氡析出率测量若干问题研究

论文摘要

近年来我国掺渣建材的广泛使用使得室内氡平均水平有所提高,按建设部刚刚结束的典型城市室内氡调查得到年均氡浓度超100Bqm-3（WHO最新限值）房屋比率3.7%计算,在我国可能有数百万套房屋氡浓度超标,这是一个关系到国计民生与公众健康的重大社会问题。氡是一种可预防和可控制的环境因素,建筑工程上的防护与减缓是降低室内氡的关键和低成本的技术措施。国标《民用建筑工程室内环境污染控制规范（2010年版）》-GB50325-2010明确规定对建筑材料表面和土壤表面氡析出率进行测定。对建材氡的析出率进行限定,具有重要意义,可以从源头上控制室内氡浓度增高。研究快速可靠测量氡析出率的方法,对开展土壤及建材氡析出率测量与控制研究提供了技术保障。本文对国内、外氡析出率主流测量方法的发展现状进行了分析,由于建材表面氡析出率一般只有数mBq.m-2.s-1,我们通过半定量计算认为开环式氡析出率测量方法探测限过高,累积法测量氡析出率更加合适;累积法测量氡析出率也有很多方法,从快速测量出发,选择能实时得到氡浓度数据的静电收集法测氡仪来测量得到集氡罩内氡浓度的变化规律,考虑泄漏和反扩散效应就可以快速得到氡析出率。氡浓度测量的准确性决定了氡析出率的准确性。2003年11月南华大学氡实验室组织的“室内氡检测的现场比对”试验的结果表明:在参与比对试验的各类连续测氡仪之中,RAD7与参考值的偏差最小,而且其重复测量结果平均值的相对标准偏差也比较小。因此我们选择静电收集法测氡仪RAD7作为我们开展本研究的主要仪器。南华大学丘寿康、刘小松老师首先提出了利用RAD7这类静电收集法测氡仪测量氡析出率必须考虑218Po浓度与氡浓度的非平衡修正,并且根据他们的测量条件和参数,给出了一个修正的经验公式。但是,该经验公式只在特定的测量条件下适用,不是普适的。我们对RAD7这一类静电收集法测氡仪的测量原理进行了近似数学分析,发现其主要适用于对环境长期氡浓度的平均值进行测量;即使对于恒定的氡浓度,其测量也有数十分钟的延迟（使用大干燥管时延迟40分钟,使用小干燥管时延迟20-30分钟）;对于变化的氡浓度,RAD7测量值也做了平滑处理。也就是说静电收集法测氡仪不适用于对变化的氡浓度进行追踪。从简化分析出发,我们只使用小干燥管来干燥空气,提出了两种修正算法来快速跟踪氡的浓度变化:（1）当泵的流率较大时,不考虑体积延迟,近似认为测量腔内的氡浓度与外界氡浓度同步变化,对测量腔内的氡浓度变化采用0阶线性近似并从放射性衰变方程出发得到218Po非平衡修正的一般方法;（2）当泵的流率较小时,考虑体积延迟,对外界环境的氡浓度变化进行0阶近似,即外界的氡浓度在每个测量周期内是不变的常数,得到同时进行体积延迟修正和218Po非平衡修正的一般方法。实验证明,这两种修正方法都能够较快的追踪氡浓度的变化。虽然用这两种修正方法对RAD7测量得到集氡罩内的氡浓度数据序列进行递推运算,就可以得到集氡罩内的实际氡浓度数据,然后通过对修正后的数据进行非线性拟合,就可以得到氡析出率,但是计算比较繁琐。在使用小干燥管时,我们根据集氡罩与静电收集法测氡仪的测量腔之间在泵的作用下氡的混合原理,得到了双室氡浓度变化规律,并同时考虑218Po非平衡修正,得到了快速、可靠的氡析出率测量方法,只需要对静电收集法测氡仪测量得到的氡浓度数据序列进行一次非线性拟合就可以得到准确的氡析出率。对氡析出率测量的一般模型进行了简化,并且得到了简化的条件。通过实验证明了该氡析出率测量方法快速、准确。对理论模型上和实验中的误差来源进行了分析,并提出了改进的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 室内氡来源
• 1.2 室内氡对人体的危害
• 1.3 氡析出率测量研究现状
• 1.3.1 介质表面氡析出的机理
• 1.3.2 氡析出率测量与氡测量的关系
• 1.3.3 氡析出率测量常用方法
• 1.3.4 目前氡析出率快速测量方法的不足
• 1.4 论文的研究目标、研究内容以及拟解决的关键科学问题
• 第二章 实验手段及数据处理方法的选择
• 2.1 静电收集法测氡仪的选择
• 2.2 氡析出率参考装置
• 2.3 线性拟合和非线性拟合比较
• 2.4 小结
• 第三章 静电收集法测氡仪测量数据修正方法
• 3.1 静电收集法测氡仪测量原理及实测数据
• 3.2 静电收集法测氡仪测量数据修正思路
• 3.3 静电收集法测氡仪测量腔内氡浓度0 阶近似修正方法
• 3.4 测量腔内氡浓度0 阶近似修正优化条件
• 3.5 测量腔内氡浓度0 阶修正方法的适用条件
• 3.6 外界环境氡浓度0 阶近似修正方法
• 3.7 环境氡浓度0 阶修正方法的适用条件
• 3.8 静电收集法测氡仪温、湿度修正曲线快速确定方法
• 3.9 小结
• 第四章 快速可靠的氡析出率测量方法
• 4.1 测量腔与集氡罩内氡浓度变化规律
• 218Po 非平衡修正'>4.2²¹⁸Po 非平衡修正
• 4.3 实验验证
• 4.4 快速可靠的氡析出率测量模型的简化
• 4.4.1 简化后的快速可靠氡析出率测量模型
• 4.4.2 简化模型成立的另一个条件
• 4.5 几种累积法氡析出率测量模型比较及分析
• 4.6 小结
• 第五章 实验数据的误差来源及分析
• 5.1 实验数据的误差来源
• 5.2 实验数据的误差分析计算
• 第六章 总结与展望
• 6.1 方法研究总结
• 6.2 实验研究的总结
• 6.3 待进一步研究的问题
• 参考文献
• 成果目录
• 致谢