土壤中氡浓度测量

土壤中氡浓度的测定~

土壤中氡浓度测定的关键是如何采集土壤中的空气。土壤中氡气的浓度一般大于数百Bq/m3，这样高的氡浓度的测定可以采用电离室法、静电收集法、闪烁瓶法、金硅面垒型探测器等方法进行测定。对测试仪器性能指标要求是:工作条件温度-10～40℃;相对湿度≤90%;不确定度≤20%;探测下限≤400Bq/m3。
测量区域范围应与工程地质勘察范围相同，在工程地质勘察范围内布点时应以10m间距作网格，各网格点即为测试点(当遇较大石块时可偏离±2m)，但布点数不应少于16个。布点位置应覆盖基础工程范围。
在每个测试点应采用专用钢钎打孔。孔的直径宜为20～40mm，孔的深度宜为500～800mm。成孔后，应使用头部有气孔的特制取样器，插入打好的孔中，取样器在靠近地表处应进行密闭，避免大气渗入孔中，然后进行抽气。正式现场取样测试前，应通过一系列不同抽气次数的实验，确定最佳抽气次数。
所采集土壤间隙中的空气试样，宜采用静电收集法、电离室法或闪烁瓶法、金硅面垒型探测器等测定现场土壤氡浓度。
取样测试时间宜在8∶00～18∶00。现场取样测试工作不应在雨天进行，如遇雨天，应在雨后进行。
现场测试应有记录，记录内容包括:测试点布设图，成孔点土壤类别，现场地表状况描述，测试前24h以内工程地点的气象状况等。
地表土壤氡浓度测试报告的内容应包括:取样测试过程描述、测试方法、土壤氡浓度测试结果等。
土壤中氡的测定方法很多，前面介绍的大部分方法都可以用于土壤中氡浓度的测定，只是各种方法的采样方式有所不同，如径迹刻蚀法、活性炭盒法是通过挖坑的方式来采集试样等。国家标准GB50325—2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》中采用的静电收集法、闪烁瓶法在前面已经介绍，本节主要介绍电离室法和α聚集器法。需要特别指出的是由于土壤中的氡浓度一般较高，且湿度较大，探测器的污染问题较为突出。在进行方法选择时应考虑这一因素。
66.4.2.1 电离室法
方法提要
电离室法是稳定性最好的方法，被许多标准实验室作为基本方法，按采样方式有充气式和流气式两种，按工作状态又可分为电流式和脉冲式两种。电流式电离室是记录由大量辐射粒子所引起的总电离效应，主要用于测量对时间的平均效应。脉冲式电离室是记录单个粒子的，主要用于重带电粒子的测量。充气式电离室(充气式电流电离室和充气式脉冲电离室)常用于标准实验室监测氡浓度，如国际基准镭源的保持者美国NIST所采用的充气式脉冲电离室测量系统。土壤中氡浓度测量常采用流气式电离室(流气式脉冲电离室和流气式电流电离室)，流气式脉冲电离室在66.4.1.2中连续氡测量仪法中已经介绍，这里介绍流气式电流电离室。
基本原理是含氡气体进入电离室后，氡及其子体放出的α粒子使空气电离，电离室的中央电极积累的正电荷使静电计的中央石英丝带电;在外电场的作用下，石英丝发生偏转，其偏转速度与其上的电荷量成正比，也就是与氡浓度成正比，测出偏转速度就可知道氡的浓度。检出限10～40Bq/m3。
仪器装置

图66.14 FD-105K测氡仪示意图

仪器由偏转式静电计、气体电离室和操作台3部分组成，其构造如图66.14所示。偏转式静电计由石英丝架、转动衬套、转动调整螺丝、电刀、绝缘琥珀和中心电极等构成。偏转式静电计壳内有一固定的隔板，隔板用于固定石英丝架、电刀和绝缘琥珀等。偏转式静电计的主要部件是石英丝系，石英丝系由悬丝、臂丝、指示丝组成。石英丝除吊环外，表面涂有金属铂，它的悬丝上端的绝缘杆，用紧定螺钉固定在石英丝架顶盖上的调整转动螺丝下端的插孔内，悬丝下端的金属杆也用紧定螺钉固定在中心电极上端的插孔内，石英丝的臂丝正常时应平行于两对正负电刀之间，且上下距离适中，指示丝在目镜中的位置竖直端正，调整好时仪器的机械零点、电零点应一致指示零。气体电离室由电离室外壳、绝缘体保护环、收集电极、接触电极组成。接触电极固定在绝缘保护环的绝缘琥珀上，通过绝缘保护环同静电计的中心电极相连接。在测量挡下工作时，电离室壳电压应在 100 ～150V。操作台是测氡仪的控制部分，操作台的右侧设有工作开关，可根据工作需要打到相应挡位工作。电源开关用于控制整机供电电源，电源电压为1. 5V。操作台左边有调零电位器和灵敏度电位器，用于调整仪器的电零点和灵敏度。操作台里的电路板主要为仪器提供电源和调整控制。读数显微镜放大倍数为70 倍，用于读取石英丝指示的数据。
分析步骤
将电离室用真空泵抽成负压，然后用真空法将待测试样送入电离室。放置 40min 后，用静电计测量所产生的电离电流，根据刻度系数计算氡浓度。
刻度
应采用定期(每年一次)对标准氡室进行刻度，也可以用66.4.1.2中闪烁瓶法的方法校正。
注意事项
1)该方法的优点是方法可靠，直接快速，既可以直接收集空气试样进行测量，也可以使空气不断流过测量装置进行连续测量，在实验室使用可较快地给出氡浓度及其动态变化。缺点是:灵敏度低，不适合低水平测量，设备笨重，不便现场使用;测量时间较长，读数方法原始，要用肉眼观察指示丝的偏转速度。
2)FD-105K测氡仪是20世纪60～70年代的产品，目前已停止生产，但目前地震系统仍在使用，主要用作水中氡的测量。
66.4.2.2 α聚集器法
方法提要
这类仪器通过218Po(RaA)达到测氡的目的，大致分四类:α卡测量(天然α卡法、静电α卡法、带电α卡法)，α管测量，α膜测量(氡膜法或α收集膜法)和“RaA”测量(带电瞬时α卡测量)。本节介绍利用静电收集氡衰变的第一代子体RaA作为测量对象，定量测量土壤、空气或水中氡浓度的FD-3017RaA测氡仪。基本原理是当氡射气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变，并产生新的子体RaA;它在初始形成的瞬间是为带正电的离子，利用它的带电特性，采用加电场的方式对它进行收集，使RaA离子在电场作用下被浓集在带负高压的金属收集片上;在经过一段时间加电收集后，取出金属片放入到操作台探测器(金硅面垒型探测器)内测量RaA的α放射性，其强度将与氡浓度成正比，根据刻度系数就可计算出氡浓度。
仪器装置
仪器主要由抽气泵和测量操作台两部分组成，抽泵除了完成抽取地下气体或水样脱气外，还起到贮存收集氡子体的功能。仪器结构见图66.15。
主要性能参数:
探测器，金硅面垒型半导体探测器，"26mm，面积531mm2。
抽气泵体积，最大采气体积1.5L，有0.2L、0.5L、1.0L和1.5L四个采气挡位。极限探测灵敏度:小于0.37Bq/L。抽气泵密封性能:在0.0933MPa(700mmHg)时，漏气速率<2666Pa/分。本底≤4脉冲/h。
测量步骤
1)连接抽气泵与操作台之间的高压电源线，操作台开机自检5～10次，预热5min左右。
2)设置测量时间2min，再设置高压存在时间2min。
3)用锤子在选定土壤上打孔，然后放入采样头，连接好干燥管和采样头与抽气泵之间的管子。
4)把收集子体用的金属片放入抽气泵顶部，预抽气0.5L左右排出，正式抽气1.5L后关闭阀门。
5)开高压按钮，等待2min听到报警声后，15s内将金属片从抽气泵顶部移到操作台探测器上。此时，可以排出抽气泵中气体并拔出采样头。
6)等待2min测量结束后，读数、记录，然后收金属片，关高压时间设置，再关测量时间设置到off档。
7)计算:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析


图66.15 FD-3017RaA测氡仪结构图

式中:CRn为氡浓度，Bq·m-3;NRaA为RaA的α脉冲计数，次;J为换算系数，Bq·m-3·次-1。
刻度
应采用定期(每年一次)对标准氡室进行刻度，正常工作过程中每日用固体镭平面源进行校正。
注意事项
1)该仪器的优点是没有探测器污染问题，也不存在氡射气的干扰影响，并且具有较高灵敏度、操作简便、现场可获取结果等。
2)缺点是采气量有时难以控制，特别是在黏土、难抽气的地区。

民用建筑工程土壤氡浓度检测报告是指：
新建、扩建、改建工程施工前进行土壤氡检测，并出具土壤氡浓度报告，是根据《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2010）第4.1.1条规定的。《土壤污染防治法》实施后，严格控制建设用地土壤污染检测标准。
民用建筑工程土壤氡浓度检测单位：
中科检测
民用建筑工程土壤氡浓度检测报告检查要求：
如果检测结果表明氡含量超标，则必须采取有效的控制措施减少土壤中氡的侵入，确保氡浓度在安全线以下，保障房屋建造人员的健康，也让最终住户住上绿色房屋。
土壤氡浓度检测方法：
土壤中氡浓度的测量可以采用电离室法、静电收集法、、活性炭吸附法、闪烁瓶法、金硅面垒型探测器等方法进行检测。
土壤氡浓度检测指标及注意内容：
（1）实测平均值较高(大于10000Bq／m3)或工程地点有地质断裂构造时，工程仍需要进行土壤氡浓度测定。
（2）实测平均值较低(不大于10000Bq／m3)、且工程地点无地质断裂构造时，土壤氡对工程的影响不大，工程可不进行土壤氡浓度测定。
（3）测量区域范围应与工程地基基础占地范围相同。
（4）在工程地质勘探范围内布点时，应以间距10m作网格，各网格点即为测试点（当遇较大石块时，可偏离±2m），但布点数不应少于16个。布点位置应覆盖基础工程范围。在每个检测点，应采用专用钢钎打孔。孔德直径宜为20～40mm,孔的深度宜为500～800㎜。

土壤氡检测

土壤氡测量方法包括：①瞬时测氡法，主要是硅半导体测量仪器或ZnS（Ag）闪烁室测量仪；②累积测氡法，包括固体核径迹法、活性炭法、热释光测量等。

瞬时测氡法，用取气装置将土壤孔隙中的自由氡抽取到仪器装置中，用现场测氡仪器直接测量。目前应用较多的有镭A测氡仪（FD-3017，图10.2.4）其结构如图10.2.5所示。

该仪器采用金硅面垒半导体探测器，通过测量²¹⁸Po粒子的活度来测定氡的浓度。野外采样工作程序如下：

a.将取样器插入一定深度（通常是50～60 cm）；

图10.2.4 镭A测氡仪（FD-3017）照片

b.用手动（或机械的）方法将土壤气吸入一定容积（1.5l）的抽筒中；

c.抽筒中的土壤气中的²¹⁸Po粒子被加负电压的铝片吸附（收集3分钟）；

d.将铝片放入半导体探测器上测量（用单道脉冲幅度分析器分析α粒子的能谱，并累积计数）；

e.用换算系数求得测点处的氡浓度，计算公式为

图10.2.5 镭A测氡仪（FD-3017）示意图

环境地球物理学概论

式中：F为仪器经氡室刻度求得的刻度因子（或称为换算系数）；n为采样时间内的计数。

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