氡是一种放射性惰性气体，由土壤中的含镭物质经过镭衰变形成的，并通过物质空隙析出释放到空气中^[1]。由于它是惰性气体，进入人体后不会与人体的肺部组织发生相互作用，而会随着人的呼吸排出体外，但是氡子体(氡的一系列衰变产物称为氡子体)是固态金属颗粒，悬浮于空气中，形成放射性气溶胶，被人体吸进肺部后产生的辐照可以引发肺癌。

氡及其子体所致人类呼吸道内照射剂量约占人类受到的天然辐射照射总量一半以上^[2]，根据健康公告，氡是导致肺癌的重要因素之一，仅次于吸烟，全世界每年大约有数万人因肺癌而死亡，归因于长时间受氡照射，氡被列为我们环境中最大的危害健康的危险品^[3]。所以对环境中的氡浓度进行测量有重要的意义。

1 空气中与滤膜上氡子体的运动状态

了解空气中与滤膜上氡及氡子体的活动状态，分析它们的运动规律及之间的联系以便达到氡测量的目的。

1.1 空气中氡子体的活动状态

以铀系衰变链为例，分析氡子体运动状态。

氡系衰变链由²³⁸U开始衰变，由²²²Rn开始衰变子体进入空气中，其中任何一种核素都在不断的衰变、产生，经过足够长的时间，最终在空气中处于一种平衡稳定状态，称为放射性长期平衡; 根据长期平衡条件，可以得到λ_Rn222C_Rn222 = λ_Po218 C_Po218^[4]，即空气中氡的活度浓度等于其子体²¹⁸Po的活度浓度，这是实现²¹⁸Po氡测量的前提条件。

1.2 滤膜上子体活动状态

由于Rn为惰性气体元素，不会形成气溶胶状态，因此滤膜上不会有Rn，只会存在其子体; 本实验所使用的滤膜对尺寸大于0.4 μm气溶胶颗粒的过滤效率达到99%以上，因此可以认为空气中的氡子体都被富集在了滤膜上。

同理，随着时间的增加，滤膜上各子体的数量不断增加，最后也会逐渐趋于稳定，处于一种平衡状态，达到的平衡状态与外部条件有关，并与外部空气中的氡子体活度浓度有联系，这是实现²¹⁸Po氡测量的依据。同时稳定所需要的时间与子体的半衰期有关，半衰期越长，稳定时间越长。由于半衰期较短，²¹⁸Po在半小时内达到稳定，²¹⁴Pb和²¹⁴Bi的半衰期较为接近，两者在3 h内达到稳定。

1.3 探测方法的推导

滤膜上的氡子体可只考虑²¹⁸Po，根据滤膜上子体运动规律及平衡状态，再结合放射性长期平衡条件，并参考其他数据，可以得到下式^[1]:

(1)

式中: A_Po218为滤膜上²¹⁸Po的活度，A_Rn222为空气中氡的活度浓度，Q为抽气流量，这样就能够通过测量滤纸上的²¹⁸Po的活度来推导出空气中氡的活度浓度。

上节中提到，无论空气中还是滤膜上，核素达到平衡所需时间与其半衰期有关，而²¹⁸Po的半衰期仅有3.1 min，在滤膜上达到平衡所需时间大约为10 min^[1]，这大大减少了测量时间，具有巨大的优势。

2 实验测试

该测量方法得到的结果其准确度是否达到要求，可通过实验来测试。该实验需要二套测量装置:一套用于实验测量，并使用该种方法得出氡浓度数据; 另外一套是FD 216现场环境氡测量仪，用于测量环境中氡的活度浓度，作为参考的相对真值。

2.1 实验装置简介

因为²¹⁸Po的半衰期仅有3.10 min，如果采样完成后，将滤膜送去实验室分析，中间耽搁的时间会导致很大的误差，所以需要一套在线式实时测量的系统。

图 1是一种常见的在线式放射性气溶胶监测装置原理图，图中包含一个简单的气流回路，空气经气体入口进入装置内部后，在流经过滤装置的过程中，气溶胶颗粒会沉积在过滤装置内部，从而使过滤装置具有放射性，这样原有的气体源探测问题就转化为了固体源探测问题，同时该监测装置具有气溶胶采样和放射性测量两项基本功能，并通过合理的机械设计将两者融合到一个紧凑的机械结构中实现。

2.2 误差分析及控制

由式(1)可知，实验结果由滤膜上的²¹⁸Po活度、抽气流量、时间决定，其中流量与时间都能够用高精度仪器控制，那么测量误差大部分来自于滤膜上的²¹⁸Po活度，那么只要提高²¹⁸Po活度测量的准确度，就能有效控制测量误差。

²¹⁸Po具有的是α放射性，目前PIPS半导体探测器是α放射性测量中性能较好的探测器。

PIPS半导体钝化离子注入型半导体，是半导体钝化离子注入新工艺的产品。由PIPS半导体所构建的半导体探测器其结的全部外缘都是不可见的，大大减小了漏电流的值; 结触面用离子注入法形成，可以得到精确、薄而且突变的结，使得α粒子分辨率好，峰的展宽缩小，非常适合于测量α、β放射性的场合^[5-6]。

因此，本实验的测试采用PIPS半导体探测器来避免测量误差。

2.3 实验结果及分析

²¹⁸Po在滤纸上的活度达到平衡值所需时间大约为10 min，实验选取5 min，10 min，15 min三个时间点作为代表，来观察子体活度。实验结果列于表 1，A为滤纸上²¹⁸Po活度，Bq; B为氡活度浓度实验值，Bq /m³; C为氡活度浓度相对真值，Bq /m³。

表中的氡活度浓度相对真值，是FD216现场环境氡测量仪在同一地点多次采样后得出的一个均值，具有较高的可信度^[7]。

从表 1滤纸上²¹⁸Po活度在取样时间达到10 min后基本不再增加，符合本文前面的理论分析，实验中测得的氡的活度浓度变化不大，相对误差保持在5%左右，具有较高的准确度，能够满足大部分的测量需求。

虽然相对误差保持在5%左右，但都是略小于相对真值。其主要原因有两点: ①滤纸的自吸收，子体在滤纸上发射的α粒子有极少部分被滤纸给吸收掉了，导致被探测到的α粒子数减少，影响结果。②探测器探测效率的偏差，也是误差的来源。

3 结论

本文研究了一种根据²¹⁸Po得到氡活度浓度的方法，进行了实验测试，并给出了计算公式及误差范围。实验过程中的误差保持在5%左右，具有较高的准确度，能满足大部分测量需求。

与其他氡测量法相比，该种方法最大的优势在于它大大简化了测量步骤与缩短了测量所需时间。只需直接测量滤膜上²¹⁸Po活度就能得到结果，精简了测量系统，也节省了大量时间，对于一些特殊环境作业的人员来说具有重大意义，减少了他们的负担与人力，而且可靠性也能得到满足。

但是对于一些精确度要求特别高的作业，该种方法就有其局限性，但并不是不能解决; 它具有很大的发展空间这点是毋庸置疑的，可以根据其对测量仪器性能的依赖性较大这点入手，扩展使用空间。