核工程与核技术毕业设计论文空气中氡浓度变化规律的研究

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1、毕业设计（论文） 题 目：空气中氡浓度变化规律的研究 英文题：Study at Changing Rules of Radon Concentration in Air 学生姓名： 专 业： 核工程与核技术班 级： 指导教师： 二零一一年六月摘 要氡是自然界中广泛存在的一种天然放射性惰性气体，同时也是人居环境中最直接的污染物，长期受到氡辐射，会导致肺癌、白血病、皮肤癌及其它呼吸道病变的产生，如何减轻氡对人体的危害，更好的防治氡的污染已成为世界性研究课题。本文主要研究了氡的相关物理化学性质、环境中（包括室内）的氡的来源及其氡对人体的危害及对氡的防护。 同时为了更好的了解我们所处的学习生活环境的氡

2、浓度，通过使用RAD7仪器，测量东华理工本部和北区海军楼选定的各点氡浓度，论述环境中的氡浓度的变化规律。通过测量发现，空气中氡浓度在一天范围里的变化有着明显的规律，一般在凌晨和早上出现高峰，而到了下午四点到六点会出现低谷，同时晚上的平均浓度要高于白天的平均浓度；氡浓度的大小一般与环境温度的大小及测量高度的高低成负相关，同时受不同的天气的影响，一般情况下晴天时的氡浓度最大，阴天其次，雨天最小。关键词： 氡浓度； 变化规律； RAD7仪器ABSTRACTRadon is one kind of gas radioactive element in environment, whose harm i

3、s invisible and impalpable. It is the main pollution that people suffered in the normal life and very easy to enter the human body through the respiratory organ,which may induce the lung cancer, leukemia and other diseases .Therefore, the study on Radon protection and methods how to reduce the harm

4、of Radon have become one of the important international problem .This paper discusses the physical and chemical property of radon, source Radon in the environment, the hazard and the protection of radon in air, the author have used the intrument of RAD7 to measure the radon concentration in the main

5、 and north district of east china institute of technology. It is found that the changing rules of Radon concentration in a day are obvious, that is the concentration is higher in the morning, while becomes minimum at 4:00-6:00 pm, and the average value in the daytime is lower than in the evening.Bes

6、ides, a negative correlation has been found between the radon concentration and the temperature and height ;Meanwhile, the Radon level in sunny day is higher than in a cloudy day, while in a rainy day is the lowest.Key words：Radon concentrarion；changing rules； RAD7 instrument目 录绪论11. 氡的基本性质31.1 物理化学

7、性质31.1.1 氡的光谱和溶解性31.1.2 物质对氡的吸收31.1.3 氡的扩散31.1.4 对流41.1.5 氡浓度的影响因素41.2 氡射气作用41.2.1 放射性核反冲51.2.2 氡的消散51.2.3 影响射气作用的其它因素51.3 氡射气作用的参数及有关问题51.3.1 射气系数51.3.2 射气能力61.3.3 射气强度61.3.4 自由氡61.3.5 束缚氡62. 氡的来源与危害72.1 氡的来源72.1.1 大气环境中氡的来源72.1.2 室内氡的来源和聚集原因82.2 氡的危害112.2.1 氡致肺癌的机理113. 测氡方法及仪器介绍133.1 氡的测量方法理论133.1

8、.1 径迹蚀刻法133.1.2 活性炭盒法133.1.3 双滤膜法133.1.4 气球法133.1.5 静电卡法133.1.6 硫化锌闪烁瓶法143.2 测量仪器设备143.2.1 RAD7型测氡仪的工作原理153.2.2 主要技术指标163.2.3 测量方法174. 氡浓度测量结果与分析184.1 一天内氡浓度随时间的变化184.2 室内氡浓度在密闭和通风情况下的比较204.3 不同天气对氡浓度的影响224.4 氡浓度随楼层高度的变化244.5 本部教学楼氡浓度比较26致谢29参考文献30附录一31附录二32附录三33附录四33东华理工大学毕业设计（论文） 绪论绪论氡是一种天然产生的放射性气

9、体，它来源于自然界中铀的放射性衰变，它广泛存在于人类的生活和工作环境。氡从源体溢出进入空气，对人体产生照射，是人体所受天然辐射剂量的重要来源。在整个自然界中，氡的含量是微乎其微，但是正是由于氡这样的特点，人们会在不知不觉中吸入含氡的空气，于是放射性氡及它衰变后的物质沉积到呼吸道内，气管和肺部，这将对人体造成辐射损伤。氡的发现已有百年历史。氡测量的最早实际应用始于1922年的前苏联，该国对水化样实施了氡测量，并依此进行铀矿勘查。直到二十世纪五十年代初，法国、美国、加拿大才涉足氡测量找铀矿的工作。此后，工业发达国家才逐步在测氡领域开始领先，并将氡测量与地震、建材、环保、大气物理、温室气体效应对全球

10、气候变暖、癌症病理研究等当今热门课题相结合，进一步推动了氡及测氡方法的研究。而氡致癌的案例则比它的运用要早的多。在1546年，就有了世界上第一份“氡致肺癌”的报告，但当时由于对氡缺乏认识，将这种怪病（肺癌）称为“斯尼伯格矿山病”。直到1924年才提出氡是导致这种怪病的原因，并与1956年被正式肯定下来。一开始人们普遍认为只有矿山和相关部门才有氡的危害，但是到了20世纪50年代，人们发现非矿山部门也有氡的危害，随着社会的进步和科技的发展，人们对氡致癌的原理和危害也越来越清晰。环境中氡的来源有很多，其中最主要的有以下几个方面：（1）大地的释放（2）海洋的释放（3）植物和地下水的载带（4）核工业的释

11、放（5）煤的燃烧（6）磷酸盐工业释放（7）天然气的燃烧（8）建筑物的释放。随着社会的发展，人类的相关活动对环境中氡的浓度和迁移有着很大的影响，产生了许多的人工氡源，从而使氡对人体造成的危害也越来越普遍和严重。高浓度氡的长期照射导致受照人群肺癌发病率的增加已被世界卫生组织(WHO)、国际放射防护委员会(ICRP)等众多学术团体和机构所公认。氡致肺癌,遍及全球每一角落，世界各国专家认为这是一种全球性的自然灾害，因而，联合国和世界各国都十分重视加强研究。氡致肺癌已成为人类患肺癌的第二大因素,被认为是一种“无形的杀手”1。在一般情况下，室内的氡水平要高于室外的氡水平，这主要是因为室内的空气流通状况要比

12、室外差，加之人们在室内停留时间较室外长,所以氡及其子体对人类的辐射照射主要是人们在室内活动时所受到的,因此,室内空气中氡及其子体水平成为广大公众越来越关注的问题。那么,室内氡浓度的测量和如何减少室内空气中的氡浓度，各种不同建筑材料对室内氡浓度的影响，以及人们在平时的日常生活中如何更好的拥有一个良好的生活环境就成了当今的热门话题和研究课题。人类的工作和生活环境都离不开大气。因此，测量大气中的氡浓度便成为环境研究的主要内容了。但是大气氡浓度的测量受多种自然的和人为的因素的影响。主要是昼夜变化、温度和湿度、气象条件等相关因素，所以本次毕业设计在论述氡的性质及其来源、危害的同时，运用RAD7测氡仪器，

13、通过对东华理工大学北区海军楼相关选定点氡浓度的测量，记录和分析，研究了一天内氡浓度随时间的变化及其不同天气、不同楼层等对氡浓度的影响。这些变化规律的得出，无论是对大气氡浓度的测量，提高环境评价质量，还是对于人们日常生活中避免氡对环境的污染和人体的危害，都是十分有益的。2东华理工大学毕业设计（论文） 氡的基本性质东华理工大学毕业设计（论文） 1.氡的基本性质1. 氡的基本性质1.1 物理化学性质氡是天然存在的放射性惰性气体,无色,无味,不被察觉地积聚在人们生活和工作的环境空气中,是铀、钍等放射性元素的衰变产物。氡气经衰变后,顺序产生短寿命子代产物,统称为氡及其子体。氡子体分为短寿子体（从218P

14、o到214Po）和长寿命子体（210Po以后的衰变产物），吸入对人体产生的危害主要是氡的短寿命子体。氡的原子序数是86,是元素周期表中第六周期的零族元素,属稀有气体族(He、Ne、A r、Kr、Xe、Rn)的最后一个元素,也是气体中最重的一个元素。氡共有33种同位素，从196Rn到228Rn.最重要的是三个天然放射系（铀系、钍系和锕系）中镭的子体222Rn、220Rn和219Rn.219Rn半衰期不到4s，从它产生的地点到人类呼吸带之间就衰变完了；220Rn的半衰期为55.6s，所以通常所说的氡仅指222 Rn。氡进一步衰变产生钋-218、铅-214、铋-214和钋-214等短寿命子体。氡是铀

15、衰变系中常温下唯一的气态元素，同时也是人类的生活环境之中，是能够唯一接触到唯一天然放射性气体。氡在温度为-65和101325Pa压力下,转化为液态。而氡转化为固态的温度约为-113，熔点为-71，沸点为-61.8。在0和一个标准大气压下,气态氡的密度为9.72710- 3g/cm3 ,液态氡的密度为5.7g/cm3。临界温度为104.4。氡同位素是由镭同位素衰变而产生的。其中最重要的是222Rn ,它的半衰期为3.825 d。衰变常数2.097 10-6s，粒子的能量是5.481MeV,在空气中的射程低于4.04cm。气态氡无色无味,液态氡起初是无色透明的,由于衰变产物而逐渐变浑,它能使容器的

16、玻璃壁发绿色荧光。固态氡不透明,能发出明亮的浅蓝色光2。1.1.1 氡的光谱和溶解性虽然氡的可见、紫外和红外光谱研究已达到一定水平,但也只能观测到新生氡的纯光谱,因为氡及其子体在进行核衰变时能相当快地生成氡,其光谱叠加在氡的光谱之上。氡具有特征性的电花光谱。在可见、紫外和红外区有227条光谱线。氡可溶解于水和多种液体中，也易溶于血液和脂肪中。氡在脂肪中的溶解度比水高120倍，氡在人体中的毒理与这一特征有一定的关系。氡在液体中的溶解度随温度增高而降低,但在液体中盐浓度增高时,氡溶解速度将变慢3。1.1.2 物质对氡的吸收所有固体均不同程度地吸附氡。氡易被活性碳、橡胶、硅胶、石蜡、黏土等吸附。活性

17、炭吸附能力最强,因为它有大量的微孔隙,总表面积也最大。用2.5g活性炭能吸附氡10100Bq。黏土也是很好的氡吸附剂。低温时氡易被吸附,如在-180时,氡可以全部被吸附。另外,各种无机凝胶和有机胶体也能极强烈地吸附氡并能牢固地将氡保持住。因此常温下氡及其子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气。1.1.3 氡的扩散扩散是气体分子热运动沿浓度减少的方向位移的结果。氡的扩散用扩散系数描述,即当浓度梯度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的氡气量,量纲为m2s-1，它主要与气体浓度梯度及扩散介质密切相关。所以扩散系数的大小在一定程度上反映了扩散介质为氡的扩散迁移提供调节的好坏。扩散系数的大小主要取决

18、于孔隙度、透水性、湿度、结构和扩散时的温度。氡在空气中的扩散系数为0.105m2s-1;而在水中为0.O66m2s-1。表1-1 氡在部分介质中的扩散系数4。介 质扩散系数D/(m2s-1)空 气110-5水8.210-10建筑用砂1.3410-6300号混凝土（2 3.5）10-6自然条件下的黏土（1 3）10-6自然条件下花岗闪长岩碎石残积层4.510-6致密未蚀变的花岗闪长岩110-8自然条件下微湿破碎的花岗岩闪长岩0.510-6高聚物10-10 10-14由以上数据可以看出，有机高分子材料膜物质有可能屏蔽氡的扩散，物质的密度越大，氡的扩散系数越小，对氡的屏蔽越好。1.1.4 对流当存在

19、压力差时,气体从压力高的地方向压力低的地方流动,称为对流。氡气由矿体移向地表往往存在对流的作用。另外，当土壤和空气的温度存在差异时，也可以引起氡的流动。由于热的作用，水蒸气蒸发，使土壤中的氡气不断向上迁移，温度差异越大，氡向上迁移越快越多。1.1.5 氡浓度的影响因素影响氡浓度的因素很多,比如,当地地形，气候，季节，地表地质构造，天气状况，温度，湿度，气压，风力，风向，人流和车流，土壤和植被，建筑物所用结构材料，内表面饰面材料，通风条件和通风情况，时间，白天与晚上等。1.2 氡射气作用含有镭或其它某些元素的固体物质向外部介质自发(或人为)地释放放射性气体的过程,称为射气作用。如果释放放射性气体

20、(222Rn、220Rn、219Rn和218Rn)的固体物质是镭的同位素,这种过程称为氡的射气作用。能产生射气作用的还有88Kr(氪)和133Xe(氙)等。1.2.1 放射性核反冲放射性核反冲是射气作用的基础。核反冲导致部分反冲原子落到贯穿于放射性岩石、矿石、矿物和人造放射性物质的毛细管系统和孔隙中,然后沿着出露固体表面的毛细管和孔隙,通过扩散而离开固体。很明显,固体的射气能力取决于反冲原子在孔隙和毛细管中的阻留时间和条件,而后者是同孔隙和毛细管的粗细及其表面积的大小密切相关的。通常条件下,充填于孔隙中的气体扩散是很快的,然而,孔隙表面对射气原子的吸收又会阻止扩散,从而导致射气能力的降低。低温

21、时固体的射气系数降低。1.2.2 氡的消散氡的消散,系指氡通过地表面向大气释放。一般用通过地表面的射气通量密度来定量表征氡的消散。射气通量与释放射气的介质特性有关:介质中镭的含量、射气系数、孔隙度,以及决定土壤与大气之间气体交换的气象因素。根据不同研究者估算,具有克拉克值镭含量的现代沉积物中氡的消散量为(820)10- 7Bqcm2s-1 ,而具有较高镭含量的岩石或矿带中,氡的消散量可高出几个数量级。氡的消散有着大致相同的昼夜变化和季节变化,而这种变化完全取决于气象条件和土壤状态。在气候稳定、有微风的白天,氡消散量的变化为平均值的30%40%；而在干燥天气且风速增大时会导致消散量增大。气压降低

22、时,氡的消散量将增大。下雨对氡的消散会引起复杂效应。下小雨时,消散量增高,可能与射气扩散增强和氡被渗入地下的雨水挤压有关。连续降雨时,由于毛细管被堵塞,氡的消散量降低,因而氡在土壤中的有效扩散系数也会降低。土壤冻结和雪盖层形成时,氡的消散量会显著降低。而雪融化能大大提高氡的消散量,这可能是因为氡从不透气盖层中被释出的关系。土壤的温度,特别是温度的变化,能够影响氡的消散量。夜间氡从土壤中的释出量最大,约为日间平均值的115210倍,该最大值与地表土壤层中负温度梯度的周期相符。氡消散是大气中存在氡的原因。距地表4050m高度以下大气中的氡浓度平均为n10-3Bq/L。氡在近地表大气中的分布及其浓度

23、与气象条件有关。1.2.3 影响射气作用的其它因素影响射气作用的其它因素主要有:单颗粒及集合体颗粒、毛细管水、吸附、温度、物质颗粒大小和介质等。1.3 氡射气作用的参数及有关问题1.3.1 射气系数射气系数指在某一时间内析出到岩石(矿石)孔隙空间的自由氡量与在同一时间间隔内形成的总射气量(自由氡与束缚氡)之比。射气系数受许多因素的影响,因此其变化范围很大,对土壤来说,变化范围是18% 100%。对岩(矿)石来说,变化范围是5%50%(可地浸砂岩的射气系数一般小于20%)。1.3.2 射气能力射气能力指1g岩石,在建立放射性平衡的时间内析出的总氡量。也就是说,射气能力在数值上等于岩石的射气系数与

24、每克岩石中镭含量的乘积。1.3.3 射气强度射气强度指1g岩石在1s内析出的自由氡量。1.3.4 自由氡自由氡指在固体物质中形成的且在一定条件下自发地向外部介质中释放的部分氡气。自由氡的迁移能导致氡与镭、镭与铀等之间的放射性平衡破坏。1.3.5 束缚氡束缚氡指在固体物质中形成,但在给定条件下不能释放出的氡。34东华理工大学毕业设计（论文） 2.氡的来源与危害2. 氡的来源与危害2.1 氡的来源2.1.1 大气环境中氡的来源铀是自然界中广泛分布的一种微量元素，铀衰变成镭，镭衰变成氡，1Bq的镭每秒产生210-6 Bq的氡。所以，大气中氡的来源主要与铀有关，主要来自以下几个方面。2.1.1.1 大

25、地的释放铀在地壳中的质比是3g/t，陆地上铀的总量为4109t，因此，土壤中的氡含量很高，是空气中的104106倍，一般15cm深的土层中的氡可以释放出来，导致地面浓度的增加。大地氡的平均析出率约为16mBqm-2s-1，每年约为5.05105 Bqm-2，按陆地总面积1.51014m2计算，每年陆地表面大约向大气中释放7.61019 Bq的氡。2.1.1.2 海洋的释放铀在海洋中的质量比是3g/1000t，因此海水中含有一定量的镭，平均浓度为1Bqm-3，这样就导致了海洋表面氡的析出，其平均析出率为710-5Bqm-2s-1，每年为2.2103Bqm-2，按海洋总面积3.61014m2计算，

26、每年海洋表面大约向大气中释放8.01017Bq的氡。2.1.1.3 植物和地下水的载带实测结果证明，植物的新陈代谢作用会增加地表氡的释放，种五谷的土地氡的释放率是不毛之地的35倍。地下水会把地壳深处的氡带到地面而释放到大气中，地下水中的氡浓度一般在1.85105Bqm-3左右，高者可达到1.85107Bqm-3，可能形成局部的重要氡源。由于植物和地下水的作用，每年向大气中释放约1.01019Bq的氡。2.1.1.4 核工业的释放核工业的发展，尤其是在核燃料的生产过程中，如采矿、水冶是释放氡的主要环节。铀矿井内积累了大量的氡排入环境中，排出量因矿山的规模的不同而不同，我国一个中等铀矿山每天要排入

27、环境约1010Bqm-3的氡。在水冶过程中，95%的230Th和99%的226Ra进入尾矿堆，因此，尾矿堆成为了人工的氡气源。据估计，全世界的铀矿山和水冶厂每年释放到大气中约1.01019 Bq的氡2.1.1.5 煤的燃烧煤是工业和居民生活中广泛使用的燃料，每年各国要烧掉大量的煤资源。煤的燃烧，产生大量的煤灰，若产灰量以10%计算，则煤灰的产量是惊人的。原煤中铀的平均含量约为1.010-4%，煤的燃烧使原煤中的铀浓缩到1.010-3%，使煤灰成为了一种人工的氡气源，估计全世界由于烧煤每年释放到大气中约有1.01013Bq的氡。2.1.1.6 磷酸盐工业释放磷酸盐矿石中的铀含量高，尤其以海生磷酸

28、盐矿石最高。磷酸盐的80%作为磷肥而施撒在土地上，施磷肥使土壤富集了较高浓度的镭，使土地中的氡析出率增高。同时，磷酸盐工业的副产品石膏作为建筑材料，也增加了室内的氡浓度。估计全世界由于磷酸盐工业每年释放到大气中约有1.01018Bq。2.1.1.7 天然气的燃烧与烧煤相比，烧天然气更容易增加室内的氡浓度。特别是冬天室内通风不好，其影响更为明显。天然气中氡浓度可以差异很大，不同城市天然气中的氡浓度是不同的，大约在（5.637）104 Bqm-3。估计全世界每年由于天然气的燃烧向大气中释放约1.01014Bq的氡。2.1.1.8 建筑物的释放由于建筑材料中都含有一定量地天然放射性核素镭，因此，建筑

29、材料中氡的析出导致了室内空气中的氡浓度增高，一般氡浓度室内比室外高一个数量级。估计全世界有标准房间1.0109个，每年释放到环境中约有11016Bq的氡5。统计上述所有的来源及其每年向大气释放的氡浓度大小，得表2-1。表2-1 大气环境中氡的来源和每年向大气中所释放的氡活度5序号环境中氡的来源每年向大气中释放的氡活度/（Bqa-1）所占的百分数/（%）1大地的释放7.6101977.702海洋的释放8.010170.823植物和地下水的载带1.0101910.224核工业的释放1.0101910.225煤的燃烧1.01013/6磷酸盐工业的释放1.010181.027天然气的燃烧1.01014

30、/8建筑物的释放1.010160.012.1.2 室内氡的来源和聚集原因室内氡的浓度一般高于室外,它主要来源于（1）居室地下的断裂构造（2）地基土壤（3）建筑材料（4）天然气燃烧（5）供水系统，以及其他诸多因素产生的氡。通常情况下,地质环境是控制氡浓度的重要因素，但不是唯一因素,其它因素有镭含量、射气作用、通风条件、爆破过程、气象条件等。不同地段房间里的氡有多种不同的来源途径。一般认为引起室内氡聚集的因素包括:氡的产生、氡由土壤到空气的渗透作用、建筑物的孔隙及房内外空气压力差等诸多因素。实际上,室内氡的聚集主要是指氡的产生、向地表运移和进入室内的过程。2.1.2.1 岩石或土壤中铀、钍等高含量

31、是引起室内氡聚集的根本原因氡是铀、钍等放射性元素的衰变产物,要了解氡的生成机制就得先了解铀、钍等放射性元素的赋存情况。除了铀矿外,铀、钍在岩石中通常是作为微量元素存在的,但有时会被粘土或有机质吸附而富集。富集铀、钍等的岩石主要有各类花岗岩、富铁侵入岩、片岩、片麻岩、千枚岩、黑色页岩以及粘土等。灰岩与白云岩的主要风化产物粘土和铁的氢氧化物能有效地吸附铀和镭,风化灰岩的高渗透性和极细粒度使其成为极强的氡辐射源。如建于阿巴拉契亚山脉皮德蒙山麓高原一带千枚岩和片岩之上的房屋,约有70%的房屋室内氡浓度超过148Bq/m3；云南个旧地区岩层中铀、钍等放射性元素含量偏高,尤其是花岗岩的铀、钍含量比华南燕山

32、期S型花岗岩高出117倍。加之裂隙发育,有利于氡的溢出,储集于封闭和半封闭的空间中,使其氡的浓度愈发增高。据测定,当地室内氡浓度达到94249Bq/m3(西方各国室内氡的平均含量12108Bq/m3) 。土壤中氡的浓度主要取决于土壤和基岩中铀、镭浓度、土壤射气能力、土壤孔隙度和渗透性及土壤的水气含量,季节变化,以及氡的扩散能力等。具体研究表明,土壤和下伏基岩中铀、钍、镭高浓度会造成严重的室内氡灾害,而高孔隙度和高渗透性的土壤会增加氡浓度,即使土壤中铀、镭浓度仅显示平均值,而大量含氡土壤气体会通过可渗透的土壤进入建筑物。2.1.2.2 氡迅速移到地表是引起室内氡聚集的一个重要原因氡迅速逸出地表,

33、是其可能对人体造成危害的前提。导致氡迅速逸出地表的主要因素是有合适的载体和通道。岩石中铀、钍等放射性元素衰变时产生的氡要在一定载体的作用下,通过合适的通道才能迅速逸出地表。合适载体主要指一氧化碳、甲烷、二氧化碳气体和一些地下水。合适通道主要指岩层中的各种断裂和破碎带以及高孔隙度、高渗透性的土壤等。对于含铀、钍花岗岩来说,铀、钍裂变时产生的高放射热通过围岩中存在的各种裂隙,在花岗岩与围岩之间形成热液对流圈,其间经衰变形成的氡会通过地下水或其它气体沿着岩层的各种断裂和破碎带向上运移,并借助抽吸、扩散、对流等作用迁移到地表,很快进入大气中。土壤的渗透性亦是导致室内氡聚集的重要原因之一。土壤的渗透性与

34、氡通量成正比,即土壤渗透性强,则氡通量就大,反之氡通量就小。任何天然水中都有氡的存在,通常地下水中氡含量要比地表水(如湖水、河水)中氡含量高。那些直接来自地下水或铀矿区、油气田区的水源,氡浓度就更高了,而来自构造裂隙中地下水,其氡浓度有时也很高。大量取用这些高氡浓度的地下水,通过水的蒸发作用,如淋浴、洗衣等则可导致室内高氡浓度。2.1.2.3 房屋建设是造成室内氡聚集的另一个重要因素宅基建设应尽量避开氡本底含量高的地区,除此以外,室内氡富集还与建筑材料和建筑本身结构有密切的关系。用矿渣砖砌墙的居室比用水泥浇注的居室中氡浓度要高。当住宅的地下室用矿渣砖砌护时,其室内氡浓度平均值最高,用水泥浇注地

35、下室的住宅,其居室内氡浓度居中,而无地下室的住宅室内氡浓度最低,这可能与矿渣砖墙透气性较好,更有利于氡的运移及其本身含有放射性物质有关。至于使用富铀、钍等放射性元素的建筑材料(如粘土、花岗岩石料、矿渣等)构筑居室,那更易造成室内高氡浓度。建筑方面影响室内氡浓度的因素还有通风量(一般说,通风量大,室内氡浓度就低,反之则高)和房内外空气压力差(房内压力与户外大气压力之差,负值越大者,室内氡浓度就越高)。煤、煤气及天然气常含有相当高浓度的氡,燃烧这些物质时,若不能及时进行通风排气,亦会造成室内氡浓度的积累。影响室内氡浓度富集因素很多,但对某一特定区域来说,总有一种或几种因素占主导地位,我们可以通过调

36、查研究发现其产生的原因,从而制定出切实可行的治理办法和预防措施6。表2-2 不同楼体结构建筑物的室内氡浓度7 Bq/m3楼梯结构样品数氡浓度范围平均值标准差钢混519.650.929.412.1框架398.358.525.711.011.0表2-3 不同内墙涂料的室内氡浓度 Bq/m3内墙涂料样品数氡浓度范围平均值标准差乳胶漆1915.258.528.612.1仿瓷涂料312.023.618.05.8墙纸108.350.924.811.1喷塑813.945.628.510.1106涂料313.718.816.02.6釉面砖127.8表2-4 不同地板材料对室内氡浓度的影响 Bq/m3地板材料样

37、品数氡浓度范围平均值标准差釉面地砖723.327.925.12.2石英砖713.958.535.017.2地板漆413.735.521.99.9木地板818.834.623.25.5水磨石地板312.045.631.212.5地毯1413.950.925.910.4续表地板材料样品数氡浓度范围平均值标准差水磨石412.045.626.414.0花岗岩28.325.316.812.02.2 氡的危害氡是地壳中铀的天然衰变产物,当它的浓度高过一定水平时就会产生不同程度的危害。它的危害后果显现时间取决于吸入剂量多少和吸入方式,可长达数年到几十年。氡的危害有两个特点，即掩蔽性和随机性。所谓掩蔽性，有两

38、重含义。一是作为一种化学物质，氡无色、无味、数量极微，难以察觉;二是氡的危害主要是辐射生物效应，它的直接作用(对生命物质的破坏和传输的能量)相对机械力伤害、烫伤、触电而言是很微小的，但由此引发的复杂生物化学过程可以导致严重的伤害。例如，短期接受1Sv剂量的照射时，在生物体内产生的电离，激发分子的比例只有一亿分之一，传输的能量相当与210-4 cal/g。这本身是难以觉察的，但它可以导致明显的放射病症状(呕吐、疲倦、血象变化等)。氡的照射一般是慢性的，一年内有0.1Sv就算是高的，其直接作用是不可能觉察，即无相关的自我感觉，但它仍可能引起肺癌。所谓随机性，就是指氡致肺癌是随机性现象，对一个人可能

39、发生也可能不发生，只有确定的几率，只有人数众多的群体才能体现出确定的发病率。这就像大家熟知的吸烟可能导致肺癌的现象，后者也是随机现象:对大量人群统计，吸烟致者的肺癌发病率明显比不吸烟者高;但就个人而言，吸烟者不一定得肺癌，也不能根据某个人长期吸烟却活到80岁未得肺癌来证明吸烟无害8。全世界正越来越重视氡对人类健康的威胁。其中发达国家和地区比发展中国家和地区更重视。2.2.1 氡致肺癌的机理氡致肺癌等疾病,主要是其子体在起作用。人类受电离辐射损伤致病,最早被记录的要算高氡及其子体照射下的矿工患肺癌。由于氡的半衰期较短(3.825d),且其在体内停留的时间较短。经测试,在高氡场所工作时,经过0.5

40、h左右,人体吸入的氡与呼出的氡达到平衡,体内氡含量不再增加,且离开场所1h后,体内的氡浓度被排除90%。所以,在呼吸道内产生的氡剂量很小,危害相对也小些,而氡的子体则不然,氡所产生的2个短寿命子体218Po和214Po,呈固态吸附在空气中的微颗粒上和烟雾中。当人们吸入后它会停留或储存在肺的组织内,并通过衰变时的辐射损害肺管,而且很容易被鼻咽和气管组织及肺部呼吸系统截留,并在局部区段不断积累,因其半衰期短(一般为分秒量级)全部在原处衰变,是大支气管上皮细胞的主要剂量源。当支气管接受了大量的辐射后会受到损害，很容易引发癌变。氡的短寿命子体最后衰变成半衰期为21年210Pb而长期吸附于体内进行衰变，

41、经过5一10年或更长的潜伏期，在人体毫无觉察中，使细胞发生癌变。同时，氡在液体和脂肪中有较高的溶解度，它会聚集在脂肪较多的器官中，并衰变产生氡子体，造成对人体的伤害。人体在高浓度氡的影响下表现出血细胞(红、白细胞)总数升高、血压下降和血管扩张等效应。氡子体所放射的射线是构成人体肺癌和血液病的主要原因之一。、射线的外照射能损伤人体五官，产生皮肤干燥，毛发脱落等病变，严重时会引起皮肤癌。来自不同国家的多方报导表明,氡被认为是仅次于吸烟导致人类肺癌的第二大因素9。但是,并不是所有受到较高水平氡照射的人都会得肺癌,一般从受到氡的照射起到肺癌发病之间可能要经过许多年。受到氡照射而导致肺癌的危险度决定于氡

42、的浓度和受到氡照射的时间（见表2-5）。一般地说,引起肺癌的危险度随着氡水平和照射时间的增加而增加。长时间受到略高的氡水平的照射,比在短时间受到高水平氡的照射发生肺癌可能要大。高浓度氡的长期照射导致受照人群的肺癌发病率增加已被世界卫生组织(WHO)、国际放射防护委员会(ICRP)等众多学术团体和机构所公认10。表2-5 空气中氡浓度与其可比较的危险度10氡浓度( 37 Bq/ m3)WL 工作水平由于氡的照射每千人中估计肺癌死亡人数可比较的危险度2001440-770比不吸烟的危险度大60 倍1000.5270-630每天吸4 包烟的危险度400.2120-380每年20000 次胸部X 光检

43、查200.160-210每天吸2 包烟的危险度100.0530-120每天吸1 包烟的危险度40.0213-50不吸烟危险度的5 倍20.017-30每年200 次胸部X 光检查10.0053-13不吸烟人肺癌死亡危险度0.20.0011-3每年20 次胸部X 光检查东华理工大学毕业设计（论文） 3.测氡方法及仪器介绍3. 测氡方法及仪器介绍3.1 氡的测量方法理论222Rn的唯一来源是镭-226（226Ra）的衰变，它是铀-238（238U）的衰变产物之一。222Rn衰变产生粒子，它的短寿衰变子体衰变时又放出粒子和能注量大的、射线。根据氡和其子体的衰变特性，我国目前规定的环境空气中氡的标准测

44、量方法有：径迹蚀刻法，活性炭盒法，双滤膜法，气球法，静电卡法和闪烁瓶法。3.1.1 径迹蚀刻法径迹蚀刻法是被动式测氡技术，当氡及其子体发射的粒子轰击探测器时，产生亚微观型损伤径迹，将探测器进行化学或电化学蚀刻扩大损伤径迹后，用显微镜或自动计数装置计数，用刻度系数将径迹密度换算成氡浓度。3.1.2 活性炭盒法活性炭盒法是被动式测氡技术，空气扩散进炭床内，其中氡被活性炭吸附，同时衰变，新生的子体沉积在活性炭，用r谱仪测量活性炭盒的氡子体特征r射线峰（或峰群）强度，根据特征峰面积计算氡浓度。3.1.3 双滤膜法双滤膜法是主动式测氡技术，它是通过双滤膜管（又称衰变筒）的进气口与出气口均有一个滤膜来捕捉

45、氡的第一代子体RaA(218Po)来测定的。当抽气泵开动后，含氡空气经过滤膜进入衰变筒，被滤掉子体的纯氡在通过衰变筒的过程中又生成新子体，新子体的一部分为出口滤膜所收集，测量出口滤膜上的放射性就可以达到测氡的目的。3.1.4 气球法气球法是主动式测氡技术，工作原理与双滤膜法相同，特点是用气球代替衰变筒。3.1.5 静电卡法静电卡法是累积测氡技术，它将卡片置于一定高度,(一般距地面1.5m或0.751.5m之间），吸附氡的衰变子体，一定时间后取出，用辐射仪测量射线计数率。卡片表面会吸附氡的子体是因为若固体表面的分子或原子没有被其它相似的原子或分子包围，而存在未饱和价键（范德华力），就有从周围气体

46、中吸附分子，原子或离子的能力，虽然氡也有被固体物质吸附的性质，但卡对氡的吸附能力极小，可认为氡不会附在卡片上。氡的衰变子体多带正电，而卡自身带负电，由于电场力的作用，正离子会加速向卡运移，从而增加卡的吸附能力。卡的材料为过氯乙烯细纤维（测尘滤膜），滤膜在制作过程中使其带有数百伏的静电电压（静电卡）。该方法有高的灵敏度，有利于发现微弱的放射性异常。该方法的特点是：（1）灵敏度高，本底低，异常的峰背比值高；（2）野外工作周期较短，能在现场及时给出结果，有利于资料解释；（3）无化学处理过程，方法简单，仪器轻便，成本低廉；（4）能在浮土覆盖数十米以上或存在电磁及振动干扰的地区工作。3.1.6 硫化锌闪

47、烁瓶法硫化锌闪烁瓶测量方法是累积测氡技术，二十世纪七十年代以后开始采用。按规定的程序将待测点的空气吸入已抽成真空态的闪烁瓶内。闪烁瓶内密封闭光3h，待氡及其短寿命子体平衡后测量222Rn、218Po和214Po衰变时放射出的粒子。它们入射到闪烁瓶的ZnS(Ag)涂层，使ZnS(Ag)发光，经光电倍增管收集并转变成电脉冲，通过脉冲放大、甄别，被定标计数线路记录。在确定时间内脉冲数与所收集空气中氡的浓度是函数相关的，根据刻度源测得的净计数率-氡浓度刻度曲线，可由所测脉冲计数率，得到待测空气中氡浓度。典型装置刻度曲线在双对数坐标纸上是一条直线，可以表示为：logY=alogX + b (1)式中：Y

48、 空气中氡的浓度，Bq/m3； X 测定的净计数率，cpm; A 刻度系数，取决于整个测量装置的性能； B 刻度系数，取决于整个测量装置的性能。由式(1)可得：Y=eba由净计数率，使用图表或公式可以得到相应样品空气中的氡浓度值。特点：探测下限低，操作简便，准确度高，缺点：测量时间较长，要求的设备较多，装置笨重，不方便现场测量使用。使用时应经常用氮气或老化空气清洗，以清除沉积与室内壁的氡子体；保存时应充入氮气封闭一保持较低的本底，并经常刻度以保持测量的准确性。3.2 测量仪器设备本次测量采用美国生产的RAD7电子氡气检测仪，其外壳材料为高密度聚乙烯，外部装置为硅胶干燥管。如图3-1所示。 图3

49、-1 RAD7空气中氡的测量装置RAD7是具有多功能、综合氡气测试系统的基础仪器，可以在不同的模式下操作和用于不同的目的。它属于高精密测量仪器，在世界范围内广泛用于各种场所，如矿井、各种弃置场所、实验室和厂矿等；设计精良，操作简单，可对各种测量任务进行预设值，坚固的设计可每天用于各种恶劣现场监测；配套完整，带有内置气泵，可充电电池，红外接口HP打印机，该打印机可根据需要留在办公室或车中；RAD7 嗅探器使用氡子体的3分钟衰减，没有其他放射源或钍子体猝发衰减的干扰,可在几分钟内从高量级氡暴露状态下恢复；RAD7运行结束后，仪器打印出全部报告，同时提供各种正确参数判别仪器的运行状况。RAD7为连续

50、氡气监测仪，使用固态探测器。固态探测器是硅半导体材料，能将辐射直接转换为电信号，从而确定每个粒子的能量。因此能精确识别218Po、214Po等核素产生的辐射，用谱学分析氡浓度。3.2.1 RAD7型测氡仪的工作原理RAD7的内部样品腔是一个0.7升的半球，内部涂层为电导体。在半球的中心是一个固态的、离子植入型平面硅探测器。高压电源电路将内部导电器充电到2000到2500伏（相对于探测器）在整个腔体内形成一个电场，这个电场将正电粒子推向探测器。如图3-2所示。在腔体中衰变的222Rn核留下了衰变后带正电的218Po粒子。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218Po核

51、在探测器活性表面衰变时，其粒子有50%的概率进入探测器，并产生强度与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粒子，或者具有不同能量的粒子。不同的同位素具有不同的能量，能在探测器中产生不同的强度信号。 图3-2 RAD7工作原理RAD7按照强度放大、过滤和分选信号。在吸气模式，它仅使用218Po信号来确定氡气浓度，使用216Po信号来确定钍气浓度，忽略了随后的长寿的氡继承元素。这样，RAD7对氡气浓度能快速响应，并能从高浓度环境中迅速恢复。测量方法: RAD7提供两种测量模式, Sniff模式和Normal模式,在本调查中采用Normal模式。空气通过RAD7内部的动力泵抽入收集

52、室,通过微处理器控制的空气流速为650mL /min。首先空气经过一段装有无水CaSO4的干燥管(要保证空气的相对湿度在10%以下,这由RAD7内部的湿度计显示,如果湿度过高,探测器的灵敏度会下降) ,然后滤膜过滤,除去222Rn子体。收集室中的氡衰变产生的子体218Po,在静电场作用下被收集到探测器表面,通过对氡子体放出的粒子进行测量来计算出氡浓度。每次测量之前都对仪器进行检查,并定期对仪器进行比对。3.2.2 主要技术指标 （1）检测对象：氡222、氡220（钍）；（2）频谱：国际上唯一价格在一万美圆以下能打印能谱的仪器，可显示氡和钍的峰值，打印出氡浓度在时间轴上变化情况；（3）水氡附件：

53、用于现场对水中氡进行快速和准确分析；（4）仪器恢复：RAD7在受到高氡水平照射后，以3.05分为半衰期进行恢复：即在12分钟内降到正常值的10%，在30分钟内降至峰值的1%以下：从20000pCi/L降至1pCi/L只需1小时；（5）出错保护：该仪器编程中有一条“Test Lock”测试设置锁定命令可确保RAD7不受任何形式的有意或无意的操作干扰；（6）远程控制：提供远程和调制解调器控制功能（用户选购）；（7）检测器：内置式平面硅检测器，对震动和噪音不敏感，背景读数低。如无氡，氡视窗中无记录；（8）校验：一般情况下，年漂移小于2%；（9）测量范围：0.120,000皮居里/升（3.7740,0

54、00贝克/立方米）；（10）灵敏度：吸收模式：0.2CPM/pCi/L；普通模式：0.4 CPM/pCi/L；（11）操作模式：48小时和24小时预置方案；氡和钍嗅吸模式；采样测量、用户自行设置和保持功能；（12）气泵：微电脑芯片控制，定时或持续，流量为1L/min。（13）数据存储：1000个氡浓度测量，包括时间、日期、温度、湿度、电池电压、钍和统计不确定度。（14）数据显示：两行16个字符液晶显示，多视窗和扩展性菜单；（15）周期时间：可在2分钟到24小时内任意设置；（16）控制：面板键盘4键，操作简单，预先编程的标准操作步骤，用户也可自行编程；（17）输出：RS-232接口，可把数据下载

55、到PC机上。使用RADLINK软件可进行远程控制；（18）电源：AC：110V（或220V）；DC：6V，2.5Ah，可充电电池，充足电可使用72小时。内置充电器和电源管理系统。操作时可供选择的AC/DC输入和内部电池供电；（19）工作环境：温度050C，相对湿度599的无凝结水；（20）存储温度：-40C60C。 3.2.3 测量方法室外测量时，测点选择要具有代表性，并且勿靠近墙体，尽量不在集水较多的地方测量，防止水、其它液体或污染物进入仪器，损坏仪器。室内测量时，仪器应放在房间中央，如用大干燥筒，应离地1米以上，勿靠近墙壁、通风口、壁炉、窗户、气流处，避免阳光直射。若用小干燥管，则要确保空

56、气进气口至少离地75厘米，远离墙体。开始测量时，将RAD7及相关器件（干燥管、套管、打印机等）准备好。按照使用手册连接好仪器装置。第一次测量时设置好测量参数后，以后每次测量时，只需先对仪器测试净化（Test Purge）,最好在室外干燥、清洁、低氡的空气里进行，时间10分钟，将样品腔里的氡气和继承元素清除掉，同时能够驱除RAD7中的残余潮气，使相对湿度读数（RH）保持在10或以下。然后设置周期(Setup Cycle)和设置循环（Setup Recycle）后，就可以开始测量（Test Start）了11。东华理工大学毕业设计（论文） 4.氡浓度测量结果与分析4. 氡浓度测量结果与分析4.1

57、一天内氡浓度随时间的变化为了解氡浓度在一天内的变化规律，在东华理工大学北区海军楼432室设定RAD7测量周期为一小时，循环测量24小时，根据测得结果做出氡在一天24小时内氡的变化规律图。图4-1 氡浓度在一天内随时间的变化规律柱形图 图4-2 氡浓度在一天内随时间的变化规律折线图为了更好的分析数据，再次测量白天情况下（早上9点30分到晚上6点）室外氡浓度的变化情况，设定RAD7测量周期30分钟，循环测量18次，得到下图。图4-3 室外氡浓度在白天内随时间的变化规律柱形图 图4-4 室外氡浓度在白天内随时间的变化规律折线图由以上两次的测量数据可以看出：（1）北区海军楼432室在室内通风情况下，一

58、天内的氡浓度平均值为15.05Bq/m3，处于正常的浓度范围，白天的氡浓度为12.81Bq/m3,夜间的氡浓度为15.05Bq/m3。室外情况下，白天氡浓度的平均值在13.38Bq/m3。（2）在一天的时间内，室内氡浓度在早上7点到10点和晚上5点到9点基本与日平均氡浓度值相同。日最高值出现在凌晨11点到2点之间，次最高值出现在中午10点到2点间，而日最低值出现在下午4点到6点之间。在室外的情况（早上9点30分到晚上6点）下，日最高值出现在上午10点到下午2点间，最低值同样出现在下午4点到6点间。（3）一天中室内氡浓度一般上午较高，到了下午会有所降低，而到了晚上又会上升，而且晚上的平均氡浓度要

59、高于白天。这主要和空气的流通和气压有关。白天时，空气流通较快，气压较低，有利于空气中氡的扩散。而晚上空气流通相对白天较慢，气压也相对较高，从而不利于氡的扩散，容易造成氡的累积，以至于晚上的氡浓度比白天的相对较高。（4）一天中氡浓度的最高值出现在凌晨12点到2点左右，这是因为这时的温度最低，氡浓度的扩散相对最慢，造成氡的累积。而随后在早上也会出现一个高峰值，这是因为早上的气温相对还是比较低，这时晚上聚集的氡还没有及时的扩散。而到了下午2点后，温度达到最高，这是气压低，湿度低，造成氡的大量扩散，从而使浓度达到一天的最低值。（5）一般一天中的氡浓度最大是在凌晨和早上，而从实验所得数据中，中午时刻的氡浓度同样很高，这可能是因为海军楼四周多为沙地和泥地，测量的两天均为晴天，造成土壤中的氡析出率较高，从而造成了氡浓度出现高峰。（6）氡浓度的日变化取决于大气稳定度的变化,清晨大气温度梯度为逆温,大气处于稳定状态,近地表大气中氡浓度较高。太阳上升后,逆温被破坏,氡浓度下降,一直持续到上午,日落后大气稳定度开始增加,氡浓度又上升。4.2 室内氡浓度在密闭和通风情况下的比较为测得室内氡浓度在密闭与通风的环境下的的不同情况，分别在密闭和通风的情况下，测量北区海军楼432室内氡浓度