氡析出率是指在单位时间内穿过单位面积的介质表面析出到空气中的氡的浓度, 是寻找室内氡污染来源及建材是否合格的一个重要指标, 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB 50325-2010)^[1]中对建筑主体材料及工程地点土壤表面氡析出率给出了相应的限值。因此, 准确测定土壤、岩石、建材等表面的氡析出率, 是住房中氡污染治理的一项基础工作, 而测定不同介质表面氡析出率的最佳测量时间间隔对于提高测量效率具有一定的现实意义。笔者利用局部静态法^[2-3], 探讨地瓷砖和土壤两种介质表面氡析出率测量所需最佳测量时间间隔。

1 测量方法及原理

在被测介质表面扣一个由不透氡材料做成的集氡罩, 周围用不透氡材料密封构成一个积累空间。所扣介质表面的氡被集氡罩收集, 其浓度随时间增长而增加。集氡罩内单位时间氡浓度增长的数学表达式为:

1)

式中, 为单位时间集氡罩内氡浓度的变化, Bq· m ^-2 ·s^-1; E为被测介质表面氡析出率, Bq·m ^-2·s^-1; S为集氡罩的底面积, m²; V为集氡罩空间体积, m³; λC为集氡罩内氡的衰变引起的氡浓度变化, Bq·m^-3 · s^-1; λ为氡的衰变常数, 2.06 × 10^-6 s^-1; C为集氡罩内积累t时刻的氡浓度, Bq·m^-3; t为集氡的时间, s。

C与E的关系为:

2)

式中, C₀为集氡罩内初始氡浓度, Bq·m^-3。当t选得较短(1~4 h)^[4], 此时满足λt < < 1, 公式(2)简化为:

3)

式中, E为集氡罩内氡浓度按线性增长计算出的氡析出率, Bq·m^-2·s^-1。

2 测量的最佳时间间隔实验 2.1 实验用测量仪器

本次实验采用德国sarad公司生产的RTM 1688-2型便携式氡/钍测量仪, 分别对地瓷砖及土壤两种介质表面进行氡析出率测量, 见图 1和图 2。

RTM 1688-2仪利用²²² Rn的短寿命子体²¹⁸ Po测量氡浓度, 氡气在高压腔室内衰变, 衰变后产生²¹⁸ Po粒子与α粒子, 由于α粒子对一些轨道电子的散射, ²¹⁸ Po粒子在一段时间内带正电, 这些带电粒子被半导体探测器表面收集, 收集到的²¹⁸ Po离子数目正比于腔室内氡浓度。在使用该仪器进行实验时, 均选用fast模式。该实验仪器处于检定有效期内, 修正因子为1.00。

2.2 测量与结果

选择我单位仪器室内地瓷砖和我市西青区某小区内土壤地面设置不同时间间隔的氡浓度测量。测量结果曲线见图 3~图 7。

从图 3~图 7可看出, 测量时间间隔越短, 氡浓度增长过程的线性越差, 对于氡浓度相对较低的地瓷砖, 此现象尤为明显, 图 3所示地瓷砖氡浓度的增长甚至不成线性。时间间隔越长, 线性虽然越好, 但却不满足公式(3)的条件。为寻找最佳测量时间间隔, 本实验使用公式(2)计算出从开始测量到氡浓度实现平衡过程的氡析出率, 以此为标准值, 对氡浓度增长的过程进行线性拟合, 选取符合条件的两点, 再利用公式(3)计算出对应的氡析出率, 将其与标准值进行比较。结果见表 1和表 2。

3 分析与讨论

由结果可见, 本次测量的地瓷砖氡析出率为10^-4 Bq·m ^-2·s^-1量级, 与文献[5]中的地瓷砖表面氡析出率水平一致。测量的土壤表面氡析出率为10 Bq量级, 处于文献[6]中的北方典型沙壤土氡析出率范围内。

由表 1可看出, 测量地瓷砖表面氡析出率时, 如果选取的时间间隔在30 min以内, 尽管提高了测量效率, 但氡浓度增长曲线线性较差, 测出的氡析出率偏差较大。因此, 推荐选取时间间隔在1~2 h时间段之间, 能够获得较好的线性增长曲线。

由表 2可看出, 测量土壤表面氡析出率时, 设置的三种时间间隔测出的氡浓度都具有很好的线性增长曲线。因此, 在测土壤氡析出率时, 可选取20~30 min时间段作为测量时间间隔。这与文献[7-8]的建议较一致。

另外, 从表 1、表 2中可见, 随着测量时间间隔的增加, 测得的氡析出率均呈降低趋势, 这是因为计算过程中忽略了氡的泄漏与反扩散的影响, 精确测量氡析出率时需要对(1)式中的进行泄漏与反扩散的修正^[7]。由于样本所限, 不能针对多种地瓷砖和不同类型土壤进行类似的实验, 实验结果存在一定的偶然性, 但对于相同量级的氡析出率介质测量, 具有一定的指导意义。