁰Rn探测杯的刻度系数进行估算。实验法和理论法的结果见表 1。两种方法得到的刻度系数相符的很好。

²²²Rn和²²⁰Rn探测杯的探测下限:对于²²²Rn探测杯, 3个月间隔时其²²²Rn的测量下限为1.6 Bqm^-3; ²²⁰Rn探测杯对²²⁰Rn的探测效率估算为8.1 Bqm^-3。

3 Deposition Rate Monitor的构造和原理

Deposition Rate Monitor由固定在不锈钢盘上面的CR-39和覆盖在上面的铝箔(Aluminized Plastic Film)和聚丙烯膜(Polypropylene Film)组成, 覆盖层的总厚度相当于空气等效厚度71.5 mm。使得只有²²⁰Rn的子体²¹²Po可以在CR-39上形成径迹。通过测量CR-39上的径迹密度可以估算EEC_Tn, 原理在文献[5]中有详细描述。

4 测量结果

于2003年1月至5月在名古屋市随机选取20个民用住宅进行了小规模的调查, 其中有5套住房同时测量了室内²²²Rn、²²⁰Rn浓度和EEC_Tn; 其余15个住宅只测量²²²Rn浓度。结果见图 3、图 4和图 5。

所测量的20座住宅室内²²²Rn浓度平均值为16.94 Bqm^-3, 水泥建材住房平均为20.30 Bqm^-3, 木制房屋为14.18 Bqm^-3, 水泥住房略大于日本传统木制住房。室内²²⁰Rn浓度平均值为58.09 Bqm^-3, 水泥混凝土住宅室内²²⁰Rn浓度范围在18~80 Bqm^-3, 木制的两个住房相差较大, 原因在于三号住宅墙壁使用了泥土, 而五号住宅墙壁是纯木板, 因为泥土中含有较高的²³²Th, 所以两者相差极大。同样由图 5也可以得出同样的结论, 5个住宅室内EEC_Tn平均值为2.75 Bqm^-3。

5 结论

在日本名古屋市进行的小规模的室内²²²Rn、²²⁰Rn的浓度调查结果表明, 在随即调查的20个住宅室内²²²Rn为16.94 Bqm^-3, 水泥建材住房平均为20.30 Bqm^-3, 木制房屋为14.18 Bqm^-3, 水泥住房略大于传统木制住房。5个住宅室内²²⁰Rn平均浓度为58.09 Bqm^-3, 同时还利用Deposition Rate Monitor估算了这5个住宅室内EEC_Tn平均值为2.75 Bqm^-3, 可以明显看出, 对于木制住房, 如果墙壁是含有泥土的日本传统房屋, 则室内²²⁰Rn浓度很高, 如果墙壁只是纯木板, 则室内²²⁰Rn浓度较低。

本研究结果与日本全国性调查结果²²²Rn浓度平均值15.5 Bqm^-3比较接近^【6】。说明这种新型的²²²Rn、²²⁰Rn被动累积测量杯是探测效率高、价格低、便于进行大规模调查的仪器。²²⁰Rn的浓度在某些泥土墙壁的住房内可能达到比较高的浓度, 特别在中国农村有很多住房使用土墙, 进行必要的调查是很有必要的。