张景遵
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摘要：文章拟采用PVC圆柱容器密封土壤或建筑材料，用CD-1 杯测氡仪测量容器中的氡浓度以计算待测介质的氡析出率。每隔5 min用相同大小容器密封同一材料的等量待测介质，将密封容器放在恒压室内以控制气压，直至容器中氡浓度平衡，采用拟合曲线的方法计算待测介质的氡析出率。
关键词：一种建筑材料；氡面射气系数；测量方案
1引言
本文从氡在非破碎建筑材料中稳态运移方程出发，推导出建筑材料所析出的氡与建材氡面射气系数关系式，从而很方便地根据积累腔室中的氡浓度积累曲线计算出建筑材料氡面射气系数。该方法充分考虑了氡在建筑材料中的衰减，并通过测量预先充入测量装置中的氡在各时间点的浓度值推导出测量装置的泄漏率，提高了测量结果的精度。由于长时间积累测量存在“反扩散”问题，本文分析得出了一个高精度的短时间积累测量计算公式，用其对实验结果进行分析，误差在4％以内。
2理论依据
根据气体扩散与对流的理论，氡在任意形状待 测介质中的运移可用式(1)描述
其中，是待测介质的孔隙度 (采用环刀法测量)，为待测介质的比重(g／cm3)， 为待测介质的容重(g/cm3)，w为待测介质的含水量 (把建材在恒温箱中将其水分蒸干，称重而得含水量 的体积)，为待测介质的体积；是待测介质孔隙中氡浓度；t是氡在待测介质中运移的时间；D 是待测介质中氡的扩散系数；，K为待测介质对流(渗透)率，为流体的粘度系数，P为流体内的压力；是单位体积待测介质中产生的活动氡(Bq·s-1．133-3)，为待测介质的射气系数，p为待测介质的密度，为待测介质中226Ra的比活度，为氡衰减常数：△为拉普拉斯算符；V为哈米尔顿算符。
2.1氡在圆柱体介质中稳定运移
当建筑材料中的氡浓度不随时间变化时，则达到稳定运移情况。为简化模型，假设：1)待测介质中的氡浓度不随时间变化；2)待测介质中放射性 元素226Ra分布均匀，各处孔隙度比较均一，则氡在建筑材料中的横向与纵向运移(扩散与对流引起) 可忽略不计，只在垂向X轴上发生一维运移；3)对流是由压力梯度而致，但积累空间及介质内部在测量过程中对压力变化不显著，仅考虑扩散的影响； 4)待测介质中氡的扩散系数D为常数，且待测介质各发射面上的氡浓度相对于该样品内部孔隙中的 氡浓度可忽略不计。
则对高为勒的圆柱体待测介质中氡稳定运移方程为
边界条件为：， 其中为t时刻积累腔中的氡浓度；其余符号同前。则式(2)的解为
根据Fick定理，待测介质的氡面析出率
2.2氡在腔体中积累
氡在腔体中积累过程可用式(5)描述
按上述方案分别对如下4种建材进行测量：A) 5 cmx4.48 cm加镭粉水泥块；B) 5 cm x l.49 cm水泥块：C) 5 cmx4.52 cm水泥块：D) 5 cmx5.14cm 红砖。测量结果如表l所示，其中材料E为材料D的破碎样。从占l列可以看出：对同种建材、相同尺寸下，产生活动氡量越多，扩散作用加强，使得 析出氡比例增加，氡的面射气系数增加；相对建材体积而言产生活动氡比例相同、厚度不同时，底部所产生的氡受到更多的介质阻挡,析出率下降，氡的面射气系数减小；建材破碎与否，决定材料暴露在空气中表面的大小，增加与空气接触面可减小介质晶格对反冲氡原子的阻留，增加氡的面射气系数。
表1几种建材氡面射气系数测量结果
Table l Experimental results of emanation factor from several building materials．
4结论
本文介绍一种贴近实际的建筑材料氡面射气系数测量的新方案，该方案充分考虑测量装置的“泄漏”和氡在空隙中的衰减，并大大地降低由于“反扩散”的存在对测茸结果所带来的影响。从实测结果可以看出：增加产生活动氡茸和破碎介质均使建材氡面射气系数高于实际值：在同一活动氡产生水平下，增加建材厚度相对增加反冲氡原子受晶格的阻留几率，减小建材氡面射气系数。该方法简单、经济。不足之处在于测量时间过长。但在测量的前几小时(或更短，如3h) 则式(9)可化简为
由式(11)可拟合求解出b值，代入式(10)便可得到建筑材料的氡面射气系数。结果如表l中列所示，该简化引入的误差很小。倘若拟合过程中发现6值较小，应适当增加测量时间，提高结果精度。
5结语
该装置也未考虑密封容器的“泄漏”，且仅对密封容器外部环境进行压力控制，而实际上应该对积累腔内部进行压力控制；采用多个密封容器，它们的密封性能、等量待测介质中226Ra的含量等关键影响因素不一定相同，测量结果的不确定度很难确定，且耗费大。本文在这一模型的基础上进行改进，保留该密封积累模型的优点，通过瞬时法循环测最非破碎圆柱体待测建筑材料上表面析出的氡在积累腔中的积累曲线，以计算待测介质氡面射气系数。
参考文献：
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[2]谢斐，童纯菡，刘晓辉．广东微量元素科学．2008，15(1)：61—65.
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[4]刘庆成．环境氡理论与应用研究(博士后论文)．北京：北京科技大学。1998
论文作者:张景遵
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/17
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