空气中氡气测量技术性能对比研究

李佳俊 丁卫撑 颜国旭 陈文秀 李姝彬

（成都理工大学 四川省地学核技术重点实验室，四川 成都610051）

癌症是全球第二大死因，根据世界卫生组织（WHO）下属的国际癌症研究机构（IARC）报告，2015 年因癌症致死人数为880万人死亡。从全球情况看，近六分之一的死亡由癌症造成，其中肺癌为168 万人。2016 年因癌症致死人数为900 万。世界卫生组织（WHO）于2009 年公布的室内氡手册中指出，在欧洲、北美洲和亚洲的最新氡研究显示，3%～14%的肺癌归因于氡及其子体的辐射。同时指出，与氡暴露有关并且在吸烟的肺癌病例中，吸烟和氡暴露之间存在强联合作用。WHO 已把氡列为19种致癌物质之一仅次于吸烟的第二大致肺癌因素。

根据我国GB 50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制标准》中规定，民用建筑工程室内环境中氡浓度不得高于150Bq/m3， 现行国家标准《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2019）中第4.1.1 条控制项规定：“建筑场地内应无含氡土壤的危害”。

1 实验方案

本实验主要对电离室法、闪烁室法和α 能谱法对应的三种仪器即HS05C 环境氡浓度检测仪、FD216 环境测氡仪和HS01α 能谱测氡仪进行基本性能对比实验。为了确保所有仪器取样点的一致性，将仪器链接分支器从同一个取气口取气工作。为了降低仪器本身刻度的差异性对实验结果产生影响，我们需要采用氡室对仪器进行统一标准刻度。

实验仪器：

HS01 测氡仪，该仪器为α 能谱仪。该仪器采用α 能谱法，能对α 粒子进行有效探测。可以同时测量氡浓度和钍浓度，该仪器满足GB50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、GB/T14582-1993 《空气中氡的标准测量方法》、EJ/T605-2020《铀矿勘察氡及其子体测量规范》，仪器灵敏度高，能同时测量温度、湿度和气压，并且能自动修正温湿度，降低环境影响因素，提高仪器测量数据准确度。

HS05C 环境氡测量仪是便携式的电离室测氡仪。它采用脉冲电离室法，可以对氡及其子体的探测，该仪器满足GB50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、GBZ/T182-2006 《空气氡及其衰变产物测量规范》、GB/T16146-2015《室内氡及其子体控制要求》。灵敏度高，数据温度，体积小，便于携带。

FD216 闪烁室测氡仪，该仪器采用闪烁室测氡法，仪器满足T/CECS 569-2019《建筑室内空气中氡检测方法标准》、GB 50325-2020 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、GB/T16147-1995《空气中氡浓度的闪烁瓶测量方法》。灵敏度高、功耗低，交、直流两用，直流电源可支持仪器工作30h。

2 实验结果及数据处理

2.1 响应时间

仪器的响应、时间快慢可以反映出仪器响应探测目标的速度，响应速度快则能更快的21 使仪器进入稳定测量状态并在较短的时间内测量出结果。测试前将仪器置于通风环境即本底环境中进行测量并观测仪器的测量值。确认仪器的测量值为本底值后将仪器测量周期设置为10 分钟并且将所有仪器转移至氡室开始同步测量，观测仪器进入稳定状态的时间。

图1 各仪器响应时间测试结果

本次实验中氡室浓度稳定值为4550Bq/m3。约定仪器示值达到氡室浓度稳定值的90%则认为仪器测量浓度值响应到与氡室一致的水平。从上图我们可以看出，HS01 响应速度最快，在2 个周期即20 分钟之内，HS05C 和HS05D 的测量值在40 分钟后达到氡室浓度水平，其响应能力略低于HS01。HS03 在60 分钟示值与氡室内浓度在同一水平。FD216 中编号150095 响应时间为60 分钟，180262 响应时间为80 分钟。

2.2 恢复时间

仪器恢复时间即仪器从某一浓度恢复到环境本底水平所用的时间，仪器恢复时间短则能更快的使仪器进入本底状态从而开始进入下一个测量周期。

在仪器达到稳定状态后再保持一定时间的测量，再将仪器从氡室断开，使仪器直接连通大气进行测量，观测仪器恢复本底所需要的时间。

图2 各仪器恢复时间测试结果

仪器测量值下降至60Bq/m3以下时即认为恢复基准，从测量结果中可以看出HS01 能在20 分钟即两个周期后从浓度大约3500Bq/m3的示值下降到基准值，其恢复速度明显优于其他仪器。其次是HS05C 和HS05D，这两种仪器的恢复曲线十分接近，这两种仪器从高浓度恢复至60Bq/m3左右需要大约3 个小时的时间。HS03 恢复时间大约在4 个小时左右，而FD216 的恢复时间在4 小时20 分钟左右。实际上FD216 进行连续测量时不能忽略排空的过程，因为其测量阶段至少包含1 分钟的排气时间，所以该仪器在本实验的理论情况下的恢复时间可能会更长一些。

2.3 稳定性和精确度

表1 中相对误差范围即10 次测量结果与平均值的相对误差，从表中可以看出所有仪器在连续的10 次测量中的稳定性都十分良好。

表1 各仪器稳定性

针对本实验的第二个浓度点的测量值可以对比仪器的精密度，仪器的精密度采用相对标准偏差进行评估，其计算如式（1）所示。

式中RSD 为相对标准偏差，S 为标准偏差，X 为算数平均值，结果如表2 所示。

表2 各仪器相对标准偏差

从表2 中可以看出FD216 的相对标准偏差最低，说明其精密度是3 种仪器中最高的，其次是HS05C，这跟预计的结果略有出入。实验结果表明所有仪器的精密度都很高，说明这些仪器在测量时得到的数据较为集中且具有较小的随机误差。

3 实验结论

通过实验表明，HS01 具有最快响应时间和恢复时间，这意味着在实际工作中HS01 α 能谱测氡仪能更加快速的进行多次测量，并且在测量环境急剧变化的情况下不需要等待太长的时间让仪器恢复正常测量状态。HS05 系列中HS05D 的响应能力优于HS05C，但两个仪器恢复能力相近，HS05C 体积小，质量轻，便于携带，且可以固定于相机架上，满足标准规定现场工作取样0.8～1.5 米的要求。FD216 响应能力、恢复能力都明显低于其他两个仪器，但精密度高于其他两个仪器，适合于精密度要求高，随机误差小的场合。