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技术文章
1027连续测氡仪技术探讨
2013-03-05
氡及其子体是人类所受天然辐射照射的主要来源, 也是人患肺癌的诱因之一。氡极易在室内聚集,而人一生80%的时间在室内度过, 所以, 准确测量室内空气中的氡浓度是研究估算氡及其子体对人体肺脏内照射剂量的基础, 也是研究空气中氡浓度与肺癌之间关系不可缺少的内容。

固体径迹蚀刻法(SSNTD) 是累积测量中*先进、应用*广泛的一种方法, 它灵敏度高, 稳定性好, 但此法获得数据周期较长, 不适合一般的筛选测量; 瞬时测量法虽然具有测量时间短, 获得数据快的特点, 但它受周围环境的影响太大, 测量结果具有一定的随意性, 不足以代表室内的实际氡浓度; 短时测量的活性炭吸附法则对测点周围湿度要求很高。本文介绍一种用连续测氡仪测量室内氡的方法, 并对测量中的若干问题进行讨论。实验用美国Sun- Nuclear 公司生产的Model 1027 型连续测氡仪对一测点室内氡浓度作了连续20 多次的平行监测, 平均每次测量时间约48h, 实验表明, 用此仪器测量室内氡浓度, 测量时间短, 操作简便, 精度高。
Model 1027 连续测氡仪介绍
Model 1027 连续测氡仪是美国Sun- Nuclear 公司在Model 1023、1026 连续测氡仪的基础上更新的*新换代产品, 是美国环保局( EPA) 推荐的便携式室内测氡仪。


Model 1027 连续测氡仪工作原理及操作
当含有氡的空气扩散进入仪器的探测器时, 氡衰变成子体同时放出A粒子, A粒子轰击探测器内光电二极管, 仪器通过特定线路将信号转换成氡浓度。测量时, 仪器按所设定的间隔时间每隔一间隔时段测量一次平均值。仪器面板有三位数字显示,按下AVE 按钮可显示测量时间内总的平均值。仪器侧面有控制显示的选择档, 将选择档置于DISABLE状态时, 数字显示功能关闭; ENABLE 状态下数字显示功能开启。仪器在两种状态下都能正常工作。测量结束后, 将仪器接上便携式打印机( 在同一公司购买) , 可现场打印出测量结果。打印内容为测量时间内所有间隔时间内的平均值及测量时间内总的平均值和美国环保局推荐平均值。因为在封闭的空间里, 氡及其子体要经过大约3h 才能达到平衡,所以美国环保局推荐将开始测量的前4h 的结果及时间舍弃, 即从第5h 开始累积计算测量时间内总的平均氡浓度, 是为美国环保局推荐平均氡浓度( 以下简称推荐平均氡浓度) 。仪器显示及打印氡浓度的单位均为pCi/ L( 1pCi/ L= 37Bq/ m3) 。


Model 1027 连续测氡仪技术参数量程: 011~ 999 pCi/ L、( 1pCi/ L= 37Bq/ m3)
灵敏度: 215( 计数/ h) / ( pCi/ L)
精确度: ±25%或? 1pCi/ L
固定测量时间间隔: 1, 4, 8, 24h
刻度
仪器2002 年9 月由美国Sun- Nuclear 公司刻度。
 测量过程
在无人居住的单元房内, 选面积约10m
2 的小房间, 房间装修情况为: 墙壁和天花板刷有瓷粉, 地板铺肉红色人造大理石。将两台仪器同时放在房间地板上, 分三阶段进行为期29 天的平行测量, 每次测量结束, 打印结果( 将仪器两次测量的间隔时间设置为1h) , 将仪器清零后开始第二次测量。
211 通风测量
在门窗打开的情况下测量两次, 每次连续测量50h 左右。
212 不通风, 不同显示状态下比较测量将门窗紧闭, 1# 仪器面板显示置于ENABLE 状态, 2# 仪器面板显示置DISABLE 状态, 连续测量4 次, 两台仪器数字显示状态对调, 测量1 次。每次测量时间约48h。213 不通风, 同一显示状态下测量
将门窗紧闭, 两台仪器都置于DISABLE 状态下, 测量7 次, 每次连续测量时间约48h。
3 结果与讨论
311 总平均值与推荐平均值的比较根据计算方式的不同, 每次测量可获得两类氡浓度。仪器测量累积时间段的平均值称为氡浓度总平均值( Overall Avg1) , 舍弃测量时段前4h 后累积计算的平均值称为推荐平均值( EPA Protocol Avg1) 本次工作两台仪器同时测量, 共获得28 对数据, 两类数据的具体值及相对误差( 见表1、表2) 。其中, 表1为两台仪器分别在通风和不通风情况下各次测量的氡浓度总平均值和推荐平均值及两者的相对误差,表2 为两台仪器多次测量的平均结果, 两表中相对误差= 2 @ I 总平均氡浓度- 推荐平均氡浓度I/ ( 总平均氡浓度+ 推荐平均氡浓度) 。从表1, 2 内容看出, 对于同一台仪器, 封闭状态下两类氡浓度的*小相对误差为0, *大为619% 。通风时所测氡浓度明显小于封闭时的氡浓度, 通风时两类氡浓度的误差*大为22% , 也小于仪器所提供的精确度( 25% ) 。从表2 可看出, 房间在关闭门窗的状态下, 两台仪器所测的两类氡浓度的12 次平均值相差很小( 均等于316% ) , 但从表1 所有数据来看, 两类氡浓度完全相同的占约36%, 其余的均为推荐平均氡浓度大于总平均氡浓度, 即从28 对数据统计来看, 总平均氡浓度小于或等于推荐平均氡浓度。
因在封闭的空间里, 氡及其子体要经过大约3h才能达到平衡, 故有总平均氡浓度与推荐平均氡浓度之分。为形象地说明两者之间的差别, 将同一台仪器的11 次每小时测量结果平均( 初始测量时间均在上午10 点左右) , 分别从第1h 所测平均值和第5h所测平均值开始按4h , 8h, 12h ,,48h 累积平均, 观察两类氡浓度随连续测量时间的变化情况( 见表3,
图1) , 很明显, 在测量开始的前4 h 的氡浓度平均值( 5718 Bq/ m3) 处于曲线*低点, 它与第48h 的氡浓度的总平均值( 8914 Bq/m3) 的相对误差为43%, 远大于仪器提供的精确度( 25% ) 。无论在哪个时间段, 氡浓度环保平均值总是高于氡浓度总平均值, 但随着测量时间的延长, 两者越来越接近。所以, 用此仪器测量室内氡浓度, 若因特殊情况, 连续测量时间较短( 小于10h, 因第10h 的氡浓度的平均值与第48h的氡浓度的总平均值的相对双差为25%, ) , 则采用推荐平均氡浓度更为合理; 若连续测量时间长, 则采用任一种浓度都可以。关于选取合理的连续测量时间将在下面讨论。以下讨论所引氡浓度平均值均为推荐平均值。
312 测量结果分析
31211 通风与关闭门窗(不通风) 测量结果对比 从表2 可看出, 在通风状态下的两次测量, 两台仪器结果一致, 氡浓度很低(1617Bq/ m3) , 而不通风时两台仪器所测平均氡浓度为9215Bq/ m3, 是通风时浓度的515 倍。通风使室内外空气对流, 降低了室内氡浓度。
31212 不通风状态下的测量 两仪器在不通风时仪器面板数字显示处于不同状态下的测量结果及绝对误差、相对误差。其中, 绝对误差= 2# 仪器氡浓度- 1# 仪器氡浓度, 相对误差= 2 @ 绝对双差/ ( 2# 仪器氡浓度+ 1# 仪器氡浓度) 。观察表4, 当仪器在不通风情况下面板显示均处于DISABLE 状态时, 两仪器测量结果的相对误差均为正值, 说明两台仪器在同一条件下测量结果存在系统误差。两仪器7 次平均结果分别为9210 Bq/m3 和100 Bq/ m3, 相对误差813%, 1# 仪器相对于2#仪器的校正系数为1108, 反之, 校正系数为0192。因没法知道测点氡浓度的真实值, 所以, 两台仪器平行测量一测点氡浓度时, *好取平均值。
31213 两种显示状态下所测结果比较 表4 中, 当仪器显示处于不同状态时, 两台仪器所得结果相对误差较大。前面已讨论, 同一状态下两仪器所测结果存在系统误差, 2# 仪器的测量值高于1# 仪器, 平均相对误差713% 。当1# 仪器置于ENABLE, 2# 仪器置于DISABLE 状态时, 它们4 次的测量值平均相对双差为1019%, 明显大于713%; 而当1# 仪器置于
DISABLE, 2# 仪器置于ENABLE 状态时( 第5 次测量) , 两仪器所测氡浓度完全相同, 相对双差为0。这说明仪器在DISABLE( 显示关闭) 状态下测量比在ENABLE( 显示开启) 状态下测量所受的干扰小, 检出限低( 仪器出厂时已注明在DISABLE 状态下工作更稳定) 。但两种状态下*大相对误差( 1914%) 仍小于仪器提供的精确度( 25%) 。所以一般情况下, 仪器在两种显示状态下均可使用, 当进行多点测量比较时, 仪器显示应处于同一状态。如果测点浓度很低, 仪器*好在DISABLE 状态工作。
31214 所测房间平均氡浓度 通风状态下, 室内4天平均氡浓度为1617 Bq/ m3, 关闭门窗不通风状态下, 室内24 天平均氡浓度为9215 Bq/m3, 小于我国新建住房氡浓度控制标准( 100 Bq/m3) 。
313 连续测量时间的选择
将同一台仪器在通风状态下测量的每小时平均氡浓度( 测量初始时间: 上午9 点55 分) 和封闭状态下测量的每小时平均氡浓度( 测量初始时间: 10 点20 分) 从第5h 开始分别按4h, 8h, 12h ,,68h 累积平均, 求出各个时间段的平均氡浓度, 以连续测量时间为横坐标作图( 见图2) 。图2 中可看出, 当测量初始时间大致相同时, 随着测量时间的累积, 无论是通风还是封闭状态, 室内平均氡浓度随连续测量时间的变化基本一致, 氡浓度都是经过一个低谷后逐渐波动变缓, 低谷持续时间段为8~ 28h, 低谷点为测量开始后第12h, 也就是说, 若仪器只连续测量12h, 则所得氡浓度与测点实际氡浓度相比*低。从第28h 开始氡浓度波动很小, 继续测量所得氡浓度接近恒定。这是从上午10 点左右开始测量时平均氡浓度随连续测量时间的变化规律, 但氡极易受外界因素影响, 它在一天24h 内浓度变化很大, 那么在其它时间开始测量时是否具有同样的规律呢? 系列3 是同一台仪器在另一测点的测量系列, 测量开始时间为下午5 点。很明显, 其前期浓度变化与上两系列完全不同, 但随着时间的累积, 氡浓度趋于稳定的时间也是在第28h 左右。这说明尽管氡在一天24h 内变化很大( 有可能每一个小时的测量值都不同) , 但到测量的第28h 左右时, 一个空间的连续时间内的平均氡浓度已接近稳定。因此, 用该仪器测量室内氡浓度时, 氡浓度达到基本恒定的时间与初始测量的时间关系不大。以72h 连续测量的封闭室内氡浓度来看, 第48h 以后继续测量累积计算的氡浓度已经相当稳定, 几乎不变, 从第48h 到72h共有7 个平均氡浓度值, 它们分别是( Bq/ m3) : 91,9114, 9017, 9017, 9017, 9018, 9017, 精度( RSD% ) 为0129%。从第28h 到72h 共有12 个平均氡浓度值,精度( RSD% ) 为: 0179%。所以, 使用该仪器测量室内氡浓度, 连续测量时间应大于28h, 如有困难, 也不得少于24h, 为使测点氡浓度更接近实际值, *好连续测量48h 或更长。
4 结论
在同时用两台Model 1027 型连续测氡仪对一房间内氡浓度进行近1 个月的监测后, 得出以下结论:
11 仪器测量结果稳定, 精度好, 操作简便, 适用于室内空气中氡浓度的测量。
21 仪器累积测量时间不得少于24h, *好为48h或更长。
31 仪器数字显示状态置于DISABLE 和ENABLE时均可工作, 为使测量结果更稳定可靠, 仪器数字显示状态置于DISABLE。
41 结果打印有两类平均值, 室内氡浓度可采用任一类平均值, 但对于多点比较测量, 应采用同一类平均值。
51 所测点室内氡浓度为9215 Bq/ m3, 符合我国住房氡浓度控制标准。

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