（气土）的溶剂被动吸收测量方法及其平衡因子研究

论文摘要

人类在生存环境中所受到的辐射照射，主要源自天然辐射源的贡献，其中以氡(包括222Rn和220Rn)的短寿命子体所产生剂量的份额最大。与222Rn相比较，由于220Rn的半衰期短，在室内环境空气中的浓度通常较低，其所导致的健康风险问题容易被忽视。然而在一些情况下，220Rn及其子体所产生的剂量与222Rn及其子体产生的剂量相当，并且还可能成为重要的放射性污染源。根据UNSCEAR2000年报告，220Rn及其子体所致剂量是总剂量中的一个重要组成部分，220Rn的辐射照射问题需要得到足够的重视。220Rn是钍放射系中唯一的一个气态核素，其母体232Th是一种广泛存在的天然放射性核素。据调查，我国土壤和建材中的232Th含量高于世界平均水平，我国居民接受的220Rn及其子体照射所致剂量也高于世界平均水平。由于以往的重视不够，与222Rn相比较，无论是对220Rn的测量方法还是对其剂量评价研究，都还存在较大的差距。为此，有必要对220Rn的溶剂被动吸收测量方法及其平衡因子进行研究。1220Rn的溶剂被动吸收测量方法研究根据220Rn易被有机溶剂吸收和半衰期较短的特点，本研究建立了环境空气中220Rn浓度的溶剂被动吸收测量方法。测量方法的研究内容主要包括以下四个方面：（1）探讨220Rn在有机溶剂中的被动吸收机理，初步确定相关的影响因素。（2）制定测量的技术路线，完成测量器具的设计和材料的选择。（3）开展条件试验，对不同溶剂、取样器面积、取样过程中通风速率和温度的影响以及222Rn的干扰等因素进行相关的定量分析。（4）在完成相关的校准后，与其它方法进行实验室、现场的比对测量。对220Rn被有机溶剂吸收的动力学过程进行初步分析后表明，220Rn的吸收量与空气中的220Rn浓度、使用的有机溶剂、取样时间、取样器面积以及取样过程中的环境温度有关系。220Rn被有机溶剂吸收以后，很快衰变完毕，在设定的时间内，可以完成220Rn子体(主要是212Pb)在有机溶剂中的积累。由于220Rn子体也会发生衰变，因此在确定合适的取样时间后，制定方法的工作程序。测量过程分三步来完成，即首先用溶剂被动吸收的方法来完成取样，然后利用适当方式（如燃烧）处理样品，在样品不转移的情况下，通过射线（α粒子）探测间接地得到220Rn浓度。利用南华大学核科学技术学院的220Rn计量检定装置，在确定合适取样时间的基础上，通过大量的室内实验，分别对不同的溶剂和取样器面积、取样过程中的通风速率、温度以及222Rn的干扰等因素的影响程度作了量化分析。实验结果表明，有机溶剂的选择很重要，220Rn取样量与取样器面积成正比，与取样过程中环境温度成反比。222Rn的干扰和通风速率对220Rn吸收的影响可以忽略不计，但222Rn子体的存在对220Rn子体的测定有影响。按照设定的测量程序，在选定有机溶剂（乙二醇）和有关材料后，完成相关的校准。然后与其它方法（连续测量法、核径迹法）进行室内和现场比对测量，所得结果的一致性较好。研究结果表明，采用溶剂被动吸收的方法对环境空气中220Rn浓度进行测量是可行的，该方法具有程序简单、实用性好、成本低廉等特点，且能基本满足环境测量的要求，方法的探测下限可以达到18Bq·m-3。2220Rn的平衡因子研究研究220Rn的平衡因子，目的是为了评价220Rn子体的剂量。为此，本研究提出利用平均220Rn浓度，结合220Rn平衡因子来合理确定环境空气中220Rn子体浓度的思路。通过一系列实验，确定了一些环境条件下的220Rn平衡因子。对于220Rn平衡因子的研究，主要是从三个方面来开展工作：（1）确定特定环境条件下的220Rn平衡因子。为了论证220Rn平衡因子的实用性，通过理论分析，选择特定的环境条件(220Rn、222Rn混合室和地下铜矿作业环境)，实验确定其中的220Rn平衡因子，并对有关因素的影响进行探讨。（2）确定室内环境条件下的220Rn平衡因子。考虑到220Rn浓度在一般生活空间中分布的不均匀性，提出代表性220Rn浓度的概念，并予以定义和确定，以此作为居室环境空气中的平均220Rn浓度。然后利用代表性220Rn浓度，对一些室内环境（特别针对农村土坯房）中的220Rn平衡因子进行实验确定。同时，研究室内环境中的220Rn子体分布规律。（3）利用平衡因子对220Rn子体剂量进行估算。实验结果表明，在一些特定的环境条件下，由于220Rn与其子体浓度的分布相对均匀，两者之间存在稳定的定量关系，即平衡因子保持相对恒定，这说明利用平衡因子的方法来对220Rn子体剂量进行评价是可行的。但是，平衡因子会受到通风状况和气溶胶浓度的影响。通风速度增大，平衡因子减小；环境空气中气溶胶浓度升高，平衡因子增大。在典型地下铜矿作业环境中，采场的220Rn平衡因子为0.08，一些连接通道为0.03。在一般居室的环境空间中，由于220Rn浓度随与析出面距离的增加呈指数下降，分布不均匀，难以通过测量获得其平均浓度，直接利用平衡因子方法对220Rn子体进行剂量评价的难度很大。利用一维空间的平均220Rn浓度来代表居室环境空间的平均浓度，有助于相关问题的解决。在不同的通风状况下，得到农村土坯房室内环境中220Rn平衡因子的典型值分别为0.008（厅房等）和0.012（卧房）。实验结果也表明，在室内环境空气中，随着与析出面距离的不同，220Rn子体浓度会有一些变化，但与220Rn浓度的梯度分布明显不同，220Rn子体浓度的空间分布总体上是均匀的，这也进一步说明了利用平衡因子方法评价220Rn子体剂量的合理性。本研究开发的溶剂被动吸收测量方法，为评价220Rn的辐射危害提供了技术手段，丰富了220Rn的测量方法学。至于220Rn平衡因子的研究，则为220Rn子体的剂量评价奠定了必要的基础。但是，溶剂被动吸收测量方法还存在工作效率偏低、探测下限偏高的问题，还需要作进一步的优化处理。220Rn平衡因子与有关影响因素的关系也还需要进一步量化，以提高剂量评价的工作质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究工作背景
• 1.2 研究工作内容
• 1.3 研究工作意义
• 220Rn的测量与剂量评价研究现状'>2²²⁰Rn的测量与剂量评价研究现状
• 220Rn的测量方法'>2.1²²⁰Rn的测量方法
• 220Rn及其子体的分布规律和剂量评价'>2.2²²⁰Rn及其子体的分布规律和剂量评价
• 220Rn测量的溶剂被动吸收方法研究'>3 用于²²⁰Rn测量的溶剂被动吸收方法研究
• 3.1 基本原理
• 220Rn动力学过程的初步分析'>3.2 溶剂被动吸收²²⁰Rn动力学过程的初步分析
• 3.3 取样时间的确定
• 3.4 测量方法设计
• 3.5 实验结果及分析
• 3.6 小结
• 220Rn平衡因子的初步研究'>4²²⁰Rn平衡因子的初步研究
• 220Rn平衡因子的初步分析'>4.1²²⁰Rn平衡因子的初步分析
• 220Rn平衡因子的定义'>4.2²²⁰Rn平衡因子的定义
• 220Rn平衡因子的简化计算'>4.3²²⁰Rn平衡因子的简化计算
• 220Rn平衡因子'>4.4 特定环境条件下的²²⁰Rn平衡因子
• 4.5 小结
• 220Rn平衡因子的确定'>5 室内环境中²²⁰Rn平衡因子的确定
• 220Rn的理论平衡因子'>5.1 室内环境中²²⁰Rn的理论平衡因子
• 220Rn浓度'>5.2 代表性²²⁰Rn浓度
• 220Rn平衡因子'>5.3 实验室室内环境中的²²⁰Rn平衡因子
• 220Rn平衡因子'>5.4 农村土坯房中的²²⁰Rn平衡因子
• 5.5 小结
• 220Rn子体的剂量估算'>6²²⁰Rn子体的剂量估算
• 6.1 剂量估算方法
• 6.2 剂量估算结果
• 6.3 小结
• 7 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 主要参考文献
• 附录
• 博士在读期间撰写和发表的论文
• 致谢