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建筑室内氡检测的方法探讨

发布时间:2021-07-03作者:admin来源:未知点击:

       多年来, 空气中氡浓度测量已经成为辐射测量的一个重要分支, 氡职业卫生 (矿山坑道、地下工程等) 、测氡找水打井、测氡地震预报等专业测氡 (包括测土壤氡) 范围在不断扩大。
 
2001年国家建设部发布了国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》 (GB 50325) , 强制性规定民用建筑工程竣工验收前, 必须检测包括氡在内的5种室内污染物, 并且, “室内环境质量验收不合格的民用建筑工程, 严禁投入使用”, 全国建设系统的室内测氡工作从此开始。到目前为止, 全国开展室内测氡的机构已有上千家, 技术人员上万人, 他们跟踪着全国每年数以万计的民用建筑工程, 对竣工验收的建筑进行室内氡浓度检测并出具检测报告, 正是这些检测数据决定着建筑物能否交付使用。
 
空气中氡浓度检测方法很多[1], 但有的并不适合于工程检测, 考虑到竣工验收的民用建筑室内氡检测有其一定特点, 因此, 选择适合于建筑室内氡检测的方法, 对满足工程检测需要、保证检测数据质量十分重要。
 
1 传统氡检测方法概述
传统的氡检测方法有5种:径迹蚀刻法、活性炭盒-γ谱仪分析法、双滤膜法、气球法、闪烁室法, 这5种方法均已作为国家标准方法被列入《环境空气中氡的标准测量方法》 (GB/T 14582—1993) 和《空气中氡浓度的闪烁瓶测量方法》 (GB/T 16147—1995) 国家标准中[2,3]。5种氡检测方法的原理概要如下:
 
1.1 径迹蚀刻法
测量原理:氡及其子体发射的α粒子轰击径迹片, 使其产生亚微观型损伤径迹。将此径迹片在一定条件下进行化学或电化学蚀刻, 扩大损伤径迹, 放大后用相应的计数装置进行计数。单位面积上的径迹数与氡浓度和暴露时间的乘积成正比, 用刻度系数将径迹密度换算成氡浓度。
 
径迹蚀刻法受温湿度影响小, 可以根据检测要求, 一次布放大量取样样品, 适合于氡 (222Rn与220Rn的混合) 浓度大面积普查, 加之近年来径迹计数过程的智能化程度提高, 大大简化了实验室繁琐操作。该方法的缺陷是:由于空气中氡浓度一般比较低, 因此, 现场使用时一般要求径迹片盒摆放3个月以上, 否则测量误差大。
 
1.2 活性炭盒-γ谱仪分析法
测量原理:空气扩散进入活性炭盒的炭床内, 其中的氡被活性炭吸附, 同时衰变, 新生的218Po子体便沉积在活性炭内。用低本底多道γ谱仪测量活性炭盒的218Po氡子体衰变特征γ射线峰 (或峰群) 强度, 特征峰强度与氡浓度成正比, 经过标准氡室标定, 给出“体积活度响应”系数, 通过脉冲计数来计算出被测场所空气中氡浓度。
 
此方法可以同时在不同场所布放大量取样样品, 使用时要求活性炭盒在现场摆放2天到7天, 实验室测量计算使用配有专用分析软件的低本底多道γ谱仪, 适合于大面积氡浓度测量。其缺陷是:活性炭对水分吸附性强, 而吸附水分后影响到对氡及其放射性子体的吸附, 因此, 在现场应用时要根据现场环境湿度情况进行湿度修正, 否则测量误差大。
 
1.3 双滤膜法
测量原理:抽气泵将被测空气经过第一层滤膜, 过滤掉氡子体后进入圆筒, 后经过第二层滤膜, 对过滤下来的氡子体进行α放射性测量, 根据单位时间内的脉冲数与氡浓度的正比关系, 来确定空气中氡的浓度。
 
双滤膜法在现场取样后, 使用便携式α射线测量仪器可以在现场完成测量计算, 快速得出测量结果。其缺陷是:仪器设备包括抽气量较大的抽气泵 (每分钟数十升) 、空气流量计、α射线测量仪器以及必要的支架、抽气系统等, 较为笨重, 现场使用不方便。
 
1.4 气球法
测量原理:同双滤膜法, 抽气泵将被测空气经过第一层滤膜, 过滤掉氡子体后的氡进入气球, 然后经过第二层滤膜排出, 对过滤下来的氡子体进行α放射性测量, 根据单位时间内的脉冲数与氡浓度的正比关系, 来确定空气中氡的浓度。气球法在现场取样后, 使用便携式α射线测量仪器可以在现场完成测量计算, 快速得出测量结果。其缺陷是:仪器设备包括抽气量较大的抽气泵 (每分钟数十升) 、空气流量计、α射线测量仪器以及必要的支架、抽气系统等, 较为笨重, 现场使用不方便。
 
1.5 闪烁瓶法
测量原理:空气经过滤吸入闪烁室, 氡及其子体发射的α粒子使闪烁室壁上的ZnS (Ag) 膜发光, 在光电倍增管作用下, 光信号转换成电脉冲信号, 脉冲计数与氡浓度成正比, 现场测量时, 通过测量电脉冲信号得知空气中的氡浓度。此方法经过改进, 多采用一体配置的抽气泵流气式采集空气, 并与同样一体配置的α粒子测量装置配套, 大大提高了工作效率。
 
可以说, 以上5种方法均能满足一般空气中氡浓度测量要求, 各有其优点。
 
近一些年来, 随着测氡技术水平的不断提高, 陆续出现了一些新的测氡方法, 例如:静电收集半导体探测器法、泵吸静电收集α能谱分析法、利用脉冲电离室测氡的脉冲电离室法 (可分为泵吸与扩散两种类型) 等测氡方法。
 
2 建筑室内氡检测的特点
所谓建筑室内氡检测, 一般指民用建筑竣工验收的室内氡检测, 它有如下特点:
 
(1) 民用建筑竣工验收的室内氡检测是按照国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》 (GB 50325) 要求进行的, 氡浓度测量结果超标房屋将不能通过验收, 不能交付使用。因此, 建筑物竣工验收进行室内氡浓度检测属国家强制性要求, 检测结果决定建筑物能否交付使用, 关系重大。
 
(2) 工程竣工验收检测往往时间集中、要求急、工作量大, 因此, 取样测量过程长的检测活动不适用 (如长期累积式测氡方法) 。
 
(3) 工程竣工验收不受季节影响, 不分春夏秋冬。我国国土辽阔, 检测方法必须适应不同温、湿度环境等要求;取样检测又在工地现场进行, 因此, 取样测量操作应简便易行, 最好现场即可以看到检测结果 (工程检测习惯) 。
 
(4) 既然建筑竣工验收室内氡检测的主要目的是回答“是否超标”, 那么, 取样检测属筛选性检测, 也就是说, 测量值在限量值上下时, 检测要过细;明显超过限量值或者明显低于限量值时, 测量可以放宽误差要求。
 
调查发现, 十多年来, 随着我国多行业测氡工作逐步展开, 原“国标”所列的适用于我国情况的测氡方法使用者越来越多, 不适用的测氡方法使用者已越来越少。在此背景下, 有必要总结十多年来使用 (包括研究改进) 测氡方法的经验体会, 将那些适用的方法肯定下来, 引进新的适用新方法, 逐步推动我国氡测量更加规范化和技术水平不断提高。
 
3 建筑室内氡检测方法的遴选
适用于建筑室内氡检测的方法必须满足工程竣工验收室内测氡要求。从此出发, 可以对各种氡检测方法进行遴选。
 
3.1 传统测氡方法的比较分析
分析比较列入国家标准的5种氡检测方法后可以发现:径迹蚀刻法的检测周期过长, 不适合于工程竣工验收情况下的室内氡检测, 难以采用;活性炭盒法虽然其检测周期较长, 但可一次布放许多活性炭盒, 适合于取样测量数量大的情况, 需要注意的是活性炭受空气湿度影响很大, 因此, 必须对测量结果进行湿度修正, 否则检测结果准确性难以保证;双滤膜法取样测量装置较笨重, 现场使用不方便, 不是一种理想检测方法;气球法情况相同;配有抽气泵和α粒子测量装置的的闪烁瓶法适合建筑竣工检测要求, 可以采用。
 
3.2 新测氡方法的考核比对
为了遴选出适合建筑室内氡检测的方法, 对尚未纳入国家标准的泵吸静电收集能谱分析法、泵吸脉冲电离室法利用标准氡室进行了考核比对, 分别简要介绍如下:
 
(1) 泵吸静电收集能谱分析法
测量原理:抽气泵将被测空气经过干燥器和滤膜, 过滤掉子体后进入收集室, 在负高电位作用下, 氡-222、氡-220衰变子体钋-218、钋-216被收集到半导体探测器上, 钋-218、钋-216衰变出的α粒子入射探测器产生电脉冲信号, 被电子线路放大进入多道脉冲分析器, 随后被记录, 单位时间内的脉冲数与氡浓度成正比。现场测量时, 通过脉冲计数来计算出被测场所空气中氡浓度。泵吸静电收集能谱分析法使用过程中, 需注意湿度影响, 为此, 商用仪器均配有干燥器。
 
泵吸静电收集能谱分析法利用α能谱多道分析技术, 一改其他测氡方法的两种氡混合测量 (氡-222与氡-220) 为氡-222及氡-220两者的可单独测量和单独评价, 大大提高了测氡技术水平, 特别是有土壤氡渗入室内情况下, 可以利用该法的单独测氡-220技术, 寻找出土壤氡渗入室内的渗入点, 从而大大简化建筑物防氡的工程处理难度。
 
图1为泵吸静电收集能谱分析法的时间响应曲线。从图1中可看出, 取样检测开始1 h, 测量值可以达到稳定值的90%上下。通过标准氡室取样测量考核比对可以看出, 泵吸静电收集能谱分析法取样测量的时间响应过程快, 符合工程竣工检测要求。
 
图1 泵吸静电收集能谱分析法的时间响应
 
Fig.1 Pumping-electrostatic collection-timeresponse of energy spectrum analysis
 
(2) 泵吸脉冲电离室法
测量原理:环境空气中的氡在抽气泵抽吸下, 经过滤膜过滤掉子体后进入电离室, 氡及其衰变产物衰变发出的α粒子使空气电离, 产生大量电子和正离子, 在电场的作用下这些粒子向相反方向的两个不同的电极漂移, 在收集电极上形成电压脉冲或电流脉冲, 脉冲计数与氡浓度成正比。现场测量时, 通过脉冲计数来计算出被测场所空气中氡浓度。
 
泵吸脉冲电离室法仪器结构简单、轻便, 稳定性好, 基本不受环境温湿度影响, 可以作为标准器使用。
 
图2为泵吸脉冲电离室法的时间响应曲线。由图2可见, 取样测量1 h, 测量值可以达到稳定值的80%~90%上下。通过标准氡室考核比对可以看出, 泵吸脉冲电离室法取样测量的时间响应过程快, 符合工程竣工检测要求。
 
图2 泵吸脉冲电离室法的时间响应
 
Fig.2 Pumping-pulsed ion chamber-timeresponse of energy spectrum analysis
 
(3) 遴选出的4种测氡方法
遴选出4种适合于建筑竣工验收氡检测测氡方法:泵吸静电收集能谱分析法、泵吸闪烁室法、泵吸脉冲电离室法、活性炭盒-低本底多道γ 谱仪法 (见表1) 。
 
表1 民用建筑工程竣工验收室内氡浓度宜采用的筛选检测方法 导出到EXCEL
 
Tab.1 Suitable screening and detection methods
 
 
检测方法 探测器类型

泵吸静电收集能谱分析法,
排除湿度影响
半导体型探测器

泵吸闪烁室法
硫化锌闪烁室-光电倍增管

泵吸脉冲电离室法, 流气式
流气式脉冲电离室

活性炭盒-低本底多道γ
谱仪法, 排除湿度影响
4 氡检测方法现场应用
建筑竣工验收室内氡检测的主要目的是回答“是否超标”, 因此, 氡取样检测属筛选性检测, 为了保证检测数据质量, 对不同测氡方法的现场使用应有不同要求。
 
(1) 由于一般情况下室内氡浓度不高 (在几十Bq/m3上下) , 工程验收短时间测量统计误差大, 为了提高数据可靠性, 泵吸静电收集能谱分析法、泵吸闪烁室法、泵吸脉冲电离室法现场使用时, 应按照国家标准GB 50325要求, 在房屋对外门窗关闭24 h后进行。
 
(2) 现场检测过程中, 泵吸静电收集能谱分析法每检测点的取样测量时间不少于1 h;并且, 不应因前一检测点检测时氡衰变子体在探测器内存留对后一检测产生影响, 为此, 每检测点取样检测结束后需随即排出探测器内存留的空气, 下一测量开始时间与前一检测点测量结束的时间间隔应大于15 min。
 
(3) 泵吸闪烁室法检测过程中, 每检测点的取样测量时间不少于1 h, 同样不应因前一检测点检测时氡衰变子体在探测器内存留对后一检测产生影响, 为此, 每检测点取样检测结束后需随即排出探测器内存留的空气, 每检测点测量开始时间与前一检测点测量结束的时间间隔应大于15 min。
 
(4) 泵吸脉冲电离室法检测过程中, 每检测点的取样测量时间不少于1 h。
 
(5) 使用活性炭盒-低本底多道γ 谱仪法时, 应先在氡室对活性炭盒进行相对湿度30%、50%、80%三种情况下的校准, 现场应用时, 活性炭盒应放置2~7 d, 并根据现场湿度情况, 对γ 谱仪的测量结果进行湿度修正。

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