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技術文章
1027連續測氡儀技術探討
2013-03-05
氡及其子體是人類所受天然輻射照射的主要來源, 也是人患肺癌的誘因之一。氡極易在室內聚集,而人一生80%的時間在室內度過, 所以, 準確測量室內空氣中的氡濃度是研究估算氡及其子體對人體肺臟內照射劑量的基礎, 也是研究空氣中氡濃度與肺癌之間關系不可缺少的內容。

固體徑跡蝕刻法(SSNTD) 是累積測量中*先進、應用*廣泛的一種方法, 它靈敏度高, 穩定性好, 但此法獲得數據周期較長, 不適合一般的篩選測量; 瞬時測量法雖然具有測量時間短, 獲得數據快的特點, 但它受周圍環境的影響太大, 測量結果具有一定的隨意性, 不足以代表室內的實際氡濃度; 短時測量的活性炭吸附法則對測點周圍濕度要求很高。本文介紹一種用連續測氡儀測量室內氡的方法, 并對測量中的若干問題進行討論。實驗用美國Sun- Nuclear 公司生產的Model 1027 型連續測氡儀對一測點室內氡濃度作了連續20 多次的平行監測, 平均每次測量時間約48h, 實驗表明, 用此儀器測量室內氡濃度, 測量時間短, 操作簡便, 精度高。
Model 1027 連續測氡儀介紹
Model 1027 連續測氡儀是美國Sun- Nuclear 公司在Model 1023、1026 連續測氡儀的基礎上更新的*新換代產品, 是美國環保局( EPA) 推薦的便攜式室內測氡儀。


Model 1027 連續測氡儀工作原理及操作
當含有氡的空氣擴散進入儀器的探測器時, 氡衰變成子體同時放出A粒子, A粒子轟擊探測器內光電二極管, 儀器通過特定線路將信號轉換成氡濃度。測量時, 儀器按所設定的間隔時間每隔一間隔時段測量一次平均值。儀器面板有三位數字顯示,按下AVE 按鈕可顯示測量時間內總的平均值。儀器側面有控制顯示的選擇檔, 將選擇檔置于DISABLE狀態時, 數字顯示功能關閉; ENABLE 狀態下數字顯示功能開啟。儀器在兩種狀態下都能正常工作。測量結束后, 將儀器接上便攜式打印機( 在同一公司購買) , 可現場打印出測量結果。打印內容為測量時間內所有間隔時間內的平均值及測量時間內總的平均值和美國環保局推薦平均值。因為在封閉的空間里, 氡及其子體要經過大約3h 才能達到平衡,所以美國環保局推薦將開始測量的前4h 的結果及時間舍棄, 即從第5h 開始累積計算測量時間內總的平均氡濃度, 是為美國環保局推薦平均氡濃度( 以下簡稱推薦平均氡濃度) 。儀器顯示及打印氡濃度的單位均為pCi/ L( 1pCi/ L= 37Bq/ m3) 。


Model 1027 連續測氡儀技術參數量程: 011~ 999 pCi/ L、( 1pCi/ L= 37Bq/ m3)
靈敏度: 215( 計數/ h) / ( pCi/ L)
精確度: ±25%或? 1pCi/ L
固定測量時間間隔: 1, 4, 8, 24h
刻度
儀器2002 年9 月由美國Sun- Nuclear 公司刻度。
 測量過程
在無人居住的單元房內, 選面積約10m
2 的小房間, 房間裝修情況為: 墻壁和天花板刷有瓷粉, 地板鋪肉紅色人造大理石。將兩臺儀器同時放在房間地板上, 分三階段進行為期29 天的平行測量, 每次測量結束, 打印結果( 將儀器兩次測量的間隔時間設置為1h) , 將儀器清零后開始第二次測量。
211 通風測量
在門窗打開的情況下測量兩次, 每次連續測量50h 左右。
212 不通風, 不同顯示狀態下比較測量將門窗緊閉, 1# 儀器面板顯示置于ENABLE 狀態, 2# 儀器面板顯示置DISABLE 狀態, 連續測量4 次, 兩臺儀器數字顯示狀態對調, 測量1 次。每次測量時間約48h。213 不通風, 同一顯示狀態下測量
將門窗緊閉, 兩臺儀器都置于DISABLE 狀態下, 測量7 次, 每次連續測量時間約48h。
3 結果與討論
311 總平均值與推薦平均值的比較根據計算方式的不同, 每次測量可獲得兩類氡濃度。儀器測量累積時間段的平均值稱為氡濃度總平均值( Overall Avg1) , 舍棄測量時段前4h 后累積計算的平均值稱為推薦平均值( EPA Protocol Avg1) 本次工作兩臺儀器同時測量, 共獲得28 對數據, 兩類數據的具體值及相對誤差( 見表1、表2) 。其中, 表1為兩臺儀器分別在通風和不通風情況下各次測量的氡濃度總平均值和推薦平均值及兩者的相對誤差,表2 為兩臺儀器多次測量的平均結果, 兩表中相對誤差= 2 @ I 總平均氡濃度- 推薦平均氡濃度I/ ( 總平均氡濃度+ 推薦平均氡濃度) 。從表1, 2 內容看出, 對于同一臺儀器, 封閉狀態下兩類氡濃度的*小相對誤差為0, *大為619% 。通風時所測氡濃度明顯小于封閉時的氡濃度, 通風時兩類氡濃度的誤差*大為22% , 也小于儀器所提供的精確度( 25% ) 。從表2 可看出, 房間在關閉門窗的狀態下, 兩臺儀器所測的兩類氡濃度的12 次平均值相差很小( 均等于316% ) , 但從表1 所有數據來看, 兩類氡濃度完全相同的占約36%, 其余的均為推薦平均氡濃度大于總平均氡濃度, 即從28 對數據統計來看, 總平均氡濃度小于或等于推薦平均氡濃度。
因在封閉的空間里, 氡及其子體要經過大約3h才能達到平衡, 故有總平均氡濃度與推薦平均氡濃度之分。為形象地說明兩者之間的差別, 將同一臺儀器的11 次每小時測量結果平均( 初始測量時間均在上午10 點左右) , 分別從第1h 所測平均值和第5h所測平均值開始按4h , 8h, 12h ,,48h 累積平均, 觀察兩類氡濃度隨連續測量時間的變化情況( 見表3,
圖1) , 很明顯, 在測量開始的前4 h 的氡濃度平均值( 5718 Bq/ m3) 處于曲線*低點, 它與第48h 的氡濃度的總平均值( 8914 Bq/m3) 的相對誤差為43%, 遠大于儀器提供的精確度( 25% ) 。無論在哪個時間段, 氡濃度環保平均值總是高于氡濃度總平均值, 但隨著測量時間的延長, 兩者越來越接近。所以, 用此儀器測量室內氡濃度, 若因特殊情況, 連續測量時間較短( 小于10h, 因第10h 的氡濃度的平均值與第48h的氡濃度的總平均值的相對雙差為25%, ) , 則采用推薦平均氡濃度更為合理; 若連續測量時間長, 則采用任一種濃度都可以。關于選取合理的連續測量時間將在下面討論。以下討論所引氡濃度平均值均為推薦平均值。
312 測量結果分析
31211 通風與關閉門窗(不通風) 測量結果對比 從表2 可看出, 在通風狀態下的兩次測量, 兩臺儀器結果一致, 氡濃度很低(1617Bq/ m3) , 而不通風時兩臺儀器所測平均氡濃度為9215Bq/ m3, 是通風時濃度的515 倍。通風使室內外空氣對流, 降低了室內氡濃度。
31212 不通風狀態下的測量 兩儀器在不通風時儀器面板數字顯示處于不同狀態下的測量結果及絕對誤差、相對誤差。其中, 絕對誤差= 2# 儀器氡濃度- 1# 儀器氡濃度, 相對誤差= 2 @ 絕對雙差/ ( 2# 儀器氡濃度+ 1# 儀器氡濃度) 。觀察表4, 當儀器在不通風情況下面板顯示均處于DISABLE 狀態時, 兩儀器測量結果的相對誤差均為正值, 說明兩臺儀器在同一條件下測量結果存在系統誤差。兩儀器7 次平均結果分別為9210 Bq/m3 和100 Bq/ m3, 相對誤差813%, 1# 儀器相對于2#儀器的校正系數為1108, 反之, 校正系數為0192。因沒法知道測點氡濃度的真實值, 所以, 兩臺儀器平行測量一測點氡濃度時, *好取平均值。
31213 兩種顯示狀態下所測結果比較 表4 中, 當儀器顯示處于不同狀態時, 兩臺儀器所得結果相對誤差較大。前面已討論, 同一狀態下兩儀器所測結果存在系統誤差, 2# 儀器的測量值高于1# 儀器, 平均相對誤差713% 。當1# 儀器置于ENABLE, 2# 儀器置于DISABLE 狀態時, 它們4 次的測量值平均相對雙差為1019%, 明顯大于713%; 而當1# 儀器置于
DISABLE, 2# 儀器置于ENABLE 狀態時( 第5 次測量) , 兩儀器所測氡濃度完全相同, 相對雙差為0。這說明儀器在DISABLE( 顯示關閉) 狀態下測量比在ENABLE( 顯示開啟) 狀態下測量所受的干擾小, 檢出限低( 儀器出廠時已注明在DISABLE 狀態下工作更穩定) 。但兩種狀態下*大相對誤差( 1914%) 仍小于儀器提供的精確度( 25%) 。所以一般情況下, 儀器在兩種顯示狀態下均可使用, 當進行多點測量比較時, 儀器顯示應處于同一狀態。如果測點濃度很低, 儀器*好在DISABLE 狀態工作。
31214 所測房間平均氡濃度 通風狀態下, 室內4天平均氡濃度為1617 Bq/ m3, 關閉門窗不通風狀態下, 室內24 天平均氡濃度為9215 Bq/m3, 小于我國新建住房氡濃度控制標準( 100 Bq/m3) 。
313 連續測量時間的選擇
將同一臺儀器在通風狀態下測量的每小時平均氡濃度( 測量初始時間: 上午9 點55 分) 和封閉狀態下測量的每小時平均氡濃度( 測量初始時間: 10 點20 分) 從第5h 開始分別按4h, 8h, 12h ,,68h 累積平均, 求出各個時間段的平均氡濃度, 以連續測量時間為橫坐標作圖( 見圖2) 。圖2 中可看出, 當測量初始時間大致相同時, 隨著測量時間的累積, 無論是通風還是封閉狀態, 室內平均氡濃度隨連續測量時間的變化基本一致, 氡濃度都是經過一個低谷后逐漸波動變緩, 低谷持續時間段為8~ 28h, 低谷點為測量開始后第12h, 也就是說, 若儀器只連續測量12h, 則所得氡濃度與測點實際氡濃度相比*低。從第28h 開始氡濃度波動很小, 繼續測量所得氡濃度接近恒定。這是從上午10 點左右開始測量時平均氡濃度隨連續測量時間的變化規律, 但氡極易受外界因素影響, 它在一天24h 內濃度變化很大, 那么在其它時間開始測量時是否具有同樣的規律呢? 系列3 是同一臺儀器在另一測點的測量系列, 測量開始時間為下午5 點。很明顯, 其前期濃度變化與上兩系列完全不同, 但隨著時間的累積, 氡濃度趨于穩定的時間也是在第28h 左右。這說明盡管氡在一天24h 內變化很大( 有可能每一個小時的測量值都不同) , 但到測量的第28h 左右時, 一個空間的連續時間內的平均氡濃度已接近穩定。因此, 用該儀器測量室內氡濃度時, 氡濃度達到基本恒定的時間與初始測量的時間關系不大。以72h 連續測量的封閉室內氡濃度來看, 第48h 以后繼續測量累積計算的氡濃度已經相當穩定, 幾乎不變, 從第48h 到72h共有7 個平均氡濃度值, 它們分別是( Bq/ m3) : 91,9114, 9017, 9017, 9017, 9018, 9017, 精度( RSD% ) 為0129%。從第28h 到72h 共有12 個平均氡濃度值,精度( RSD% ) 為: 0179%。所以, 使用該儀器測量室內氡濃度, 連續測量時間應大于28h, 如有困難, 也不得少于24h, 為使測點氡濃度更接近實際值, *好連續測量48h 或更長。
4 結論
在同時用兩臺Model 1027 型連續測氡儀對一房間內氡濃度進行近1 個月的監測后, 得出以下結論:
11 儀器測量結果穩定, 精度好, 操作簡便, 適用于室內空氣中氡濃度的測量。
21 儀器累積測量時間不得少于24h, *好為48h或更長。
31 儀器數字顯示狀態置于DISABLE 和ENABLE時均可工作, 為使測量結果更穩定可靠, 儀器數字顯示狀態置于DISABLE。
41 結果打印有兩類平均值, 室內氡濃度可采用任一類平均值, 但對于多點比較測量, 應采用同一類平均值。
51 所測點室內氡濃度為9215 Bq/ m3, 符合我國住房氡濃度控制標準。

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