海南典型温泉设施内空气中氡及氡子体平衡因子测量研究

张林伟，王 鑫，谢东海，唐 煜，王 叶，符义凡

（海南省辐射环境监测站，海口 571126）

自然界中，氡（222Rn）通过广泛存在于岩石土壤等介质中的镭（226Ra）衰变产生。在所有天然辐射对公众产生的辐射剂量中，来自氡及其短寿命子体辐射剂量贡献占总辐射剂量的50%左右［1］，世界卫生组织（WHO）将氡及其子体列为19 种致癌物质之一，并明确指出其辐射照射是诱发肺癌的第二大因素［2］。氡不仅存在于空气中，还会溶于水体，随水体的流动而迁移，并从水体中析出进入空气中。地下水中氡主要来自岩石土壤以及水体中镭的衰变［3］，通常地下水体中的氡浓度高于地表水体。温泉等地热水是地下水体的组成部分，当地热温泉水由地下被抽送到地面温泉泡池时，溶解在温泉水中的氡便会释放到空气中，增大空气中氡及氡子体的浓度［3，5］。因此，从公众辐射健康的角度考虑，在利用温泉等地热水的场所设施内，与氡暴露相关的潜在危险值得关注［3，5，6］。

海南省地热水资源储存量十分丰富，地热水开发利用为当地经济和社会发展做出了重要贡献。全省温泉出露点共35 个，基本环岛分布［4］。有些酒店为了方便旅客，不仅在室外建有温泉泡池，而且在客房内建有小型温泉泡池。室内引入的大量温泉水，是客房内一个新的氡源，室内氡及氡子体浓度水平产生的影响应引起我们的关注。在氡及氡子体所致人类受到的天然辐射剂量中，氡子体的贡献剂量占绝大多数［6］。平衡因子是氡子体剂量估算和评价是否精确的重要参数，目前环境氡子体所致剂量大都采用环境氡浓度和推荐的氡及氡子体平衡因子来近似估算［1］。因此，针对海南典型温泉设施，开展空气中氡及氡子体平衡因子测量研究，不仅可为海南典型温泉设施内空气中氡子体致公众剂量估算和评价提供准确可靠的数据，而且有助于认识和研究氡及氡子体平衡因子变化规律和影响因素，具有重要的实际意义。

1 测量方法和设备

1.1 测量方法

典型温泉设施内空气中氡及氡子体测量方法参照《环境空气中氡的测量方法》（HJ 1212—2021）。测量高度为1.2～1.5 m，接近人体呼吸带高度。氡及氡子体浓度测量采用能够自动测量和记录数据的氡及氡子体连续测量仪器。通过连续测量方法在同一地点进行监测，会得到详细的氡及氡子体浓度数据，有助于准确得到平衡因子。测量点位远离门窗、墙壁等空气状态不稳定的地方。为模拟旅客在温泉酒店活动情况，测量期间客房关闭门窗，空调正常运行，客房测量点位选在房间中央；酒店大厅测量点位选在人员停留时间较长的旅客休息区；室外泡池测量点选在距泡池边3 m 的旅客休息区。

1.2 测量仪器

测量采用氡气测量仪、氡子体测量仪以及气体-子体一体机三种类型的仪器，测量时所有仪器的测量周期均设置为60 min，采样流量设置为0.5 ml/min。仪器原理如下：

（1）便携式NRM-P01 型测氡仪，由赛睿环仪（北京）科技有限公司生产，采用高压静电收集和半导体能谱测量，可甄别222Rn 和220Rn，通过一体化膜式干燥系统实现宽湿度范围222Rn 和220Rn气体稳定测量［7］。仪器系统结构如图1 所示。

图1 NRM-P01 型测氡仪系统结构Fig.1 Structure diagram of NRM-P01 radon meter system

（2） NPRM-S01 氡及氡子体测量仪，由赛睿环仪（北京）科技有限公司生产。氡子体测量采用单片滤膜固定采样设计，恒流步进走纸式采样，设置了多种测量模式，可实现单个RaA、RaB、RaC 和EEC 的同步测量，为PIPS 半导体探测；氡浓度测量采用静电采集，Si-PIN 探测器探测，能快速响应环境中222Rn/220Rn 气体、222Rn/220Rn 子体活度浓度的变化［7］。仪器系统结构如图2 所示。

图2 NPRM-S01 氡及氡子体测量仪系统结构Fig.2 NPRM-S01 Radon and radon progeny measuring instrument system structure diagram

（3） RPM-FF01 氡子体测量仪，由赛睿环仪（北京）科技有限公司生产，采用固定滤膜采样，自稳定恒流采样，PIPS 探测器多道能谱测量，可以实现单个氡子体（RaA、RaB、RaC）测量［7］。仪器系统结构如图3 所示。

图3 RPM-FF01 氡子体测量仪系统结构Fig.3 RPM-FF01 Radon progeny measuring instrument system structure diagram

1.3 测量数据质量保证措施

本调查严格按照本单位质量管理体系开展氡及氡子体浓度测量，测量过程中规范操作；测量仪器均在我国计量部门进行了刻度和校准，并有专人负责维护，定期进行核查；测量期间，测量仪器先后两次在北京大学辐射防护与环境保护实验室氡室中进行稳定性测量。

1.4 平衡因子的计算

现行国标《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871—2002）对平衡因子f的定义为：平衡当量氡浓度与空气中母体核素氡放射性浓度的比值［8］。根据这一定义，本调查需要在同一地点，同时测量氡活度浓度和表征氡子体浓度的平衡当量氡浓度（Equilibrium Equivalent Concentration of Radon，EEC）。平衡因子的计算方法见式（1）。

式中，EEC为平衡当量氡浓度；CRn为氡的活度浓度。

2 测量方案

2.1 测量场所选择

本调查根据温泉设施地理位置、规模、利用水量、入住人数和入场调查可行性等因素，经过现场查勘，在海南岛东部、西部、南部和中部选取有代表性的典型大型温泉酒店各1 处开展现场测量，温泉酒店客房是以水泥加砌砖为主的框架结构房屋，长约7 m，宽约5 m，高约3.3 m。温泉酒店分布在儋州、琼海、保亭、三亚。

儋州酒店所处温泉带长6 km，宽500 m，在2 km2范围内，有大小自然泉眼十几个，日自流量达到7000 t 以上，温泉水温41℃～93℃，水质含有氯、偏硅酸等微量元素；琼海酒店所处温泉热矿水日流开采量5000 t 以上，温度为52℃～74℃，水质含有氯、硫、偏硅酸等微量元素；保亭酒店所用温泉水温度为45℃～95℃，日流开采量3000 t 以上，水质属于硅酸重碳钠型氟硅理疗热矿水；三亚酒店温泉水温度为45℃～90℃，日流开采量3000 t 以上，水质含有氯、偏硅酸等微量元素，属于氟硅型理疗热矿水。

2.2 测量点位布设及内容

为充分掌握海南典型温泉设施内空气中氡及氡子体平衡因子变化规律和影响因素，选择有代表性点位进行调查测量。首先，本研究针对温泉酒店不同通风条件的密封性空间、半开放空间和全开放空间，分别选择酒店近于地基土壤的标准客房、酒店大厅和酒店温泉室外泡池3 个公众停留时间较长的点位作为三类空间的代表进行连续测量。其次，本研究针对温泉水利用引起的氡及氡子体浓度的变化，选择一处典型温泉酒店客房温泉水利用过程分三个阶段进行测量。第一阶段对利用温泉水前客房的氡及氡子体浓度进行测量，了解客房原有氡及氡子体浓度；第二阶段为利用温泉水后（大约3 h［1］）氡及氡子体基本达到放射性平衡时，对氡及氡子体浓度进行测量；第三阶段为氡及氡子体达到放射性平衡后的9 h，对氡及氡子体浓度进行测量，了解氡子体迁移后客房内氡及氡子体浓度及平衡因子变化规律。

2.3 测量时间

现场测量时间为2023 年4 月17 日至4 月30 日、2023 年11 月26 日至11 月28 日。

3 结果与讨论

3.1 温泉设施室内外氡及氡子体浓度

按照不同的空间类型，本研究对空气中氡及氡子体浓度进行测量，温泉设施密封空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子测量数据见表1，温泉设施半开放空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子见表2，温泉设施开放空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子见表3。

表1 温泉设施密封空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子Table 1 Radon concentration，radon daughter concentration and balance factor in the air of sealed space in hot spring facilities

表2 温泉设施半开放空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子Table 2 Radon concentration，radon daughter concentration and balance factor in the air of semi-open space in hot spring facilities

表3 温泉设施开放空间空气中氡浓度、氡子体浓度及平衡因子Table 3 The concentration of radon in the air，the concentration of radon progeny and the balance factor in the open space of the hot spring

由表1～表3 监测结果得出：在温泉设施中，密封空间酒店客房内平衡因子平均值为0.5，半开放空间酒店大厅平衡因子平均值为0.3，全开放空间酒店室外泡池平衡因子平均值为0.28。从数据可以看出，通风情况越好，平衡因子越小，这与吴昊等人在内陆研究的结果相似［9，10］。同时还可以看到，无论室内还是室外，无论通风条件如何，平衡因子的变化范围都是较大的。

UNSCEAE 2000 年报告推荐平衡因子室内为0.4，室外为0.6［11］。与UNSCEAE 2000 年报告推荐值室内0.4 相比，酒店客房相差0.1，偏差25%，酒店大厅相差0.1，偏差25%，完全开放空间酒店室外泡池平衡因子为0.28，与UNSCEAE 2000 年报告推荐值室外0.6 相差0.32，偏差53%，通过数据比较可以看出，密封空间和半开放空间与UNSCEAE 2000 年报告室内推荐值相差较小，而开放空间与UNSCEAE 2000 年报告室外推荐值相差较大，偏差超过50%。因此，如果没有对氡子体进行测量，评价时仅采用推荐的平衡因子进行剂量估算，则有可能导致较大的误差。

3.2 酒店客房内泡温泉时氡及氡子体平衡因子的变化

为了解室内温泉泡池满水情况下平衡因子的变化，在酒店标准客房内采用NPRM-S01氡及氡子体测量仪开展20 h 连续测量，读取小时平均值，室内温泉泡池加水时间为2023 年4月24 日20 时40 分至21 时0 分，加水后，泡池处于满水状况直到测量结束。测量结果如图4所示。

图4 泡浴期间客房内氡及氡子体浓度连续测量结果Fig.4 Continuous measurement of radon and radon progeny concentrations in the guest room during bath

如图4 所示，把客房泡池放水前后分为三个阶段，第一阶段在泡池放水前7 h，第二阶段在引入温泉水后的3 h，第三阶段在氡及氡子体浓度回落的9 h。从图4 可以看出，第一阶段氡及氡子体浓度较低，氡及氡子体浓度平均值分别为18.5±3.1 Bq/m3和8.4±3.0 Bq/m3，在我国室内氡浓度本底水平分布范围之内；第二阶段在温泉泡池加水后，氡浓度明显升高，氡子体浓度紧随氡浓度升高而升高，达到峰值后缓慢降低回落；氡及氡子体浓度平均值分别为68.0±10.0 Bq/m3和35.2±4.9 Bq/m3；该阶段峰值表明温泉水是影响酒店客房室内氡及氡子体浓度水平的重要因素，温泉水进入泡池后，由于水的扰动，水中氡释放到空气中，空气中氡及氡子体浓度升高达到峰值，此后，由于在测量过程中客房并不是完全封闭的，门口、窗户等缝隙的通风，使少量氡及氡子体迁移到室外，室内浓度降低且趋于平稳，第三阶段氡及氡子体浓度趋于稳态平衡，氡及氡子体浓度平均值分别为53.1±6.2 Bq/m3和27.2±7.0 Bq/m3，这一阶段氡及氡子体浓度明显大于第一阶段，这是因为门窗缝隙等通风效果不佳，氡及氡子体迁移较慢。这也说明了通风增强空气的流动是降低室内氡浓度水平的重要方式。

第一阶段氡及氡子体平衡因子平均值为0.46，第二阶段氡及氡子体平衡因子平均值为0.52，第三阶段氡及氡子体平衡因子为0.52。与UNSCEAE 2000 年报告推荐值相比，第一阶段平衡因子与UNSCEAE 2000 年报告推荐值室内0.4 相差0.06，这一阶段氡及氡子体在室内空间达到了放射性平衡，平衡因子与UNSCEAE 2000 年报告推荐值接近；第二阶段和第三阶段的平衡因子相同，都是0.52，与UNSCEAE 2000年报告推荐平衡因子室内0.4 相差0.12，第二阶段，在温泉泡池注水过程中，引入新的氡源，水中氡进入客房空气中，原有放射性平衡被破坏，氡浓度升高较为明显，氡子体浓度升高幅度小于氡浓度，所以平衡因子数值增大；在第三阶段，经过第二阶段的3 h，空间内氡及氡子体延续了第二阶段氡及氡子体放射性平衡，平衡因子并未恢复到第一阶段的水平，而是与第二阶段处于同一水平。

4 结论

在氡相关测量和剂量评价实际工作中，鉴于仪器成本和技术局限，通常仅测量氡浓度，再通过与推荐的平衡因子的乘积，求算平衡当量氡浓度，再借助剂量转换系数和暴露时间，最终得到氡暴露有效剂量［9，10，12］。可以看出平衡因子是氡剂量评价过程中的核心参数。测量调查独特环境中平衡因子数值的大小，变化范围以及影响因素，对准确评价剂量有重要意义。

本研究对海南省不同区域典型温泉酒店空气中氡及氡子体浓度水平、波动范围进行了现场测量调查，以测量所得的数据为基础，分析在不同通风条件下氡及氡子体平衡因子变化情况，得出以下主要结论：

（1）在海南温泉设施内，通风状况会直接影响氡及氡子体平衡因子的变化，通风越好，平衡因子越小。

（2）氡及氡子体平衡因子与UNSCEAE 2000年报告推荐值相比，会有一定的差距，室内差距较小，偏差为25%，室外差距较大，偏差为53%。因此，建议在温泉设施氡子体所致有效剂量估算中应该利用监测得到的氡浓度和平衡因子。

（3）在密封空间内引入新的温泉水，会导致空间氡及氡子体放射性平衡短暂破坏，约3 h时后建立新的放射性平衡，相比引入新的氡源前，氡浓度比氡子体浓度升高更明显，平衡因子增大。

（4）温泉酒店室内泡池引入温泉水，会导致酒店客房空气中的氡及氡子体浓度升高明显，本着辐射防护最优化的原则，应采取措施加快客房氡及氡子体的迁移，建议旅客在使用酒店房间温泉泡浴时，做好开窗通风，以降低客房空气中氡及氡子体水平。