某國(guó)防坑道氡子體防護(hù)淺析

李昆侖 王金棟 周洪慶

（1.中國(guó)人民解放軍91049部隊(duì)，青島 266102；2.海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院，煙臺(tái) 264001）

1 引言

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氡是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，是自然界中廣泛存在的一個(gè)天然輻射源，主要放射出α射線，氡衰變后產(chǎn)生一系列放射性更強(qiáng)的子體，再經(jīng)多次衰變后變成穩(wěn)定的鉛。在氡的所有子體中，有4種子體的半衰期比氡短，稱它們?yōu)槎虊勖芋w。氡及其子體被人吸入后的內(nèi)照射主要由氡的短壽命子體造成。對(duì)于國(guó)防坑道等地下建筑物而言，土壤和巖石中的鐳不斷地衰變成氡，并經(jīng)擴(kuò)散和對(duì)流作用進(jìn)入地下建筑物的大氣中，使得這些環(huán)境中的氡濃度容易超出正常范圍并危及工作人員的身體健康，因此，需要采取必要的防護(hù)措施。氡和氡的短壽命子體的輻射特性見表1。此時(shí)氡子體的數(shù)量最多，危害也最大。

已有初步證據(jù)表明：工作人員長(zhǎng)期接觸氡子體，會(huì)增加患胃癌、膀胱癌、乳腺癌的概率，氡的短壽命子體是造成高氡環(huán)境下工作人員患肺癌的主要誘因。目前國(guó)際上多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，若工作場(chǎng)所空氣中氡子體濃度經(jīng)常高于限定濃度，工作人員受到氡子體的輻射累積超過(guò)120個(gè)工作水平月，工齡超過(guò)10年，并同時(shí)是中度或重度吸煙者，則患癌癥的幾率較大。

根據(jù)GB18871—2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》，從事放射性工作人員的職業(yè)照射輻射安全標(biāo)準(zhǔn)為：連續(xù)5年內(nèi)年平均有效劑量限值為20mSv，任何一年中的有效劑量最大值為50mSv，氡子體輻

2 氡子體的危害

氡子體有很強(qiáng)的附著能力，能牢固地附著在器物表面，形成難以擦掉的放射性薄層?？諝庵须钡漠a(chǎn)生和氡子體的積累非?？?，純氡進(jìn)入空氣后，如果不計(jì)衰變，大約經(jīng)過(guò)3h，氡和氡子體會(huì)達(dá)到放射性平衡，射安全標(biāo)準(zhǔn)由上述有效劑量轉(zhuǎn)換而來(lái)：按轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.4mSv/(mJ·h·m-3)計(jì)算，連續(xù)5年內(nèi)年平均氡子體α潛能照射量限值為14mJ·h/m3，任何一年中的氡子體α潛能照射量最大值為42mJ·h/m3。

表1 氡和氡的短壽命子體的輻射特性

由于調(diào)查分析區(qū)域的氡析出率較高，按照國(guó)家放射防護(hù)規(guī)定，必須采取有效措施降低坑道范圍內(nèi)的氡子體濃度，以減少放射性物質(zhì)對(duì)工作人員身體的危害。

3 氡子體濃度測(cè)量

為了較準(zhǔn)確快速地完成氡子體濃度測(cè)量，首先需要測(cè)量氡濃度，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算氡子體濃度。

通過(guò)KDY-I氡連續(xù)監(jiān)測(cè)儀對(duì)坑道內(nèi)各主要測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行24h連續(xù)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的氡濃度來(lái)計(jì)算氡子體α潛能濃度（μJ /m3），如下式所示：

式中，Cp為氡子體α潛能濃度，單位為μ J/m3；F為平衡因子，取0.3；K為氡活度與α潛能的轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為5.56×10-3μJ/Bq；C為氡濃度，即儀器測(cè)量值，單位為Bq/m3。

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇上，重點(diǎn)選擇人員滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的部位；而較為偏僻、通風(fēng)不良、人員很少滯留的點(diǎn)位則不作為重點(diǎn)。測(cè)得的某坑道測(cè)試點(diǎn)氡濃度及氡子體水平見表2。

測(cè)量發(fā)現(xiàn)：通風(fēng)情況下，12.5%的測(cè)試點(diǎn)超過(guò)GJB1353—1992《坑道內(nèi)氡及其子體放射性防護(hù)規(guī)定》中要求的500Bq/m3限值。其中氡濃度在200～500Bq/m3之間的陣地區(qū)域有6處，占75%，超過(guò)500Bq/m3的有1處，占12.5%。氡子體的α潛能濃度比空氣中氡子體的α潛能濃度控制值5.4μJ/m3小。

4 氡子體防護(hù)

目前坑道氡子體防護(hù)主要有3種方法：排氡通風(fēng)、屏蔽、吸附。

4.1 排氡通風(fēng)

排氡通風(fēng)是一種排除坑道內(nèi)部氡及氡子體，保證其濃度不超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的常用方法。從放射性防護(hù)的角度來(lái)說(shuō)，在保證坑道區(qū)域內(nèi)溫濕度滿足要求的前提下，應(yīng)盡量使坑道內(nèi)部與外界進(jìn)行循環(huán)通風(fēng)，從而降低坑道區(qū)域內(nèi)的氡和氡子體濃度。循環(huán)通風(fēng)量直接影響氡濃度，通風(fēng)量越大，坑道區(qū)域內(nèi)氡濃度就下降得越快。排氡通風(fēng)主要有3種方式：壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)和壓抽聯(lián)合式通風(fēng)，綜合各種因素來(lái)看，目前坑道的排氡通風(fēng)采用的是壓入式通風(fēng)。在入風(fēng)流污染為0（大氣氡濃度假定為0）時(shí)，穩(wěn)定通風(fēng)條件下氡子體濃度與氡濃度的關(guān)系主要取決于通風(fēng)換氣的時(shí)間。t時(shí)刻，V體積內(nèi)的氡濃度Ct與通風(fēng)速率、通風(fēng)時(shí)間t的關(guān)系可用下式表示：

式中，Ct為t時(shí)刻的氡濃度，Bq/m3；C0為初始時(shí)刻的氡濃度，Bq/m3；R為通風(fēng)空間的氡析出率，Bq/min；Q為供給通風(fēng)空間新鮮空氣的通風(fēng)速率，m3/min；λ為氡的衰變常數(shù)，min-1；V為通風(fēng)體積，m3?？梢钥闯?，當(dāng)t增加時(shí)，Ct開始下降，但t增加很大時(shí)，公式右邊第二項(xiàng)變得很小，此時(shí)氡濃度取決于第一項(xiàng)，這說(shuō)明通風(fēng)體積、通風(fēng)量一定時(shí)，當(dāng)氡濃度降低到某一值后，延長(zhǎng)通風(fēng)時(shí)間對(duì)降低氡濃度已無(wú)太大作用。某測(cè)試點(diǎn)通風(fēng)前后的氡水平見表3。

由上述數(shù)據(jù)可以看出，開始通風(fēng)后，氡濃度并未下降，而是略有上升，這是因?yàn)轱L(fēng)管中存在一定的氡積累，在此過(guò)程中被送入坑道，導(dǎo)致數(shù)值上升，通風(fēng)1h后氡濃度下降，這是因?yàn)檠a(bǔ)入的新鮮空氣逐漸稀釋了測(cè)試點(diǎn)的氡濃度。繼續(xù)通風(fēng)后，氡濃度逐漸降低，在通風(fēng)2h后，氡濃度不再顯著降低，這是基于式（2）中的第二項(xiàng)隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸趨近于零。停止通風(fēng)后，氡濃度短暫維持在較低水平，由于空氣的擴(kuò)散對(duì)流，氡濃度會(huì)緩慢逐漸升高，根據(jù)式（1）可知，相應(yīng)的氡子體α潛能濃度遵循同樣的變化趨勢(shì)。

表2 2016年8月某坑道測(cè)試點(diǎn)的氡濃度及氡子體水平

表3 某測(cè)試點(diǎn)通風(fēng)前后的氡水平

4.2 屏蔽

由于坑道區(qū)域內(nèi)的氡是由山體中所含的鈾、鐳衰變產(chǎn)生的，其主要靠擴(kuò)散、對(duì)流作用在巖石孔隙中運(yùn)動(dòng)，通過(guò)坑道區(qū)域內(nèi)被覆層的毛細(xì)管不斷進(jìn)入坑道內(nèi)部的大氣中，大量集中在夾壁墻和山體之間的空間。如果在被覆層表面噴涂適當(dāng)厚度、擴(kuò)散系數(shù)小的閉孔性材料，其會(huì)在屏蔽層與被覆蓋層相連的薄層中互相滲透連為一體，相當(dāng)于使被覆層的孔隙度減小，氡的擴(kuò)散阻力增大，使巖石和被覆層中的氡無(wú)法進(jìn)入坑道區(qū)域內(nèi)的大氣中，從而達(dá)到降氡的目的。

從工程實(shí)踐來(lái)看，綜合使用防氡建材可以從源頭上降低空間里的氡水平，有效降低地下坑道的氡子體濃度。目前來(lái)看，常見的防氡建材主要有防氡涂料、防氡砂漿和防氡膩?zhàn)拥?，?duì)于氡析出率較高的區(qū)域，可以采用在墻體上新刮防氡膩?zhàn)硬⑼克⒎离蓖苛系却胧﹣?lái)降低氡水平。目前坑道屏蔽法降氡的具體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，這種吸附是物理吸附，吸附系數(shù)是溫度的函數(shù)。隨溫度的降低，活性炭對(duì)氡的吸附系數(shù)增大；反之，則吸附系數(shù)減小。當(dāng)溫度升高到200℃時(shí)，活性炭將釋放出被它吸附的全部氡。除活性炭外，還有許多能吸附氡的材料，如硅膠、聚乙烯等，在低溫狀態(tài)下，氡可直接凝固在器壁上，這種類似于凝華的現(xiàn)象實(shí)際上也是吸附。

目前吸附法降氡主要是采用活性炭。用活性炭?jī)艋笨諝獾墓に嚺c凈化其他化學(xué)氣體相同，降氡工藝包括吸附、解吸、再生和回收等過(guò)程，但區(qū)別在于：氡是放射性氣體，其子體有較強(qiáng)的外照射，故吸附后的活性炭具有較強(qiáng)的放射性；被凈化的含氡空氣中氡含量濃度很低。

實(shí)驗(yàn)證明：

（1）活性炭對(duì)氡的吸附率與活性炭本身的性能和吸附條件有密切的關(guān)系。當(dāng)吸附溫度降低時(shí)，活性炭的吸附效率增高；當(dāng)通過(guò)氣流增大時(shí)，吸附效率下降。此外，氣流中的濕度與混有的酸堿蒸汽等對(duì)吸附效果有明顯的影響。

（2）活性炭吸附氡的過(guò)程實(shí)際上是吸附與解吸同步進(jìn)行的過(guò)程，可以利用水蒸氣解吸。

（3）活性炭吸附凈化含氡空氣對(duì)較小設(shè)備有顯著的效果。

（4）活性炭吸附較高濃度的氡后，具有較強(qiáng)的外照射。故在設(shè)計(jì)中必須考慮活性炭的屏蔽和操作中的安全防護(hù)問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐證明：長(zhǎng)期暴露于高氡環(huán)境下，工作人員的身體將受到嚴(yán)重?fù)p害。目前常用的3種氡子體防護(hù)措施中，排氡通風(fēng)是最有效的辦法，速度快、效率高，能夠較快地降低空間里的氡水平，控制氡子體的α潛能濃度，大部分地下工程均采用排氡通風(fēng)方式來(lái)降低環(huán)境中的氡子體水平；與通風(fēng)法相比，屏蔽法是在大部分建筑物內(nèi)壁涂裝防氡涂料，使用防氡建材則更為經(jīng)濟(jì)適用；與前兩者相比，吸附則為應(yīng)急情況下的防護(hù)手段。正確認(rèn)知3種防護(hù)措施的適用時(shí)機(jī)和場(chǎng)合，根據(jù)情況采取合適的防護(hù)措施，對(duì)有效保護(hù)長(zhǎng)期在地下坑道工作的人員身體健康具有重要意義。