氡及其衰变产物在天然辐射中占有重要的地位, 有资料表明^[1], 大气中的氡浓度主要集中在离地100 m以下, 与人类及其他生物生活密切相关。联合国辐射效应科学委员会(UN-SCEAR)在其1993年的报告中估计了天然本底辐射产生的人均年有剂量为2.4 mSv, 其中空气中氡及其子体产生的为1.3 mSv, 而室内所致剂量占90%。长期在氡浓度高的环境中生活, 会导致肺癌发病率的增加, 由氡所引起的人类肺癌发生率仅次于吸烟所引发的肺癌发生率^[2]。因此氡及其子体已被认为是室内重要的潜在污染物。

有关放射性惰性气体氡的研究已经在全世界开展了半个世纪, 近年来各国科学工作者对环境空气中的氡浓度作了大量的研究工作, 对影响空气氡浓度的一些因素也进行过讨论^[4], 但对室内空气中氡浓度进行长期连续观测的很少, 鉴于空气氡浓度随时间和高度的变化而有所不同, 我们对成都地区某些观测点进行了长期观测。主要研究了观测点氡浓度的时间和空间变化特点, 这对我们降低室内的氡浓度很有帮助。

1 仪器及测量原理 1.1 仪器装置

RAD7测氡仪能对土壤、空气和水中的氡进行连续监测, 可以进行瞬时和长期测量。它可存储1 000个氡浓度读数和相关测量数据, 显示读数的高、低、平均和标准偏差。它内部设有抽气泵, 常规流量为1L/min, 进气口过滤。

1.2 测量原理

RAD7是通过静电采集钋-218衰变的α粒子来测量氡浓度的, 它的内部样品腔是一个0.7L的半球, 在半球的中心是一个固态的、离子植入的、平面的硅α探测器。高压电源电路将内部导电器充电到2 000~2 500 V (相对于探测器)在整个腔体内形成一个电场。空气中的氡-222核在腔体内衰变成钋-218, 带正电的离子。腔体内的电场将这个带正电的离子赶向探测器并吸附在那里。当短寿命的钋-218核在探测器活性表面衰变时, 其α粒子有50%的概率进入探测器, 并产生强度与α粒子能量相称的电信号。相同的核素随后的衰变产生不被探测的β粒子, 或者具有不同能量的α粒子。不同的同位素具有不同的α能量, 能在探测器中产生不同的强度信号。

2 测量方法 2.1 测量地点

成都市的几个实验室作为氡气长期观测实验室, 同时选取了几栋代表性建筑来测量氡浓度的垂直变化。测量时将仪器放在房间的中央, 干燥筒距离地面1 m左右, 远离墙壁、通风口、壁炉、窗户、气流处, 避免阳光直射。

2.2 采样方法

首先我们把要测量的房间密闭12 h以上, 几乎与外界无空气交换。用RAD7便携式测氡仪进行了长期连续测量, 每1~2 h得到一个氡浓度数值。同时也测量了相对应的气压、气温和湿度这些气象影响因素的值。

3 结果与讨论

从2004年4月到2005年10月份, 我们对几个观测实验室进行了不间断的监测, 通过数据统计分析, 我们发现氡浓度的时间和空间变化特点是有规律可寻的。

3.1 时间变化特点 3.1.1 氡浓度的变化规律

我们在1号观测室进行了连续2个月的密闭测量, 图 1是1个月的监测结果, 在处理数据时, 用谱数据处理时常用的5点光滑的方法对数据进行了光滑处理, 如图 1所示。从图 1可以看出, 室内氡浓度的变化呈现一定的周期性规律, 由于实验室无燃气、水源以及人员出入的影响, 所以主要受气压、气温和湿度这些气象因素的影响比较大。我们把氡浓度与对应的气压、气温和相对湿度值进行了对比分析。从图 2可以看出, 其氡浓度随时间的变化规律与气温相反, 与气压和相对湿度的变化相似。

在2号观测室监测了通风和密闭情况下的氡浓度变化, 进行了一个星期的连续测量, 为了排除一些干扰因素, 选取了中间3d的测量数据, 如图 3所示:通风条件下的室内氡浓度明显低于密闭条件下的氡浓度。这主要是由于门窗开启时, 使得室内气体和室外大气进行的交换加快, 有利于室内氡的扩散, 从而大大降低了室内的氡浓度。

表 1是不同季节的氡浓度测量结果, 我们分别对2005年的2, 4, 7, 104个代表月份的氡浓度进行了连续测量, 从中可以看出, 夏天和秋天氡浓度偏低, 冬季和春季较高, 而夏天最低, 冬天最高。

3.1.2 1 d的氡浓度代表时刻

这里所说的1d的氡浓度代表时刻是指如果我们1 d只测量一次, 那么什么时间所测的氡浓度最接近一天的平均值^[3]?通过对2号观测室为期一个月的测量, 以6d为一个测量周期, 测量模式为2h /次。如图 4所示, 纵坐标为某一时刻的瞬时平均氡浓度与该测量周期的平均氡浓度之比, 以此来判断该时刻氡浓度与平均值的接近程度。从图中可以看出, 上午9:00~11:00时, 下午19:00~21:00时这两个时间段内测量的氡浓度最接近1 d的平均值, 具体数值见表 2。

从时间段来看(见图 2, 3和4), 清晨氡浓度最高, 一般在6到8点这个时间段达到最高值; 下午氡浓度最低, 一般集中在16点到18点这个时间段内, 在这和气压的变化也是一致的。清晨气压高而气温低, 空气密度较大, 空气对流作用弱, 不利于地表氡的扩散, 所以氡浓度偏高; 下午气压低而气温高, 空气密度小, 对流作用强, 氡气扩散快, 所以氡浓度较低。

3.2 空间变化特征

表 3是不同高度观测点的结果统计与分析。从中可以得出, 氡浓度是随着高度的增加而逐渐减小的。这主要是因为我们人类居住的环境是地球大气的最底层^[5], 而空气中的氡主要来自地表, 在垂直方向上有强烈的对流作用, 气温随着高度的升高而降低, 从地层逸出的氡靠大气对流作用向高空逸散, 所以, 随着高度的增加, 大气中氡浓度就会逐渐降低。

4 结论

(1) 一天当中, 清晨6~8时左右氡浓度最高, 下午16时~18时氡浓度达到一天的最低值。在9时~11时或19时~21时时间段内测量的氡浓度最接近一天的平均值。因此, 我们在日常活动和工作时尽量避开氡浓度较高的时间段。

(2) 不同季节的氡浓度也有所不同, 春季和冬季较高, 而夏季和秋季偏低, 其中冬天最高, 夏天最低。

(3) 氡浓度的变化与气压和相对湿度相似, 与气温变化相反, 此外, 加强室内通风可以有效的降低室内的氡浓度。

(4) 氡浓度随着高度的增加而逐渐降低, 因此我们更要作好较低楼层的降氡工作, 以免造成氡的累积。