成都地区室内环境氡浓度和γ辐射水平调查

徐立鹏,葛良全,谷 懿,邹功江,王 卓,朱国祯 (成都理工大学核技术与自动化工程学院,四川 成都 610059)

生活环境中的室内氡和 γ辐射对人体健康存在潜在的危害,其所致公众平均辐射剂量占天然辐射照射的 70%[1].氡及其子体对人体的辐射损伤占人体所受全部环境辐射的 54%,并且发病潜伏期比较长[2].随着人们生活水平的不断提高,房屋建筑结构、建筑材料以及通风情况等因素对我国室内环境氡浓度和 γ辐射的影响也在逐渐增大.为此,对全国室内环境氡浓度和γ辐射水平做了相关调查和研究,本文主要介绍其中针对成都地区所进行的室内环境氡浓度和 γ辐射水平调查,并对调查结果进行了分析.

1 调查方法

1.1 采样点的选择

选取成都市所辖九区四市六县 100 户的居民住宅作为测量样本,其中主要以楼房为主.测量点的选取均符合《住房内氡浓度控制标准》GB/T16146—1995[3]的规定.

1.2 探测材料

探测仪器是由核工业北京化工冶金研究院提供的KF606B型氡和γ个人剂量计[4],氡浓度测量所采用的探测材料是日本 BARYOTRAK公司生产的 CR-39固体核径迹探测器,规格为 1cm×1cm×1mm.由于探测器在测量过程中能避免220Rn对222Rn的影响,从而使得测量结果更接近真值,仪器对氡浓度的探测下限可以达到 1.7Bq/m3.γ辐射水平测量元件是北京解放军防化研究院生产的 GR-200A型 LiF(Mg, Cu,P)热释光探测器(TLD),规格为φ4.5mm× 0.8mm,γ 辐射剂量率的探测下限为29.6nSv/h.

1.3 测量方法

选用《环境空气中氡的标准测量方法》GB/T14582—1993[5]中所规定的固体径迹蚀刻法,满足《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325—2001[6]中所规定的对民用建筑工程室内空气中氡浓度的检测的相关技术要求.

成都地区的室内环境氡浓度和γ辐射水平调查共有3次.在测量现场,测量探测器放置于人员留驻时间较长,气流稳定的卧室、办公室和书房.要求探测器远离通风口,距离墙壁大于 20cm,距地面1.5m 以上.在正常生活状态下采样,每次放置时间为3个月.收集探测器后立即将探测器放于铝箔袋中密封保存,寄往核工业北京化工冶金研究院进行测量,得到室内环境氡浓度和γ辐射水平值.

2 结果与讨论

2.1 室内环境氡浓度和γ 辐射剂量率的总体情况

成都地区居民住宅内氡浓度的分布范围为(8.4～177.1)Bq/m3,平均值为(39.4±22.9)Bq/m3,低于世界平均水平[4],而与20世纪90年代采用闪烁法进行调查测量的氡浓度 29.4Bq/m3相比[7],升高了 10Bq/m3.统计发现,97.9%的房屋室内氡浓度低于健康氡浓度限值 100Bq/m3[8].γ辐射水平的范围(74.7～164.7)nSv/h,平均值为(122.0±16.2)nSv/h.成都地区室内环境氡浓度和γ剂量率频数分布见图 1,发现氡浓度基本呈对数正态分布;而γ辐射水平服从偏正态分布,表明测量得到的γ辐射水平值大部分集中于数值较大的范围之内.运用统计分析软件 SPSS,对氡浓度和γ辐射水平进行了回归分析,发现两者之间的线性相关系数仅为0.027,两者之间的关联性不大.

2.2 各区县的室内环境氡浓度和γ辐射水平

成都地区居民住宅内氡浓度和 γ 辐射剂量率调查结果见表 1,可以看出,部分地区氡浓度均值相差较大,大邑县最低,而温江最高,差值达到39.0Bq/m3,存在较大的差异.原因在于成都市城乡一体化发展相对较慢,城市市区的建筑和郊县的建筑风格、建筑类型相差很大.成都市位于成都平原中心地带,土壤氡浓度本底较低,建筑材料是室内氡的主要来源.不同建筑材料对于室内氡浓度和γ辐射的影响程度不同[9],建筑类型和建筑材料的差异,必然引起室内氡浓度明显区别.大邑县室内氡浓度均值最低29.2Bq/m3而γ辐射水平最高 137.5nSv/h,温江区室内氡浓度均值最高68.2Bq/m3而γ辐射水平却最低 95.8nSv/h,其原因有待进一步调查研究.

图1 室内平均氡浓度和γ辐射剂量率频数分布Fig.1 Distribution of indoor radon concentrations and gamma dose rate frequencies

2.3 不同建造年代居室环境氡浓度和γ辐射水平

不同房屋建筑年代室内环境氡浓度和γ辐射剂量率调查结果见表2.虽然γ辐射水平随房屋建筑年代的向后推移基本稳定不变,但是氡浓度呈现增加趋势,2000年以后的室内氡浓度为 41Bq/m3,略高于世界平均水平.初步推断可能在于不同年代房屋使用的建筑材料不同所致.成都市自 2003年开始大力推广新型墙体材料.新型墙体材料主要是用水泥、混凝土、砂等硅酸质材料,有的掺加煤矿石、粉煤灰、炉渣等工业废料和建筑垃圾经过压制或烧结而成.部分掺入含放射性活度较高的粉煤灰、工业炉渣的墙体材料,由于其加工工艺与传统黏土砖不同,被制作成高孔隙度砖体,致使氡的析出率增大[10],从而导致室内氡浓度升高.

表1 成都各区县室内氡浓度和γ辐射剂量率测量结果Table 1 Indoor radon concentrations and gamma dose rate of different areas

表2 不同建筑年代室内氡浓度和γ辐射剂量率测量结果Table 2 Indoor radon concentrations and gamma dose rate of different building ages

2.4 不同房屋类型居室内氡浓度和γ辐射水平

通过对 3种不同建筑类型房屋室内环境氡浓度调查结果的统计发现,别墅中的氡浓度水平不但比平房和楼房的高,而且还高于全国调查水平的算术平均值43.8Bq/m3[11].别墅、平房和楼房居室内 γ辐射水平的均值都接近总体平均水平值,无明显差异,基本保持稳定.

别墅中高浓度的氡和装修材料的选取有关.石材的放射性一般高于其他材料[12],调查发现,有 80%的别墅中选用的装修材料是石材的地砖,这些别墅的室内氡浓度都高于其他别墅中的室内氡浓度.说明装修材料对居室内氡浓度水平的提高有很大的影响.

表3 别墅、平房和楼房居室内氡浓度和γ辐射剂量率测量结果Table 3 Indoor radon concentrations and gamma dose rate of different construction types

2.5 不同楼层居室内环境氡浓度和γ辐射水平

表4是对不同楼层室内环境氡浓度和γ辐射剂量率调查的结果.室内氡浓度随着楼层的增高呈现波动性变化,但总体上是减少的,这与以前大多数调查研究的结果相符.低层建筑室内的氡浓度不仅有来自建筑材料的贡献,而且土壤氡的扩散对氡浓度的增加也有一定的影响;高层建筑居室内氡浓度主要来源于建筑材料和装修材料[13],通风情况对室内氡浓度也有很大的影响.随着楼层高度的增加土壤氡对高层建筑居室内氡浓度的影响越来越弱,因此,土壤氡对低层住宅内氡浓度的影响较大,而对高层住房的影响甚微,与有关文献报道基本一致.发现γ辐射水平没有较大的差异,表明楼层的变化对室内的γ辐射测量结果影响较小.

表4 不同楼层居室内平均氡浓度和γ辐射剂量率测量结果Table 4 Indoor radon concentrations and gamma dose rate of different floors

2.6 不同建筑结构居室内环境氡浓度和γ辐射水平

表5的结果表明,钢结构居室内γ辐射水平最低为103.9nSv/h,其他3种建筑结构γ辐射水平比较接近,钢结构建筑居室内的氡浓度最高,为58.9Bq/m3.氡浓度高的钢结构建筑所采用的墙体建筑材料都是砖,而装修材料都为木板,致使氡气便于从砖中析出经由木板之间的裂隙迁移到居室,从而会使居室内的氡浓度水平提高.但是钢筋混凝土、混合结构和砖木结构建筑室内环境氡浓度基本在同一水平,无显著差异.可以看出,大多数的建筑结构(钢筋混凝土、混合结构和砖木结构)对室内氡浓度的影响效果并不显著.

表5 不同建筑结构居室内氡浓度和γ剂量率测量结果Table 5 Indoor radon concentrations and gamma dose rate of different construction structure

2.7 不同建筑墙体材料与室内环境氡浓度和 γ辐射水平

图2 不同墙体材料的建筑室内氡浓度和γ辐射剂量率Fig.2 Indoor radon concentrations and gamma dose rate provided with different decoration materials

图2是采用不同墙体材料的建筑室内环境氡浓度和 γ辐射剂量率的调查结果.新型墙体材料的建筑室内环境氡浓度和γ辐射水平最低,分别为36.1 Bq/m3和98.2nSv/h;以工业废渣砖作为墙体材料的房屋,室内氡浓度最高,为66.3Bq/m3,主要原因在于工业废渣中的放射性元素(特别是铀系列的元素)含量较高.其次是砖、木、混泥土,室内氡浓度为57.5Bq/m3,由于用这类材料装修的房屋大部分都是老式住房,在设计上多采用小窗结构,部分甚至只在单面设计门窗,这样影响了室内气体的对流,从而使得室内氡浓度偏高.新型墙体材料的建筑室内氡浓度最低,为 36.1Bq/m3.居室内的新型墙体材料大多是加气混凝土砌块和小型混凝土空心砌块,它们有耐高温、抗震、不开裂的优点,并且烧结的空心砖对室内氡浓度所产生的有效剂量的贡献比相同材质的实心砖低[14],所以使用新型墙体材料的居室室内氡浓度和γ剂量率比较低.采用新型墙体材料的建筑的室内氡浓度与普遍使用的砖、混凝土比较,差异较小;但是与工业废渣砖和砖、木、混泥土比较,有显著差异.

3 有效剂量估算

成都地区室内环境氡浓度为39.4Bq/m3,γ剂量率为122.0nSv/h,选取0.8作为室内居留因子,即一年中在室内时间为 7008h.由式(1)计算成都地区室内环境氡及其子体所产生的人均年有效剂量(He):

式中:Ceq为平衡等效氡浓度,其值为室内氡浓度与平衡因子的乘积,室内平衡因子根据报告取世界平均值 0.4; f是氡子体剂量转换因子,根据UNSCEAR2000 报告取 9nSv·m3/(Bq·h)[15];t为居留因子.得到成都市居民吸入室内环境氡及其子体所致年均有效剂量为0.99mSv,低于2000年调查的世界年平均照射剂量1.2mSv[16].

由式(2)计算γ射线外照射所致年有效剂量(Hγ):

式中:Dγ为室内空气γ吸收剂量率;k 为将空气吸收剂量(Gy)转换为有效剂量(Sv)的剂量转换因子为 0.7; t 为在室内停留时间.推算出成都市居室内γ辐射所致年均有效剂量为 0.85mSv.成都市市民因室内环境氡吸入和 γ辐射照射所致的年均有效剂量的总和约为 l.84mSv,低于世界人均年有效剂量2.4mSv.

4 结论

4.1 成都市市民居室内 γ辐射水平平均值为(122.0±16.2)nSv/h;氡浓度平均值为(39.4±22.9)Bq/m3.调查的样品都是已经建好的房屋,测量得到的室内氡浓度数值均未超过国家标准限值[3],在适于人类居住范围之内.

4.2 成都市各区县平均室内氡浓度存在差异,初步分析是由于建筑类型和建筑材料的差异引起室内氡浓度明显区别,而γ辐射水平基本稳定.

4.3 对不同墙体材料的分析表明:近年所采用的新型墙体材料,能有效的降低居室内氡浓度和γ辐射.

4.4 建筑年代、楼层对居室内γ辐射影响较小,而对室内氡浓度有较大的影响.

4.5 调查得到成都市居民接受室内环境氡及其子体的平均照射剂量和 γ辐射所致年均有效剂量分别为0.99 mSv和0.85 mSv,低于世界人均年有效剂量.

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