氡析出率的测定

66.4.4.1 土壤表面氡析出率的测定 氡析出率测量仪

测量步骤

首先在建筑场地按20m×20m网格点布点，网格点交叉处进行土壤氡析出率测量。测量时，须清扫采样点地面，去除腐殖质、杂草及石块，把取样器扣在平整后的地面上，并用泥土对取样器周围进行密封，防止漏气，准备就绪后，开始测量并开始计时(t)。

土壤氡析出率检测仪  出率测量过程中，应注意控制下列几个环节。

1)使用聚集罩时，罩口与介质表面的接缝处应当封堵，避免罩内氡向罩外扩散(一般情况下，可在罩沿周边培一圈泥土，即可满足要求)。对于从罩内抽取空气测量的仪器类型来说，必须更加注意。

2)被测介质表面应平整，保证各个测量点测量过程中罩内空间的体积不出现明显变化。

3)测量的聚集时间等参数应与仪器测量灵敏度相适应，以保证足够的测量准确度。

4)测量应在无风或微风条件下进行。

结果计算(使用聚集罩情况)

用下式求被测地面的氡析出率:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:R为土壤表面氡析出率，Bq/(m2·s);Nt为t时刻测得的罩内氡浓度，Bq/m3;V为聚集罩与介质表面所围住的空气体积，m3;A为聚集罩所罩住的介质表面的面积，m2;t为测量经历的时间，s。

66.4.4.2 被动收集型法

(1)径迹蚀刻法

径迹蚀刻法的原理和方法见66.4.1.1中径迹刻蚀法。按下式计算222Rn析出率:

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式中:CRn为222Rn析出率，Bq/(m2·s);TD为单位面积222Rn径迹数，个/m2;V为采样小室体积，m3;S为采样小室底面积，m2;R为CR-39刻度因子，m3·(m2·Bq·s)-1;t为放置时间，h。

测量步骤

把CR-39片子剪成"66mm的圆片，铺到"66mm的采样盒小室内密封。采样时把小盒放到"150mm大塑料盒内部顶端，大盒扣到地面，并在地面放氯化钙干燥剂少许，周围用土壤密封、踩实。采样0.5～2h取出小盒，密封带回实验室测量。

(2)活性炭吸附法

方法提要

本法用活性炭累积吸附，γ能谱分析测定建筑物表面氡析出率，适用于建筑物(含建筑构件)平整表面的氡析出率的测定。各种土壤、岩石表面的氡析出率的测定可参照使用。

仪器和设备

活性炭盒(容器)采用低放射性材料(如聚乙烯、有机玻璃、不锈钢等)制成的内装活性炭的圆柱形容器，其底部直径应等于或稍小于γ探测器的直径，高度以直径的三分之一到三分之二为宜;活性炭选用微孔结构发达、比表面积大、粒径为18～28目的优质椰壳颗粒状活性炭;网罩选用具有良好透气性的材料，如尼龙纱网、金属筛网或纱布，罩于活性炭盒开口表面，网罩栅孔密度应与活性炭粒径相匹配;真空封泥用于密封活性炭盒和待测介质表面之间的缝隙，固定它们之间的相对位置。

γ能谱仪探测器①闪烁探测器NaI(Tl)由不小于"7.5cm×7.5cm的圆柱形NaI(Tl)晶体和低噪声光电倍增管组成，探测器对137Cs的661.6keVγ射线的分辨率应优于9%。②半导体探测器Ge(Li)或高纯锗(HPGe)其灵敏体积大于50cm3，对60Co的1332.5keV特征γ射线的分辨率应优于2.2keV。

屏蔽室应选用放射性核素含量低且无表面污染的屏蔽材料，探测器应置于壁厚不小于10cm铅当量的屏蔽室中央，屏蔽室内壁距探测器表面的最小距离应大于13cm，铅室的内衬应由原子序数逐渐递减的多层屏蔽材料组成，从外向里可依次由1.6mm镉、0.4mm铜及2～3mm厚的有机玻璃材料等组成。屏蔽室应有便于取放试样的门。

高压电源应有保证探测器稳定工作的高压电源，其纹波电压不大于±0.01%，对半导体探测器高压应在0～5kV范围内连续可调。谱放大器应有与前置放大器及脉冲高度分析器匹配的具有波形调节的放大器。脉冲高度分析器，NaI(Tl)γ谱仪的道数应不少于256道，对于高分辨半导体γ谱仪其道数应不小于4096道。γ谱仪可以与专用或通用微机联接，进行计算机在线能谱数据处理，亦可以用计算器人工处理。

测量步骤

活性炭盒的制备:将活性炭置于烘箱内，在120℃下烘烤7～8h，以去除活性炭中残存的氡气。将烘烤过的活性炭装满活性炭盒容器，称量，各炭盒间质量差应小于0.5%，然后加网罩，加盖，密封待用。留1～2个新制备的，没有暴露于氡和子体的活性炭盒(简称“新鲜”炭盒)于实验室中，作为本底计数测量用。

析出氡的收集:去除实际欲测建筑物表面的灰尘和砂粒。打开活性炭盒，倒扣于该表面，周围用真空泥固定和封严，记下开始收集析出氡的时间。析出氡收集持续5～7d。收集结束时，除去真空泥，小心取下活性炭盒，加盖密封，记录结束时间，带回实验室。

氡的测量:用226Ra检验源检查和调整γ谱仪使之处于正常工作状态。在与试样测量相同的条件下，在γ谱仪上测量“新鲜”活性炭盒的本底γ能谱。收集结束后的活性炭盒放置3h以上。当用高分辨γ谱仪时，测量214Bi的0.669MeV、214Pb的0.241MeV、0.295MeV和0.352MeV其中的一个或几个γ射线峰计数率;当用NaI(Tl)γ谱仪时，测量上述能量相应能区的计数率。

按下式计算建筑物表面氡析出率:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:R为氡的面积析出率，Bq·m-2·s-1;nc为活性炭盒内所选定的氡子体γ射线峰或能区的计数率，s-1;nb为与nc相对应的“新鲜”活性炭盒的计数率，s-1;t1为活性炭盒收集析出氡的时间，s;t2为收集结束时间到测量开始时间的时间间隔，s;ε为与nc相应的γ射线峰能量或能区处的探测效率;S为被测表面的面积，m2;λ为氡的放射性衰变常数，2.1×10-6s-1。

探测效率刻度

体标准源的制备:标准源基质与活性炭盒所用的活性炭种类相同且等量。称取由国家法定计量部门认定的已知比活度的碳酸钡镭标准粉末(精确至0.0001g)，其总活度应在50～500Bq范围内，比活度的相对标准偏差不大于4%。将标准粉末置于500mL烧杯中，以1mol/LHCl溶解，再用0.1mol/LHCl稀释到所需体积(应足以使活性炭基质全部浸入)，倒入活性炭颗粒，并不断搅拌;将活性炭在红外灯下烘烤，使其水分不断蒸发，在将近恒量时，转移到另一干净烧杯中，用少量0.1mol/LHCl洗液清洗用过的500mL烧杯，将清洗液倒入活性炭中(注意不要与目前盛放活性炭的干净烧杯壁接触)，再用红外灯烘烤，不断搅匀，直至恒量。将活性炭转入空的活性炭盒内，铺平，加盖，密封，放置30d。待226Ra与氡及其子体处于放射性平衡后备用。标准源的综合不确定度(一倍标准偏差)应控制在±5%以内。

刻度

按照使用说明书的要求正确安装和调整γ谱仪系统，包括探测器、电源、前置放大器、谱仪放大器、脉冲高度分析器和计算机系统，使其处于最佳工作状态。在与试样测量相同条件下，分别获取上述已知226Ra活度的体标准源γ能谱和“新鲜”活性炭盒本底谱。从净谱中选择氡的子体214Pb的0.241MeV、0.295MeV、0.352MeV以及214Bi的0.669MeV中的一个或几个γ射线的全能峰，并计算其净峰计数率。如果使用NaI(Tl)闪烁探测器，在上述几个γ射线峰不能清楚分开时，亦可计算包含上述一个以上峰的能区净计数;根据所选γ射线的全能峰(或所选能区)净计数率，计算探测效率。

测量的相对标准偏差

面积氡析出率测量结果的相对标准偏差为:

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式中:σtotal为总相对标准偏差，%;σcalib为效率刻度的相对标准偏差，%;σct为测量计数相对标准偏差，%。

σct可用下式计算:

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式中:Ns为活性炭盒内选定的氡子体γ射线峰或能区的积分计数;Nb为与Ns相对应的“新鲜”活性炭盒的积分计数;ts为试样计数时间;tb为本底计数时间。

建筑物表面氡析出率的探测下限

主要取决于所用γ谱仪的探测下限，该探测下限是在给定置信度情况下该系统可以测到的最低活度。以计数为单位的探测下限可表示为:

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式中:C(LLD)为探测下限;Kα为与预选的错误判断放射性存在的风险概率(α)相应的标准正态变量的上限百分位数值;Kβ为与探测放射性存在的预选置信度(1-β)相应的值;σ0为净试样放射性测量的计数统计标准偏差。

对于各种α和β水平，K值列于66.13。

表66.13 各种α和β水平对应的K值

如果α和β值在同一水平上，则Kα=Kβ=K0

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以计数率为单位的探测下限，是在给定条件下，最小可探测的计数率。如果活性炭盒内氡的放射性活度与本底接近时，最小可探测计数率为:

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式中:C(LLD，cT)为最小可探测计数率;tb为本底谱测量时间;Nb为本底谱中相应于某一全能峰或能区的本底计数。

根据最小可探测计数率，按式(66.36)可以计算出最小可探测表面氡析出率。

干扰和影响因素

1)活性炭盒倒扣于建筑物表面，所得结果不代表自然状态下氡的析出率，而相当于外界空气中氡浓度为0时氡的析出率，即最大析出率。这种方法不考虑外界空气风速、交换率的影响。但可能引起活性炭盒所扣处被测材料局部含水量的变化，对氡的析出率产生微小干扰。

2)在收集析出氡期间，面积氡析出率实际上受周围环境的气象、温度、湿度、气压、风速变化等影响，因此，测量结果只代表在对应的环境条件下收集期间内面积氡析出率的平均值。

3)在用NaI(Tl)γ谱仪确定活性炭盒所收集的氡活度时，氡子体214Pb的0.242MeVγ射线峰受Th射气子体212Pb的0.238MeVγ射线峰的干扰;该干扰对测量结果的影响小于1%，用高分辨率的半导体探测器测量，不存在这种干扰。

注意事项

1)这种方法的优点是布样方便，无源，不用维修，可重复使用，适合大规模的氡调查。具有测量结果稳定，受环境因素影响小，探测器被动式测量，不需电源，测量简单。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学特性，可以耐强酸和强碱，能经受水浸、高温、高压的作用，不易破碎，气流阻力小，便于应用。缺点是活性炭对氡的吸附并非完全积累过程，因此采样结束前的氡浓度对平均结果的影响较大，只能用于短期测量(2～7d)。普通型采样器受温、湿度影响较大，但改进型的采样器则不受温、湿度的影响。

2)还有一种利用解析原理的活性炭吸附法，该方法将活性炭吸附的氡通过加热解析到电离室或闪烁室中进行测量。

3)活性炭吸附法测氡析出率的采样装置有许多，如图66.17所示，它由采集桶和活性炭盒(加滤膜)组成，通过测量活性炭的氡浓度来计算氡析出率。有的采样器采用铝质结构，轻便、抗腐蚀，采样器大小恰好与测量仪器探头的尺寸匹配。采样器分为上下两部分，有螺纹可以衔接。上部分为活性炭室，炭床表面放置一金属网，用于固定活性炭，网眼尺寸与活性炭粒度相匹配，装填活性炭时金属网可取下。下部为储气室，呈管状，与上部内径相同。由于针的半衰期很短，选择的储气室高度足以使针射气衰减掉。在上下两部分之间放置一烧结金属过滤器，烧结金属过滤器可取下，测量时过滤器由采样器内侧车床车出的1.5mm的沿托住，起到过滤湿气的作用，防止活性炭吸潮后吸附效率降低，图66.18为该采样器示意图。

图66.17 常用的采样装置示意图

图66.18 采样器示意图A—活性炭室;B—储气室

(3)驻极体收集法

方法提要

驻极体收集积分测量法是一种多功能快速测量法。既能测定量体积活度，又能测定量析出率。仪器的采样小室是一个上部封口的塑料桶，其中装有驻极体探测器，下部有一个过滤窗底盘。将未装底盘的采样小室直接扣在被测物的表面，即可实现对量析出率的测量。

图66.19 驻极体收集法测量装置结构原理图

测量装置

驻极体收集法氡析出测量装置由采样小室、驻极体探测盒组成。结构原理见图66.19。采样盒是1个圆柱形塑料筒，盒顶部装有驻极体探测盒。被测表面析出的氡在盒内衰变时形成2l8Po粒子，在驻极体电场作用下，2l8Po粒子大部分被吸附在探测器表面。2l8Po衰变时发射的α粒子会使驻极体的表面电荷特性发生变化。利用驻极体表面电位测量仪记录这种变化，经过刻度就可确定待测空气中的氡浓度。根据其氡浓度可确定氡的析出水平，即氡析出率［Bq/(m2·s)］。因驻极体静电场对氡子体的收集效率受空气湿度影响，盒内放干燥剂，可保持恒定的收集效率。

测量步骤

测量时将收集装置扣在待测材料表面，周围用浮土埋好密封。在采样结束后将驻极体探测盒用驻极体保护盖密封起来，用驻极体读数仪读出各自结束的读数并记录。

注意事项

方法灵敏度高，采样周期短，操作方便，可成批采样。采样点分布不太分散时，用30个采样小室一天可采100多个氡析出率试样。

(4)局部静态法

方法提要

局部静态法是测量暴露表面氡析出率的一种方法。该方法为瞬时测量法，有很高的灵敏度，取样时间短，而且设备简单，适合于测量大地、建筑物表面的极低的氡析出率。其受气象等因素影响大，测量重现性差。其工作原理是:用不透气的板材制成的氡收集器倒扣在被测物的表面上，四周用密封材料封好，这时被测物表面析出的氡将被收集在收集器和被测物表面共同包容的收集空间里，这样便可根据收集空间里氡体积活度的变化计算确定氡析出率。

测量装置

局部静态法测量装置由一个由不透气的材料制成积累箱和氡收集器组成。积累箱用有机玻璃制成，尺寸0.735m×0.530m×0.058m。

测量步骤

用积累箱开口一侧紧贴待测物体表面，周围用密封材料密封，构成积累箱，经一定时间后采集箱内气体，进行氡活度分析，分别计算出氡的析出率。

66.4.4.3 主动抽气采集型法

(1)双滤膜法

方法提要

双滤膜法是一种绝对测氡方法，它是通过测量氡在衰变筒内新生子体的α辐射强度以达到测氡的目的。双滤膜法测量的直接对象是氡的短寿子体的α射线，由于衰变链中的氡与其子体之间有着确定的比例关系，所以通过测定其短寿子体的α射线强度就可以求得析出的氡量，从而计算出氡析出率。

测量装置

双滤膜法测量氡析出率的装置见图66.20。

图66.20 双滤膜法测量装置示意图

FT-648绝对测氡仪是测量大气氡的常用仪器，测量时将入气口和进气口与积累腔连接即可。积累腔厚约3mm，扣地面积1.77m2，腔体容积210L。远大于衰变筒14.8L的容积，满足测量要求。

测量步骤

先平整测点处的地面，除去杂草。然后扣上积累腔，其周围用掺水的黏土封堵。此道工序必须认真做好，因封堵不严会导致氡泄漏过大;否则就失去了测量的基础。

1)以积累腔开始封闭的时间作为积累时间的起点，并以测量点所在地的大气氡浓度作为t=0时积累腔内的起始浓度。

2)采样测量时间t可以在0到2h之间任选，工作方法是15'+1'+30'的方式(即15min采样，1min换位，30min累计计数)，对不同的地点作氡析出率测量。

3)仪器刻度采用与测量时相同的间隔时间测量。

(2)静电收集法

方法提要

当被测物体表面析出的氡进入收集室后，其衰变产生的带正电的氡子体在收集室壁+2500V高压的作用下被收集到探测器表面，α谱仪根据探测到的不同能量α粒子的计数给出α能谱，微处理器和计算芯片根据α能谱识别出218Po和216Po特征峰，并根据系统参数计算出222Rn和220Rn浓度，再计算出氡析出率。

测量装置

以德国TRACERLAB公司生产的ERS-2型静电收集式氡采样器为例，这是一种主要为测量土壤或建材表面氡钍射气析出率而设计的仪器，同时也具有连续测量氡钍射气浓度的功能。仪器具有一个和仪器主体一体化的金属制半球形的集氡腔，体积1.55L，有效半径166mm，金属腔壁上连有2500V正高压。ERS-2型仪器测量222Rn、220Rn析出率示意图如图66.21所示。

主要性能参数

1)仪器放置在有弹簧垫圈的铝制手提箱中，方便运输和野外操作。

2)具有一个和仪器主体一体化的金属制半球形的集氡腔，体积1.55L，有效半径166mm，金属腔壁上连有2500V正高压。

3)可以使用100～240V的交流电源或有着连续使用12h左右容量的自带电池为仪器供电。电池的充电时间与使用时间相同，如可以一次性充电8h，然后连续使用8h。

4)仪器可以按照事先选择好的测量周期(1～9999min)存储大于750个周期的完整的α计数谱数据和氡钍射气浓度数据，以备以后读出，其存储器断电后数据不会丢失。

5)仪器使用的是金硅面垒型(PIPS)α探测器和256道多道计数器，测量结果的评价和计算由α谱仪给出的α计数谱完成(见图66.21)。ERS-2具有快速响应、效率高的特点，仪器自带的微处理器和计算芯片将实时给出以Bq/m3为单位的222Rn和220Rn浓度。

图66.21 ERS-2型仪器测量222Rn、220Rn析出率示意图

6)仪器自带流量10～75L/h的气泵，可用于连续测量222Rn或220Rn浓度时将待测气体泵进密封的集氡腔。对于析出率测量，只需把集氡腔密封盖去掉，仪器放置在待测表面即可。

7)仪器具有一个可以实现实时显示氡浓度数据、显示系统参数、设置测量周期，和控制仪器本身与气泵的开关等多项功能的触摸式液晶操作键盘。

8)仪器可以通过RS-232接口与PC机实现实时在线数据交换。PC机可以通过超级终端读取存储器上按周期储存的以Bq/m3单位的222Rn和220Rn浓度数据并保存成文本文档，还可以通过超级终端对仪器实行设置系统参数、清空存储器等多项命令。

9)氡析出率的计算，将在PC机上通过提供的数据处理软件完成。该软件读入超级终端保存好的数据文本，经过计算后给出以mBq/(m2·s)为单位的氡析出率值。对于220Rn析出率的计算，由于220Rn半衰期很短，实测数据中很难观察到其线性增长与指数增长的过程，所以软件只采用平台估计法计算220Rn析出率。

测量步骤

1)将充好电的ERS-2仪器集氡腔密封盖取下，在腔口放置好密封用的硅胶圈，把仪器放在事先平整好的地面上，周围用浮土埋好密封。

2)开启电源、高压，设置测量周期T=10min，开始测量并记录起始测量时间与起始周期序数。

3)测量约4～5个周期，关高压、电源并记录终止周期序数。用泵冲洗集氡腔内残余氡气。

4)连接ERS-2与PC机，通过超级终端读取本次测量起始周期与终止周期之间的各周期谱数据或氡浓度数据，保存成文本文档。

5)在PC机上打开数据处理软件，读入文本文档中数据，观察数据点变化趋势，选择拟合起止点，选择线性拟合方式，记录软件给出的氡析出率值。

6)当仪器显示的周期序数接近750时，用PC机通过超级终端发出清空仪器存储器的命令清理数据。