名稱及毒性分組
(1)中文名稱:氡-222、氡-220及其子體
(2)英文名稱:Radon-222 and radon daughters、Radon-220 and thoron daughters
(3)核素符號:氡-222及其短壽命子體: Rn、 Po(RaA)、 Pb(RaB)、 Bi(RaC)、 Po(RaC’);氡-220及其短壽命子體: Rn、 Po(ThA)、 Pb(ThB)、 Bi(ThC)、 Po(ThC’)、 Tl(ThC’’)。
(4)原子序數:86
(5)原子質量數:222.018(氡-222)、220.011(氡-220)
(7)半衰期: Rn半衰期:3.8235d; Rn半衰期:55.6s
主要來源
(1)天然存在:由於在地殼中普遍有 U的存在, Rn作為 U的衰變產物無處不在,釷系的 Th在一定條件下也與 U共生,其衰變產物 Rn也會與 Rn共存。它們主要來源於大地、海洋、地下水油氣載帶、植物等氡的析出與釋放;地熱資源開發釋放。
(2)核工業釋放:核燃料生產過程,如採礦、水冶是釋放氡的主要環節。
(3)建築物的釋放:來源於建築材料中的 Ra。
(4)煤炭的開採、燃燒。
(5)磷酸鹽工業:來源於磷酸鹽礦石,尤其是海生磷酸鹽礦石為最高。
監測方法
環境氡(Rn)濃度測量
(1)α徑跡蝕刻法(ATD)。又稱固體核徑跡法,是環境氡測量的主要方法之一,也可以用於釷射氣測量。該法適用於環境氡濃度的長期累積測量,直接得到被測場所氡的年平均濃度。其測量原理是:將固體核徑跡探測器置於一個杯形容器中(稱探測杯),杯口用濾膜封閉,以阻擋氡子體進入,氡通過擴散進入杯內,杯內的氡及其子體發射的α粒子轟擊到固體核徑跡探測器上,這些具有一定能量的α粒子在其入射路徑上造成高分子鏈斷裂、電離等過程,在探測器材料上留下微小的分子量級的損傷。
將受照過的探測器置於高濃度的NaOH或KOH溶液中,溫度保持在70℃左右,數十小時後潛徑跡擴大為直徑約數十微米的徑跡,這個過程稱作“蝕刻”。經過蝕刻後的探測器通過光學顯微鏡、縮微膠片閱讀器等光學放大裝置測讀徑跡數,然後計算氡濃度。
(2)活性炭盒測氡法。該法是一種短期累積取樣測量方法,取樣時間一般為2~7天,給出的是短期平均氡濃度,是目前測量室內氡濃度最常用的被動式累積測量裝置之一。常用的有活性炭管濃縮測氡法、活性炭盒γ譜法等。其原理是:活性炭採樣器內裝一定量的活性炭,盒口放置濾膜,以阻擋氡子體進入。氡擴散進炭床內被吸附,氡及衰變的子體全部沉積在活性炭內。然後用γ能譜儀測量活性炭盒的氡子體特徵γ射線峰或用液體閃爍儀測量氡子體放出的β粒子。
(3)靜電收集氡子體測量法。該法可同時檢測環境氡濃度和釷射氣濃度,是目前採用較多的一種可瞬時或連續測量的儀器。其原理是環境空氣中的氡經濾膜過濾掉子體後進入收集室,收集室中心部位裝有α探測器(半導體探測器、ZnS閃爍探測器或固體核徑跡蝕刻探測器),在探測器與收集室之間加有300~4000V的負高壓或上萬伏的柱極體,使收集室中氡衰變出的新生子體(主要是 Po)在靜電場的作用下被收集到探測器表面,通過對氡子體放出的α粒子進行測量計算氡濃度。
(4)脈衝電離室法。是在電離室靜電計測氡法基礎上發展起來的一種新方法。是氡氣通過過濾材料進入電離室,氡原子衰變出的α粒子使空氣電離,產生大量電子和正離子,在電場作用下這些離子向相反方向的兩個不同電極漂移,在收集電極上形成電壓脈衝,主要是正離子產生的慢脈衝,這些脈衝經電子學放大後由計數電路記錄。脈衝數與α粒子數,即氡濃度成正比,經公式計算得出氡濃度。
(5)閃爍室測氡法。又叫盧卡斯室測氡法,氡進入閃爍室後,通過記錄氡及其子體放出的α粒子在ZnS(Ag)閃爍室中引起的閃光數來換算出氡氣濃度。
(6)雙濾膜測氡法。即在一個取樣管(衰變室)兩端分別裝上濾膜,取樣時通過入口濾膜過濾空氣中氡的子體,使純氡以一定流速流過取樣管,到達出口濾膜。在取樣管內產生的氡子體 Po大部分被出口濾膜收集。測量出口濾膜上α放射性活度,由公式計算得到氡濃度。
(7)氣球測氡法。是我國科技人員發明的測氡方法,其原理與雙濾膜法類似,不同之處是把雙濾膜管換成了氣球,入口和出口為同一通路。取樣時以固定流量向氣球充氣,氡子體採樣頭上的入口濾膜濾掉空氣中的氡子體,充氣時間固定;充氣結束後等待數分鐘,將氣球內的空氣以固定流量排出,氣球內新生氡子體被採樣頭上的出口濾膜收集,測量出口濾膜上的α放射性後計算得到氡濃度。該法同時也可測量氡子體α潛能濃度,即測量入口濾膜上的α放射性後計算得到氡子體α潛能濃度。
(8)駐極體法。含氡空氣通過收集盒窗上的濾膜進入收集盒,氡及氡子體衰變的α粒子使盒內空氣產生電離,生成的次級帶電粒子在盒內電場作用下,被柱極體收集,從而改變柱極體的表面電壓,其改變值與進入盒內的氡濃度成正比,通過計算得到氡濃度。
環境釷射氣(Tn)濃度測量
(1)α徑跡蝕刻法測量Tn濃度。採用兩隻探測杯(取樣盒),改變杯中空氣交換率,通過選擇滲透率不同的濾膜或通氣窗面積,使氡( Rn)和Tn( Rn)能很容易地進入空氣交換率較高的一隻。另一隻交換率較低的則只容許氡進入,半衰期較短的Tn被阻擋在外面,分別測量 Rn和 Rn,通過計算得出被測場所空氣中的平均 Rn和 Rn濃度。
(2)靜電收集氡Tn子體法測量Tn濃度。其原理與測氡相同,分為快速測量和長時間連續累計測量。是根據Tn子體產生的典型α能譜分析計算。
(3)雙濾膜法測量220Rn濃度。其原理也與測氡相同,是採集 t(min)後,在 T1~ T2和 T3~ T4兩段時間內測量收集在第二張濾膜上新生氡、Tn子體發射的α粒子來分別計算氡、Tn濃度。
Rn/Tn子體濃度測量法
(1)托馬斯三段法。又叫改進的齊沃格勞法或三段法,是最常用的測量氡子體濃度的方法,此法既可同時測出RaA、RaB、RaC濃度,又可計算出氡子體α潛能濃度。取樣 T=5min,測量取樣後(2´~5´、6´~20´、21´~30´)的α計數,記作 N(2,5)、 N(6,20)、 N(21,30),再通過公式計算得到氡子體RaA、RaB、RaC的活度濃度及氡子體。
(2)積分能譜法。其取樣裝置與托馬斯三段法相同,過程是:取樣10min,測量取樣結束後(2′~5′20′′)時間段 Po能量峰(6MeV)和 Po能量峰(7.68MeV)的α計數,分別記作 G1和 G2,測量取樣結束後(20′~26′40′′)時間段 Po能量峰(7.68MeV)的α計數,記作 G3,由公式計算氡子體濃度 Ca, Cb, Cc。
(3)馬爾柯夫法。是一種常用的測量氡子體α潛能的方法,它採用抽氣過濾法,以選定的流速取樣5min,取樣結束後的第7~10min進行濾紙樣品的α計數測量,然後按一定的公式計算潛能。
(4)庫斯尼茨法。其原理與馬爾柯夫法基本相同,僅採樣測量時序為:取樣5min,測量取樣後的第40~90min任意時刻樣品的α計數率,此時的計數主要由RaC’的α粒子所貢獻,然後按一定的公式計算潛能。
此外,還有氡子體連續測量法、五段法、兩段計數法。
表面氡析出率測量
氡析出率測量是環境氡污染及治理中尋找源項的手段,是對建築材料放射性含量是否符合國家標準的一種鑑別方法,也是退役鈾礦冶設施治理中廢石場、尾礦庫防氡覆蓋治理的關鍵。其測量方法有:
(1)積累法。又稱局部靜態法,又可分為積累快速測量法和積累等時間間隔測量法。即在射氣介質表面扣一個氡積累箱,周邊用不透氣材料密封,累積 t秒後,通過真空或流氣循環等取樣方法,測定積累箱中氡濃度,將氡濃度、積累箱體積、面積、積累時間代入公式計算得出表面氡析出率。
(2)吸附法。活性炭盒吸附法測氡析出率,即用活性炭盒吸附使氡及其子體全部沉積在活性炭內,用γ譜儀測量活性炭盒的氡子體特徵γ射線峰(609keV)或峰群(294keV、352keV、609keV)強度,根據峰面積、累積時間、炭盒取樣面積可計算出氡析出率。
(3)貫穿氣流法。該法與累積法的布置相類似,通過測定貫穿氣流中建立的穩定氡濃度來得到表面氡析出率。其他監測分析方法可參見相關標準如《環境空氣中氡的標準測量方法》(GB/T14582—1993)、《空氣中氡濃度的閃爍瓶測定方法》(GBZ/T155—2002)、《室內氡及其衰變產物測量規範》(GBZ/T182—2006),以及潘自強主編的《電離輻射環境監測與評價》相關內容。
用途
(1)用於製備試驗室用的氡-鈹中子源。
(2)用作氣體示蹤劑,以檢查管道泄漏等情況。
(3)用於預報地震,定期監測深井水中氡含量的變化來預報地震。
(4)醫學套用:如癌症的放射治療中用的“氡氣金針”“氡粒子”。