氡的測(cè)量和計(jì)算方法

常用的氡測(cè)量方法常用的氡測(cè)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(dòng)吸附法和駐極體測(cè)氡法等。下面分別介紹這些方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。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(jì)的中央石英絲帶電,在外電場(chǎng)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(cè)出偏轉(zhuǎn)速度就可知道氡的濃度。本方法的優(yōu)點(diǎn)是：方法可靠，直接快速，既可以直接收集空氣樣品進(jìn)行測(cè)量，也可以使空氣不斷流過測(cè)量裝置進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,在實(shí)驗(yàn)室使用可較快地給出氡濃度及其動(dòng)態(tài)變化。缺點(diǎn)是：靈敏度低（探測(cè)下限為10—40Bqdm3卄丿，不適合低水平測(cè)量，設(shè)備笨重，不便現(xiàn)場(chǎng)使3I1，21用；測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)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(diǎn)是：探測(cè)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(jì)好的可達(dá)0.37Bqbm3）,操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高，缺點(diǎn)是：測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)（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(chǎng)使用。沉積于室內(nèi)壁的氡子體難于清除,使用時(shí)應(yīng)經(jīng)常用氮?dú)饣蚶匣諝馇逑?。保存時(shí)應(yīng)充入氮?dú)夥忾]以保持較低的本底,并經(jīng)?？潭纫员３譁y(cè)量的準(zhǔn)確性。另外雖然可以用氣袋或金屬罐將現(xiàn)場(chǎng)氣體取回實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到閃爍室中測(cè)量但氣袋對(duì)氡氣的吸附和泄漏以及遠(yuǎn)距離情況下的運(yùn)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(cè)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(cè)空氣中的氡濃度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是它既可用來測(cè)子體濃度（進(jìn)氣口濾膜）,也可測(cè)氡濃度（出氣口濾膜）,其探測(cè)下限低（約為3.7BqbmJ,方便快速。缺點(diǎn)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(duì)濕度的影響較大影響的程度對(duì)不同大小和形狀的雙濾膜筒有所不同，相對(duì)濕度越大，濾膜上測(cè)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(duì)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(cè)量原理完全相同，它克服了雙濾膜法不便攜帶的缺點(diǎn)。本方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)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(cè)限（例如20L的氣球和一定的測(cè)量程序［6］，其靈|6I敏度為37Bq?m丿。其缺點(diǎn)是氣球的球壁效應(yīng)（吸附和泄漏）和相對(duì)濕度對(duì)結(jié)果的影響較-3大。為此使用時(shí)，要注意氣球內(nèi)外氡濃度不能差異太大,測(cè)量時(shí)間不能過長(zhǎng),對(duì)氣球要在不同相對(duì)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(chǎng)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(jì)數(shù)得到相應(yīng)的脈沖數(shù)。通過相對(duì)刻度就可以確定待測(cè)空氣的氡濃度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)限較低，為1.85Bqbm3,既可用于室內(nèi)氡濃度的測(cè)量，也可連續(xù)監(jiān)測(cè)氡濃度的動(dòng)態(tài)變化。缺點(diǎn)是設(shè)備笨重,不便于現(xiàn)場(chǎng)使用。中央電極的收集效率和相對(duì)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(cè)器的測(cè)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(shí)驗(yàn)室中經(jīng)簡(jiǎn)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(dòng)火花計(jì)數(shù)器作徑跡計(jì)數(shù)。經(jīng)刻度就可得到暴露期間的平均氡濃度。其優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)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(gè)月的期間內(nèi)進(jìn)行累計(jì)平均濃度測(cè)量。缺點(diǎn)是必要的測(cè)量周期較長(zhǎng)（對(duì)目前可利用的探測(cè)器來說，建議最短的測(cè)量時(shí)間為3個(gè)月),并且具有較大的固有精度誤差，特別是在濃度較低，探測(cè)器被計(jì)數(shù)的面積較小時(shí)更是如此。另外數(shù)徑跡易產(chǎn)生誤差。探測(cè)器在測(cè)量杯中的位置和測(cè)量杯的體積對(duì)靈敏度的影響較大［9］。2.7熱釋光法其工作原理是用對(duì)A靈敏，對(duì)B、C相對(duì)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(cè)場(chǎng)所后,氡就會(huì)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(chǎng)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(shí)間后，用熱釋光劑量?jī)x測(cè)量LiF片，得到的計(jì)數(shù)正比于氡的積分濃度。由放置時(shí)間即可求出某時(shí)間段內(nèi)氡的平均濃度當(dāng)暴露1周時(shí)，可探測(cè)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(shí)驗(yàn)確定。該方法的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是熱釋光探測(cè)器的響應(yīng)受環(huán)境溫度和風(fēng)速的影響較大，使用時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奈恢没虿扇『?jiǎn)單的遮擋以使空氣流穩(wěn)定。熱釋光隨時(shí)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(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這種影響對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境測(cè)量，而讀取數(shù)據(jù)前又耽擱一段時(shí)間的情況變得較為突出，另外相對(duì)濕度的影響較大。2.8活性炭被動(dòng)吸附法⑴］這種方法是利用活性炭對(duì)惰性氣體有強(qiáng)吸附力的特點(diǎn)來測(cè)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(cè)量時(shí),待?36?輻射防護(hù)通訊 1994年第14卷 第6期測(cè)空氣中的氡擴(kuò)散進(jìn)炭床內(nèi)被活性炭吸附，同時(shí)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(cè)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(cè)量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是活性炭對(duì)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(duì)平均結(jié)果的影響較大，只能用于短期測(cè)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(cè)氡法也利用了活性炭對(duì)氡吸附力強(qiáng)的特點(diǎn)?；钚蕴勘粍?dòng)式測(cè)氡是一種較有潛力的方法。219駐極體測(cè)氯法［14］駐極體測(cè)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(chǎng)的作用下，其中的異號(hào)帶電粒子會(huì)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(cè)量?jī)x記錄這種變化經(jīng)過刻度就可確定待測(cè)空氣中的氡濃度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，重量輕，體積小，駐極體表面電荷信息穩(wěn)定，測(cè)量時(shí)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(cè)量，也可用于長(zhǎng)期測(cè)量，無需電源，如果設(shè)計(jì)合適的收集室還可用于測(cè)氡析出率。缺點(diǎn)是駐極體的使用和保存需特別小心,觸及其表面會(huì)改變其上的電位。單獨(dú)一片駐極體片的可探測(cè)范圍窄，需用不同厚度的駐極體片才能適應(yīng)較寬的探測(cè)范圍。對(duì)天然本底輻射較靈敏，測(cè)量中需作修正。3常用氡子體測(cè)量方法氡子體采樣方法一般是將待測(cè)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(cè)量。根據(jù)取樣后測(cè)量時(shí)間和方法的不同可分為:三點(diǎn)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(diǎn)法是測(cè)量采樣結(jié)束后3個(gè)時(shí)刻的A計(jì)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(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是精度較差，但用于濃度較高的礦山、冶煉廠等工作場(chǎng)所是簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的方法。三段法是在三點(diǎn)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其不同點(diǎn)是通過測(cè)量取樣后3段時(shí)間間隔內(nèi)樣品的A積分計(jì)數(shù)，進(jìn)而求出氡子體濃度。該方法比三點(diǎn)法有較高的精度。五段法是測(cè)量取樣后5段時(shí)間間隔內(nèi)樣品的A計(jì)數(shù)，從而確定氡和氕子體濃度。該方法可同時(shí)測(cè)量氡、氕子體，對(duì)氕子體不可忽略的場(chǎng)合非常方便。A能譜法是用A譜儀分別測(cè)出Po和Bi的A計(jì)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(diǎn)是提高了氡子體測(cè)量的精度,對(duì)218Po的精度改善尤為明顯，缺點(diǎn)是設(shè)218備笨重，不便現(xiàn)場(chǎng)使用。4測(cè)量方法分類和適用場(chǎng)合分析根據(jù)上述各方法的特點(diǎn)和采樣方式的不同，可將氡測(cè)量方法分為3大類，分別適用于不同的監(jiān)測(cè)目的和需要（見表1）。表1常用氨測(cè)量方法分類及其特點(diǎn)采樣方式 方 法特 點(diǎn)電離室法瞬時(shí)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(jiǎn)便?靈敏度較高.野外使用不便可同時(shí)測(cè)量氨和子體濃度?受濕度影響大.不便攜帶簡(jiǎn)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(cè)儀連續(xù) 自動(dòng)雙濾膜法采樣 擴(kuò)散靜電法流氣式電離室連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的共同特點(diǎn)是：自動(dòng)化程度髙?可連續(xù)監(jiān)測(cè)氮濃度的動(dòng)態(tài)變化.缺點(diǎn)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(cè)器便于攜帶或郵寄?徑跡穩(wěn)定（不易衰退）.無需及時(shí)測(cè)量.適合大規(guī)模布點(diǎn).只用于長(zhǎng)期測(cè)量熱釋光劑量計(jì)活性炭被動(dòng)吸附法采樣小型價(jià)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(jiǎn)便,無噪聲.能重復(fù)使用.只用于短期測(cè)量?受濕度影響駐極體測(cè)氮法價(jià)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(zhǎng)期和短期測(cè)量411瞬時(shí)采樣測(cè)量在工作場(chǎng)所氡的防護(hù)監(jiān)測(cè)中常需對(duì)某一特定場(chǎng)所的氡及子體濃度進(jìn)行不定期的監(jiān)測(cè)以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。要求能通過簡(jiǎn)單的測(cè)量,迅速確定該場(chǎng)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(jí)測(cè)量，即篩選測(cè)量和跟蹤測(cè)量。篩選測(cè)量的任務(wù)之一是以快速和很小的代價(jià)來確定該住宅是否對(duì)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(cè)量。另外通過對(duì)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(cè)量的對(duì)象，避免把時(shí)間和資金浪費(fèi)在那些對(duì)健康不構(gòu)成危險(xiǎn)的住宅內(nèi)。這就需要花費(fèi)少,操作簡(jiǎn)單，能快速給出結(jié)果的測(cè)量方法，我們按其采樣特點(diǎn)稱之為瞬時(shí)采樣測(cè)量方法。常用方法及其特點(diǎn)見表1。這些方法特別適用于工作場(chǎng)所的氡監(jiān)測(cè)，也常用在氡水平調(diào)查中的篩選測(cè)量，由于其不能給出長(zhǎng)時(shí)間氡濃度的平均值，一般不用于氡水平調(diào)查的跟蹤測(cè)量，也不如累積法那樣布點(diǎn)方便。412連續(xù)采樣測(cè)量有時(shí)出于研究的需要，需知道氡及其子體濃度的動(dòng)態(tài)變化及其與影響因素的關(guān)系，需對(duì)氡濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備一般較復(fù)雜,造價(jià)也比較昂貴，因此適用于某些專題研究和重點(diǎn)場(chǎng)所的連續(xù)監(jiān)測(cè)。雖然也能給出一段時(shí)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(cè)量中。常用的系統(tǒng)和方法見表1。413時(shí)間累積測(cè)量在氡水平的跟蹤測(cè)量和估算公眾所受的劑量時(shí)，常需知道氡在一段時(shí)間內(nèi)的平均水平，以便對(duì)居民所受的實(shí)際或最大可能的照射進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的估計(jì)。這時(shí)瞬時(shí)采樣測(cè)量和連續(xù)測(cè)量不能滿足這種需要，累積測(cè)量方法逐漸受到人們的重視。采樣時(shí)間的長(zhǎng)短取決于所用技術(shù)的靈敏度。這種方法的探測(cè)限低,能夠探測(cè)瞬時(shí)法和連續(xù)測(cè)量法無法探測(cè)的氡水平。設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，采樣與測(cè)量系統(tǒng)分立，便于大量布點(diǎn)，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(cè)量方法時(shí)的幾點(diǎn)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(cè)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(shí)，應(yīng)考慮如下幾個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)室具備的,能很