氡的測量和計算方法

常用的氡測量方法常用的氡測量方法有電離室法、閃爍室法、雙濾膜法、氣球法、靜電收集法、固體徑跡法、熱釋光法、活性炭被動吸附法和駐極體測氡法等。下面分別介紹這些方法的原理及優(yōu)缺點。2.1電離室法[12]I1,2I含氡氣體進(jìn)入電離室后，氡及其子體放出的A粒子使空氣電離，電離室的中央電極積累的正電荷使靜電計的中央石英絲帶電,在外電場的作用下，石英絲發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)速度與其上的電荷量成正比，也就是與氡濃度成正比，測出偏轉(zhuǎn)速度就可知道氡的濃度。本方法的優(yōu)點是：方法可靠，直接快速，既可以直接收集空氣樣品進(jìn)行測量，也可以使空氣不斷流過測量裝置進(jìn)行連續(xù)測量,在實驗室使用可較快地給出氡濃度及其動態(tài)變化。缺點是：靈敏度低（探測下限為10—40Bqdm3卄丿，不適合低水平測量，設(shè)備笨重，不便現(xiàn)場使3I1，21用；測量時間較長，讀數(shù)方法原始，要用肉眼觀察指示絲的偏轉(zhuǎn)速度。2.2閃爍室法[3]氡進(jìn)入閃爍室后，氡及其子體衰變產(chǎn)生的A粒子使閃爍室壁的ZnS（Ag）產(chǎn)生閃光，經(jīng)光電倍增管和電子學(xué)線路最后記錄下來。單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)與氡濃度成正比從而可確定氡濃度。本方法的優(yōu)點是：探測下限低（和閃爍室的幾何形狀等有關(guān)，一般可達(dá)3.7Bqbm3,設(shè)計好的可達(dá)0.37Bqbm3）,操作簡便，準(zhǔn)確度高，缺點是：測量時間較長（3h以上）,要求的設(shè)備?34?輻射防護(hù)通訊 1994年 第14卷第6期較多，裝置笨重，不便于現(xiàn)場使用。沉積于室內(nèi)壁的氡子體難于清除,使用時應(yīng)經(jīng)常用氮氣或老化空氣清洗。保存時應(yīng)充入氮氣封閉以保持較低的本底,并經(jīng)?？潭纫员３譁y量的準(zhǔn)確性。另外雖然可以用氣袋或金屬罐將現(xiàn)場氣體取回實驗室轉(zhuǎn)移到閃爍室中測量但氣袋對氡氣的吸附和泄漏以及遠(yuǎn)距離情況下的運輸問題還有待于研究。2.3雙濾膜法[4]雙濾膜筒的結(jié)構(gòu)如圖1所示。入口濾膜出口濾膜入口濾膜出口濾膜雙濾膜筒圖1雙濾膜筒結(jié)構(gòu)示意圖抽氣過程中，入口濾膜濾掉空氣中已有的氡子體，“純氡”在通過雙濾膜筒的過程中又生成新的子體（主要是218Po）。其中的一部分為出口濾膜所收集。測量出口濾膜上的A放射性活218度，根據(jù)氡子體的積累衰變規(guī)律即可求出待測空氣中的氡濃度。該方法的優(yōu)點是它既可用來測子體濃度（進(jìn)氣口濾膜）,也可測氡濃度（出氣口濾膜）,其探測下限低（約為3.7BqbmJ,方便快速。缺點是必須確保出口濾膜不被二濾膜之外的氡污染，即必須防止衰變筒和濾膜漏氣。本方法受相對濕度的影響較大影響的程度對不同大小和形狀的雙濾膜筒有所不同，相對濕度越大，濾膜上測得的A放射性活度越大。解決的辦法是將雙濾膜筒在不同相對濕度下刻度，求得相應(yīng)的刻度系數(shù)。加大衰變筒體積可以提高靈敏度，但衰變筒太大不便攜帶。此外該裝置要使用電源,不便野外使用。2.4氣球法［5］氣球法是在雙濾膜法原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,所不同的是用氣球代替了雙濾膜筒，所采用的氣路和測量原理完全相同，它克服了雙濾膜法不便攜帶的缺點。本方法的優(yōu)點是操作簡單，方便快速，僅需0.5h即可給出氡濃度和子體潛能，其采樣體積不受限制，增加氣球體積即可降低探測限（例如20L的氣球和一定的測量程序［6］，其靈|6I敏度為37Bq?m丿。其缺點是氣球的球壁效應(yīng)（吸附和泄漏）和相對濕度對結(jié)果的影響較-3大。為此使用時，要注意氣球內(nèi)外氡濃度不能差異太大,測量時間不能過長,對氣球要在不同相對濕度下進(jìn)行標(biāo)定，求出相應(yīng)的濕度修正因子［6］O|6I2.5靜電擴(kuò)散法［7］該方法的原理是：由于球內(nèi)外存在氡濃度差，外面的氡通過擴(kuò)散經(jīng)泡沫塑料進(jìn)入球內(nèi)，0.25h左右建立平衡。泡沫的作用是阻擋氡子體的進(jìn)入。擴(kuò)散到靈敏體積中的氡衰變產(chǎn)生氡子體，主要是2i8Po正離子，在電場作用下被收集在中央電極上，如圖2可示，由2i8Po再衰218218變產(chǎn)生的A粒子被光電倍增管收集,經(jīng)電子學(xué)線路整形，計數(shù)得到相應(yīng)的脈沖數(shù)。通過相對刻度就可以確定待測空氣的氡濃度。該方法的優(yōu)點是探測限較低，為1.85Bqbm3,既可用于室內(nèi)氡濃度的測量，也可連續(xù)監(jiān)測氡濃度的動態(tài)變化。缺點是設(shè)備笨重,不便于現(xiàn)場使用。中央電極的收集效率和相對濕度有關(guān)，需分別標(biāo)定。2.6固體徑跡法［8］|8I該方法的原理是使空氣自由擴(kuò)散到裝有固體徑跡探測器的測量杯中，空氣中的氡及衰變子體產(chǎn)生的A粒子在徑跡片上因A電離損傷留下徑跡。在實驗室中經(jīng)簡單的蝕刻處理（通常是在NaOH或KOH溶液中，溫度為60—70°C浸泡3—4h）后,在光學(xué)顯微鏡下或用自動火花計數(shù)器作徑跡計數(shù)。經(jīng)刻度就可得到暴露期間的平均氡濃度。其優(yōu)點是：價格低廉、小型無源、徑跡穩(wěn)定，適于大規(guī)模的氡水平調(diào)查，能在12個月的期間內(nèi)進(jìn)行累計平均濃度測量。缺點是必要的測量周期較長（對目前可利用的探測器來說，建議最短的測量時間為3個月),并且具有較大的固有精度誤差，特別是在濃度較低，探測器被計數(shù)的面積較小時更是如此。另外數(shù)徑跡易產(chǎn)生誤差。探測器在測量杯中的位置和測量杯的體積對靈敏度的影響較大［9］。2.7熱釋光法其工作原理是用對A靈敏，對B、C相對不靈敏的熱釋光片(LiF)記錄A活性來確定氡濃度。將安置有熱釋光片的收集室放置于待測場所后,氡就會通過自由擴(kuò)散進(jìn)入收集室內(nèi)，進(jìn)入靈敏體積的氡衰變產(chǎn)生的新一代子體(主要是218Po)在外電場的作用下，被中央電極收集，218其前端的LiF片記錄下了A活性。暴露一定時間后，用熱釋光劑量儀測量LiF片，得到的計數(shù)正比于氡的積分濃度。由放置時間即可求出某時間段內(nèi)氡的平均濃度當(dāng)暴露1周時，可探測的平均氡濃度為1.1—11Bqdm3o其靈敏度和收集室的體積有關(guān)，需要實驗確定。該方法的優(yōu)點是成本低廉，小型無源，無噪聲，雖然精度比徑跡法稍差，但其數(shù)據(jù)的讀出卻方便得多，適用于大規(guī)模的氡水平調(diào)查。缺點是熱釋光探測器的響應(yīng)受環(huán)境溫度和風(fēng)速的影響較大，使用時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奈恢没虿扇『唵蔚恼趽跻允箍諝饬鞣€(wěn)定。熱釋光隨時間的衰退和熒光物質(zhì)或包裝材料里微量放射性的貢獻(xiàn)會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這種影響對于長時間的環(huán)境測量，而讀取數(shù)據(jù)前又耽擱一段時間的情況變得較為突出，另外相對濕度的影響較大。2.8活性炭被動吸附法⑴］這種方法是利用活性炭對惰性氣體有強(qiáng)吸附力的特點來測氡的一種方法?；钚蕴坎蓸悠魍ǔＳ盟芰匣蚪饘僦瞥?，敞口處帶有濾膜或用青銅粉燒結(jié)而成的金屬過濾器。測量時,待?36?輻射防護(hù)通訊 1994年第14卷 第6期測空氣中的氡擴(kuò)散進(jìn)炭床內(nèi)被活性炭吸附，同時氡衰變產(chǎn)生的子體也沉積在活性炭床中，待其中的氡與其子體達(dá)到放射性平衡后，用C譜儀測量。由氡子體214Bi和2l4Pb的0.23、0.29214 214以及0.609MeV的全能峰可確定活性炭所吸附的氡量。經(jīng)刻度即可求出暴露期間的平均氡濃度。還有一種利用解析原理的活性炭吸附法心，該方法將活性炭吸附的氡通過加熱解析I12I到電離室或閃爍室中進(jìn)行測量。這種方法的優(yōu)點是布樣方便，無源，不用維修，可重復(fù)使用，適合大規(guī)模的氡調(diào)查。缺點是活性炭對氡的吸附并非完全積累過程，因此采樣結(jié)束前的氡濃度對平均結(jié)果的影響較大，只能用于短期測量(2—7d)。普通型采樣器受溫、濕度影響較大,但改進(jìn)型的采樣器則不受溫、濕度的影響［13］。此外液閃測氡法也利用了活性炭對氡吸附力強(qiáng)的特點。活性炭被動式測氡是一種較有潛力的方法。219駐極體測氯法［14］駐極體測氡法是近年來發(fā)展起來的一種方法。原理是氡及其子體使其周圍的空氣電離產(chǎn)生帶電粒子，這些帶電粒子在駐極體靜電場的作用下，其中的異號帶電粒子會使駐極體的表面電荷特性發(fā)生變化。利用駐極體表面電位測量儀記錄這種變化經(jīng)過刻度就可確定待測空氣中的氡濃度。該方法的優(yōu)點是成本低，重量輕，體積小，駐極體表面電荷信息穩(wěn)定，測量時間不受限制,駐極體片可重復(fù)使用，其靈敏度的可變范圍寬和收集室的體積和駐極體的厚度有關(guān),既可用于短期測量，也可用于長期測量，無需電源，如果設(shè)計合適的收集室還可用于測氡析出率。缺點是駐極體的使用和保存需特別小心,觸及其表面會改變其上的電位。單獨一片駐極體片的可探測范圍窄，需用不同厚度的駐極體片才能適應(yīng)較寬的探測范圍。對天然本底輻射較靈敏，測量中需作修正。3常用氡子體測量方法氡子體采樣方法一般是將待測空氣用超細(xì)纖維過濾膜過濾將氡子體帶電微塵收集在濾膜上進(jìn)行測量。根據(jù)取樣后測量時間和方法的不同可分為:三點法[15]、三段法[16]、五段TOC\o"1-5"\h\z|15I |16|法和A譜法。[17]' [18]三點法是測量采樣結(jié)束后3個時刻的A計數(shù)率，從而求出2i8Po、2i4Pb、214Bi3種子體的218 214 214濃度。這種方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單、容易實現(xiàn)，缺點是精度較差，但用于濃度較高的礦山、冶煉廠等工作場所是簡單、快速、準(zhǔn)確的方法。三段法是在三點法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其不同點是通過測量取樣后3段時間間隔內(nèi)樣品的A積分計數(shù)，進(jìn)而求出氡子體濃度。該方法比三點法有較高的精度。五段法是測量取樣后5段時間間隔內(nèi)樣品的A計數(shù)，從而確定氡和氕子體濃度。該方法可同時測量氡、氕子體，對氕子體不可忽略的場合非常方便。A能譜法是用A譜儀分別測出Po和Bi的A計數(shù)，從而確定Po、Pb和Bi的濃218 214 218 214 214度。該方法的最大優(yōu)點是提高了氡子體測量的精度,對218Po的精度改善尤為明顯，缺點是設(shè)218備笨重，不便現(xiàn)場使用。4測量方法分類和適用場合分析根據(jù)上述各方法的特點和采樣方式的不同，可將氡測量方法分為3大類，分別適用于不同的監(jiān)測目的和需要（見表1）。表1常用氨測量方法分類及其特點采樣方式 方 法特 點電離室法瞬時閃爍室法采樣雙濾膜法氣球袪直接?快速，靈敏度較低.設(shè)備笨重操作簡便?靈敏度較高.野外使用不便可同時測量氨和子體濃度?受濕度影響大.不便攜帶簡單?快速?便于攜帶.球壁效應(yīng)難于修正，受濕度影響較大閃爍室連續(xù)監(jiān)測儀連續(xù) 自動雙濾膜法采樣 擴(kuò)散靜電法流氣式電離室連續(xù)監(jiān)測設(shè)備的共同特點是：自動化程度髙?可連續(xù)監(jiān)測氮濃度的動態(tài)變化.缺點是設(shè)備都比較復(fù)雜.不便于野外使用.較昂貴固體徑跡探測器便于攜帶或郵寄?徑跡穩(wěn)定（不易衰退）.無需及時測量.適合大規(guī)模布點.只用于長期測量熱釋光劑量計活性炭被動吸附法采樣小型價廉.無電源?無噪聲?精度比徑跡法稍差，讀數(shù)方便.受濕度影響靈敏度高?成本低?操作簡便,無噪聲.能重復(fù)使用.只用于短期測量?受濕度影響駐極體測氮法價廉.重量輕.體積小,電荷信息穩(wěn)定?可重復(fù)使用?不受溫、濕度影響.可用于長期和短期測量411瞬時采樣測量在工作場所氡的防護(hù)監(jiān)測中常需對某一特定場所的氡及子體濃度進(jìn)行不定期的監(jiān)測以便及時發(fā)現(xiàn)異常，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。要求能通過簡單的測量,迅速確定該場所是否含有較高的氡濃度。在大規(guī)模室內(nèi)氡水平的調(diào)查中，一般要進(jìn)行上級測量，即篩選測量和跟蹤測量。篩選測量的任務(wù)之一是以快速和很小的代價來確定該住宅是否對居住者有引起高照射的潛在可能性，決定是否需要以及采用何種形式的跟蹤測量。另外通過對大量住宅的快速調(diào)查，以便有效地鑒別那些含氡濃度高的房屋,確定進(jìn)一步跟蹤測量的對象，避免把時間和資金浪費在那些對健康不構(gòu)成危險的住宅內(nèi)。這就需要花費少,操作簡單，能快速給出結(jié)果的測量方法，我們按其采樣特點稱之為瞬時采樣測量方法。常用方法及其特點見表1。這些方法特別適用于工作場所的氡監(jiān)測，也常用在氡水平調(diào)查中的篩選測量，由于其不能給出長時間氡濃度的平均值，一般不用于氡水平調(diào)查的跟蹤測量，也不如累積法那樣布點方便。412連續(xù)采樣測量有時出于研究的需要，需知道氡及其子體濃度的動態(tài)變化及其與影響因素的關(guān)系，需對氡濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。連續(xù)監(jiān)測設(shè)備一般較復(fù)雜,造價也比較昂貴，因此適用于某些專題研究和重點場所的連續(xù)監(jiān)測。雖然也能給出一段時間的平均氡及子體濃度,但由于其不便攜帶,有源，一般不用于跟蹤測量中。常用的系統(tǒng)和方法見表1。413時間累積測量在氡水平的跟蹤測量和估算公眾所受的劑量時，常需知道氡在一段時間內(nèi)的平均水平，以便對居民所受的實際或最大可能的照射進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的估計。這時瞬時采樣測量和連續(xù)測量不能滿足這種需要，累積測量方法逐漸受到人們的重視。采樣時間的長短取決于所用技術(shù)的靈敏度。這種方法的探測限低,能夠探測瞬時法和連續(xù)測量法無法探測的氡水平。設(shè)備簡單，成本低廉，采樣與測量系統(tǒng)分立，便于大量布點，適合于大規(guī)模的氡水平調(diào)查。常用方法見表1。5選擇測量方法時的幾點建議在氡水平調(diào)查和有關(guān)氡的專題研究中，首先碰到的問題是如何選擇監(jiān)測方法和設(shè)備,方法選擇得當(dāng)，可以盡快地達(dá)到預(yù)期的目的。選擇方法時，應(yīng)考慮如下幾個因素：確定所研究問題的性質(zhì)，決定方法的類別，是采用瞬時法、連續(xù)法還是累積法。方法的可獲得性。確定了方法和類別后，就應(yīng)考慮這類方法哪些是本實驗室具備的,能很