几种常用土壤氡浓度测量技术分析

颜国旭 李佳俊 陈文秀 李姝彬

（成都理工大学，四川 成都610059）

1 概述

氡（222Rn）是一种广泛存在于自然界的惰性气体，在析出等运移过程中基本上不参与任何化学反应。氡属于铀系天然放射性衰变系列核素之一，是唯一一种气体元素，其辐射量占年辐射总量的70%。氡的辐射污染作为一种高敏感环境污染，俨然已经成为社会所面临的严重问题之一。准确测量氡及氡的子体是采取各种防护措施的必要前提。本文针对壤中氡气测量的特点，通过实验数据，分析各种土壤测氡技术的优缺点和工程适用性，获得土壤测氡工程应用最佳土壤测氡方案。

2 土壤中氡浓度现有测量技术分析

目前的土壤氡测量方法按测量时间长短来分可分为累积测量和瞬时测量；按测量技术分可分为α 能谱测氡，α 总量测氡；按采样方式可分为吸附测氡和泵吸式测氡；按探测器分半导体、ZnS（Ag）闪烁体、α 经迹探测器、NaI（Tl）等。

累积测量中，典型的方法是α 径迹法、活性炭法、α 杯吸附法。其中α 径迹法需要几十天至数月，这给径迹片回收带来困难。由于实际间隔太久，工程实践中回收率仅80%左右。活性炭法需要埋置数天，通常是7 天左右，回收后必须要在同一间隔实际内完成测量。α 杯累积法，时间较短，仅需要4 小时即可，同时可以现场完成快速测量。

3 常用土壤测氡技术工作原理分析

3.1 α 杯法土壤测氡

α 杯测氡也即RaA+RaC 测氡。α 杯为对氡子体具有良好吸附性能的聚酯塑料材料制成，将α 杯置于土壤中。壤中氡其子体具有气溶胶性质且是带正电的，具有吸附到物体表面能力[6，7]。放射性动态平衡后氡子体的吸附到物体表面的量是与氡浓度存在线性关系。根据放射性动态平衡理论可以通过测量吸附到α 杯体上的壤中氡子体即可实现对壤中氡浓度的测量。

图1 α 杯土壤测氡原理

此方法在取样上最大优点是累积吸附时间较短，大于4 小时即可，满足当天完成测量工作需求。同时采用静态累积方式，取样带来的不确定度较小。

3.2 泵吸α 能谱法

其基本原理是利用放射性动态平衡理论，通过测量222Rn 第一代子体218Po 实现对氡222Rn 的间接测量。由于218Po 具有带正电性，便于静电收集；218Po 衰变产生的α 射线能量具有特征性和唯一性，便于识别；218Po 半衰期只有3.05 分钟，便于快速响应和快速恢复；目标核素218Po 的唯一性，便于根据放射性衰变规律自动扣除本底计算。因此，泵吸α 能谱法理论上能满足土壤中氡浓度测量需求。由于采用半导体探测器对氡浓度进行测量时，受温湿度影响较大[6]，因此气体在进入氡及其子体收集装置前需要进行干燥，并做温湿度修正。但是此种方法属于瞬时测氡，有三个缺陷：第一是取样不确定性大；第二是温湿度修正模型不确定性导致温湿度影响较大；第三是本底污染影响恢复时间；第四受取样时间和排空时间影响。

3.3 RaA 测氡法

RaA 测氡法，又称氡的218Po 测量，是一种利用放射性动态平衡理论，通过测量222Rn 第一代子体218Po 从而实现对222Rn 的间接测量方法。与α 能谱法相同，RaA 法采用静电收集法，通过泵吸的方式将土壤中的氡气引入到电离室收集腔。在收集腔内衰变并产生新的子体RaA。RaA 在刚形成的瞬间为带正电的离子，利用此带电特性，通过负高压产生的电场作用下，将氡的子体218Po 吸附到吸附卡上。当吸附完成后，快速取出吸附卡，置于探测装置上。吸附到氡子体的吸附卡片上的218Po 发生α 衰变而产生α 射线打到金硅面探测器上，使探测器产生电脉冲，由单片机对不同幅度的脉冲进行计数。经后续测量系统处理分析，可以更加可靠地得到218Po 的计数，从而实现对土壤氡（222Rn）浓度的测量。

3.4 闪烁瓶法

闪烁瓶是总量测氡法。在进行α 总量测量时，无法很好的区分氡与钍的性质，在测量土壤中的氡浓度时容易受钍射气干扰，且测量值相对于其他方法偏大。闪烁瓶内壁均匀涂有ZnS（Ag）闪烁体，需要避光，土壤中的氡与钍及其他子体一般通过泵吸的方式进入到闪烁瓶内部。在完成收集后之后，氡与钍会衰变产生α 射线，α 射线会射到闪烁瓶内壁上，使闪烁瓶内壁上的ZnS（Ag）闪烁体发光。高压使原子或分子电离、激发，在退激时产生光子（杨娟娟等，2003）。光子被闪烁瓶内的反射物尽可能地收集到光电倍增管上。在PMT 中由于光电效应而产出光电子。电场力使光电子加速运动并逐级倍增，最后以电流信号的形式输出。输出放大后的电信号通过后续放大、甄别，从而实现对氡与钍的混合测量。

3.5 活性炭吸附法

活性炭吸附法测氡是利用活性炭对氡气这一惰性气体有较强吸附能力的特点实现的。土壤中氡气由于扩散作用会迁移到埋置的活性炭表面，在被活性炭吸附后，装置周围相对于土壤形成浓度差，致使土壤中氡气继续向活性炭迁移，直到装置内活性炭氡浓度与其埋置的环境中氡浓度达到一种动态平衡。

活性炭吸附法测氡具有测量精度高、抗钍射气等干扰能力强、成本低、操作简便的特点。但活性炭测氡需要二次去现场进行活性炭装置回收。此外在回收装置后，由于氡在不断衰变及样品周围不再满足环境内的动态平衡，需尽快回到实验室对样品进行处理并测量。作为一种静态累积的氡浓度测量方法，活性炭吸附法测氡更适合用于环境氡浓度评价、煤矿采空区探测、煤田地下火区勘查等领域。

4 土壤测氡实验数据分析

按照测量时间将4 月27 日与5 月14 日的三种瞬时测氡法分别取平均值，并与当天测量的两种静态累积测氡法同时进行对比，如图2 所示。很明显地可以看出，闪烁瓶法测氡的测量值整体明显偏高。这是因为闪烁瓶法属于α 总量测量，在测量中不能消除钍射气的干扰。由于无法对氡与钍进行很好的区分，导致其测量值偏高。对比第二周与第三周的静态累积法，可以得到与第一周相同的结论，即在取出活性炭吸附装置时用α杯法测量的数据与当周埋下的活性炭测量值更为接近。所以在此直接选用4 月27 日与5 月14 日的α 杯测量数据进行对比。两种静态累积的测量方法的一致性相对于瞬时测量的方法更好。

5 结论

本文针对土壤中氡浓度测量的需求特点，分析了土壤中氡浓度测量的需求特点，介绍了现有土壤中氡浓度测量技术。结合现有相关标准修订情况以及现有常用土壤测氡特点，重点介绍了α 杯法土壤测氡技术、泵吸α 能谱法瞬时土壤测氡技术、RaA 法瞬时土壤测氡技术。论文对从事土壤氡测量的检测人员具有重要的参考意义。