某国防坑道氡子体防护浅析

李昆仑 王金栋 周洪庆

（1.中国人民解放军91049部队，青岛 266102；2.海军航空大学岸防兵学院，烟台 264001）

1 引言

标准状态下氡是一种无色无味的气体，是自然界中广泛存在的一个天然辐射源，主要放射出α射线，氡衰变后产生一系列放射性更强的子体，再经多次衰变后变成稳定的铅。在氡的所有子体中，有4种子体的半衰期比氡短，称它们为短寿命子体。氡及其子体被人吸入后的内照射主要由氡的短寿命子体造成。对于国防坑道等地下建筑物而言，土壤和岩石中的镭不断地衰变成氡，并经扩散和对流作用进入地下建筑物的大气中，使得这些环境中的氡浓度容易超出正常范围并危及工作人员的身体健康，因此，需要采取必要的防护措施。氡和氡的短寿命子体的辐射特性见表1。此时氡子体的数量最多，危害也最大。

已有初步证据表明：工作人员长期接触氡子体，会增加患胃癌、膀胱癌、乳腺癌的概率，氡的短寿命子体是造成高氡环境下工作人员患肺癌的主要诱因。目前国际上多数学者认为，若工作场所空气中氡子体浓度经常高于限定浓度，工作人员受到氡子体的辐射累积超过120个工作水平月，工龄超过10年，并同时是中度或重度吸烟者，则患癌症的几率较大。

根据GB18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》，从事放射性工作人员的职业照射辐射安全标准为：连续5年内年平均有效剂量限值为20mSv，任何一年中的有效剂量最大值为50mSv，氡子体辐

2 氡子体的危害

氡子体有很强的附着能力，能牢固地附着在器物表面，形成难以擦掉的放射性薄层。空气中氡的产生和氡子体的积累非常快，纯氡进入空气后，如果不计衰变，大约经过3h，氡和氡子体会达到放射性平衡，射安全标准由上述有效剂量转换而来：按转换系数为1.4mSv/(mJ·h·m-3)计算，连续5年内年平均氡子体α潜能照射量限值为14mJ·h/m3，任何一年中的氡子体α潜能照射量最大值为42mJ·h/m3。

表1 氡和氡的短寿命子体的辐射特性

由于调查分析区域的氡析出率较高，按照国家放射防护规定，必须采取有效措施降低坑道范围内的氡子体浓度，以减少放射性物质对工作人员身体的危害。

3 氡子体浓度测量

为了较准确快速地完成氡子体浓度测量，首先需要测量氡浓度，然后根据测量结果计算氡子体浓度。

通过KDY-I氡连续监测仪对坑道内各主要测试点进行24h连续测量，根据测量的氡浓度来计算氡子体α潜能浓度（μJ /m3），如下式所示：

式中，Cp为氡子体α潜能浓度，单位为μ J/m3；F为平衡因子，取0.3；K为氡活度与α潜能的转换系数，单位为5.56×10-3μJ/Bq；C为氡浓度，即仪器测量值，单位为Bq/m3。

在监测点的选择上，重点选择人员滞留时间相对较长的部位；而较为偏僻、通风不良、人员很少滞留的点位则不作为重点。测得的某坑道测试点氡浓度及氡子体水平见表2。

测量发现：通风情况下，12.5%的测试点超过GJB1353—1992《坑道内氡及其子体放射性防护规定》中要求的500Bq/m3限值。其中氡浓度在200～500Bq/m3之间的阵地区域有6处，占75%，超过500Bq/m3的有1处，占12.5%。氡子体的α潜能浓度比空气中氡子体的α潜能浓度控制值5.4μJ/m3小。

4 氡子体防护

目前坑道氡子体防护主要有3种方法：排氡通风、屏蔽、吸附。

4.1 排氡通风

排氡通风是一种排除坑道内部氡及氡子体，保证其浓度不超过规定标准的常用方法。从放射性防护的角度来说，在保证坑道区域内温湿度满足要求的前提下，应尽量使坑道内部与外界进行循环通风，从而降低坑道区域内的氡和氡子体浓度。循环通风量直接影响氡浓度，通风量越大，坑道区域内氡浓度就下降得越快。排氡通风主要有3种方式：压入式通风、抽出式通风和压抽联合式通风，综合各种因素来看，目前坑道的排氡通风采用的是压入式通风。在入风流污染为0（大气氡浓度假定为0）时，稳定通风条件下氡子体浓度与氡浓度的关系主要取决于通风换气的时间。t时刻，V体积内的氡浓度Ct与通风速率、通风时间t的关系可用下式表示：

式中，Ct为t时刻的氡浓度，Bq/m3；C0为初始时刻的氡浓度，Bq/m3；R为通风空间的氡析出率，Bq/min；Q为供给通风空间新鲜空气的通风速率，m3/min；λ为氡的衰变常数，min-1；V为通风体积，m3。可以看出，当t增加时，Ct开始下降，但t增加很大时，公式右边第二项变得很小，此时氡浓度取决于第一项，这说明通风体积、通风量一定时，当氡浓度降低到某一值后，延长通风时间对降低氡浓度已无太大作用。某测试点通风前后的氡水平见表3。

由上述数据可以看出，开始通风后，氡浓度并未下降，而是略有上升，这是因为风管中存在一定的氡积累，在此过程中被送入坑道，导致数值上升，通风1h后氡浓度下降，这是因为补入的新鲜空气逐渐稀释了测试点的氡浓度。继续通风后，氡浓度逐渐降低，在通风2h后，氡浓度不再显著降低，这是基于式（2）中的第二项随时间延长逐渐趋近于零。停止通风后，氡浓度短暂维持在较低水平，由于空气的扩散对流，氡浓度会缓慢逐渐升高，根据式（1）可知，相应的氡子体α潜能浓度遵循同样的变化趋势。

表2 2016年8月某坑道测试点的氡浓度及氡子体水平

表3 某测试点通风前后的氡水平

4.2 屏蔽

由于坑道区域内的氡是由山体中所含的铀、镭衰变产生的，其主要靠扩散、对流作用在岩石孔隙中运动，通过坑道区域内被覆层的毛细管不断进入坑道内部的大气中，大量集中在夹壁墙和山体之间的空间。如果在被覆层表面喷涂适当厚度、扩散系数小的闭孔性材料，其会在屏蔽层与被覆盖层相连的薄层中互相渗透连为一体，相当于使被覆层的孔隙度减小，氡的扩散阻力增大，使岩石和被覆层中的氡无法进入坑道区域内的大气中，从而达到降氡的目的。

从工程实践来看，综合使用防氡建材可以从源头上降低空间里的氡水平，有效降低地下坑道的氡子体浓度。目前来看，常见的防氡建材主要有防氡涂料、防氡砂浆和防氡腻子等，对于氡析出率较高的区域，可以采用在墙体上新刮防氡腻子并涂刷防氡涂料等措施来降低氡水平。目前坑道屏蔽法降氡的具体做法是定期粉刷防氡涂料。

4.3 吸附

氡很容易被活性炭吸附，这种吸附是物理吸附，吸附系数是温度的函数。随温度的降低，活性炭对氡的吸附系数增大；反之，则吸附系数减小。当温度升高到200℃时，活性炭将释放出被它吸附的全部氡。除活性炭外，还有许多能吸附氡的材料，如硅胶、聚乙烯等，在低温状态下，氡可直接凝固在器壁上，这种类似于凝华的现象实际上也是吸附。

目前吸附法降氡主要是采用活性炭。用活性炭净化含氡空气的工艺与净化其他化学气体相同，降氡工艺包括吸附、解吸、再生和回收等过程，但区别在于：氡是放射性气体，其子体有较强的外照射，故吸附后的活性炭具有较强的放射性；被净化的含氡空气中氡含量浓度很低。

实验证明：

（1）活性炭对氡的吸附率与活性炭本身的性能和吸附条件有密切的关系。当吸附温度降低时，活性炭的吸附效率增高；当通过气流增大时，吸附效率下降。此外，气流中的湿度与混有的酸碱蒸汽等对吸附效果有明显的影响。

（2）活性炭吸附氡的过程实际上是吸附与解吸同步进行的过程，可以利用水蒸气解吸。

（3）活性炭吸附净化含氡空气对较小设备有显著的效果。

（4）活性炭吸附较高浓度的氡后，具有较强的外照射。故在设计中必须考虑活性炭的屏蔽和操作中的安全防护问题。

5 结束语

国内外工程实践证明：长期暴露于高氡环境下，工作人员的身体将受到严重损害。目前常用的3种氡子体防护措施中，排氡通风是最有效的办法，速度快、效率高，能够较快地降低空间里的氡水平，控制氡子体的α潜能浓度，大部分地下工程均采用排氡通风方式来降低环境中的氡子体水平；与通风法相比，屏蔽法是在大部分建筑物内壁涂装防氡涂料，使用防氡建材则更为经济适用；与前两者相比，吸附则为应急情况下的防护手段。正确认知3种防护措施的适用时机和场合，根据情况采取合适的防护措施，对有效保护长期在地下坑道工作的人员身体健康具有重要意义。