快速水氡測量方法的研究*

武云云尚 兵劉建香崔宏星*

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快速水氡測量方法的研究*

武云云①尚 兵①劉建香①崔宏星①*

［摘要］目的：解決傳統(tǒng)水氡現(xiàn)場測量系統(tǒng)復(fù)雜以及水氡的提取、轉(zhuǎn)移、平衡和測量需要較長時間且費時又費力等問題，實現(xiàn)水氡的現(xiàn)場快速測量。方法：研究設(shè)計一套現(xiàn)場鼓氣裝置，配合靜電收集法、電離室法等連續(xù)測氡儀，以實現(xiàn)水氡的現(xiàn)場快速測量；結(jié)合水氡測量裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，驗證具體的測量程序、測量比對和現(xiàn)場快速測量方法。結(jié)果：該快速測量方法與美國RAD7H20測量比對，相對百分偏差為1%～6%，測量結(jié)果基本一致。采用該水氡測量裝置對我國6省會城市的自來水中氡含量進行了測定，自來水中氡含量均值為6.74 Bq L-1，范圍為0.96～24.98 Bq L-1。結(jié)論：本研究設(shè)計的水氡快速測量裝置體積小，操作簡單，測量準(zhǔn)確性高，適合較大規(guī)模的飲用水氡調(diào)查工作。

［關(guān)鍵詞］水氡含量；測量裝置；快速測量

武云云，女，（1982- ），碩士，助理研究員。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所輻射防護與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點實驗室，從事放射衛(wèi)生工作。

China Medical Equipment，2016，13（5）:126-129.

［Abstract］ Objective: The traditional radon in water measurement system is complex， and the extraction， transfer， balance and measurement of radon in water takes a long time traditionally. A measuring device for radon in water was developed to achieve rapid measurement of radon in water. Methods: The construction， principle， measurement procedures and intercomparison with other measuring instrument were introduced， and the measurements were carried out in field.

Results: The intercomparison results between the method in this study and RAD7H20 were in a good agreement， and relative percent difference ranged from 1% to 6%. The tap water samples collected from 6 capital cities were tested by the measuring device in this study and the average radon concentration in water was 6.74 Bq L-1， in range of 0.96-24.98 Bq L-1. Conclusion: The measuring device in this study with a small volume is easy to perform and can obtain high accuracy. It is suitable to larger scale investigation for radon in drinking water.

［First-author’s address］ Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency， Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety， Chinese Center for Disease Control and Prevention， Beijing 100088， China.

生活飲用水中氡是室內(nèi)氡的來源之一，通常情況下室內(nèi)空氣中的氡有1%～2%來自于生活飲用水［1］。在溫泉、水處理廠等特殊場所存在嚴(yán)重水氡污染問題，可能成為受照劑量的最大來源［2-5］。1991年，美國環(huán)境保護部（EPA）建立飲用水中氡濃度的最大污染水平（maximum contaminant level，MCL）限值為11.1 Bq/L［6］；歐盟（EU）和世界衛(wèi)生組織（WHO）相繼建立了飲用水氡控制標(biāo)準(zhǔn)為100 Bq/L［7-8］。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”［9］中，將生活飲用水中氡含量作為參考指標(biāo)，采用美國EPA規(guī)定的限值。

水氡的測量方法有很多種，常用的有液閃法、閃爍室法、γ能譜法、固體徑跡法以及駐極體法等。液閃法和閃爍室法為美國EPA推薦的水氡測量方法，其測量靈敏、準(zhǔn)確以及需要樣品量少，但是操作繁瑣，水氡的提取、轉(zhuǎn)移、平衡和測量需要較長時間，費時又費力［10］。近年國外快速水氡測量技術(shù)，主要有美國Durridge公司生產(chǎn)的RAD7H2O測量裝置和德國Genitron公司生產(chǎn)的AlphaGUARD PQ2000PRO水氡測量裝置，被廣泛應(yīng)用于水氡現(xiàn)場測量和研究［11-14］。

閃爍射氣法是我國國標(biāo)確認的水氡測量方法［15］。測量水氡需要將樣品先導(dǎo)入擴散管中，通過鼓氣將樣品中的氡轉(zhuǎn)移到閃爍瓶中，然后進行測量。這種經(jīng)典測量方法在實際操作中尚存在許多缺點：①樣品在由采樣容器轉(zhuǎn)移到擴散管中由于震動會有氡氣溢出；②由于擴散管結(jié)構(gòu)問題，樣品量難以控制，增加后期工作量；③測量時間長，氡氣導(dǎo)入閃爍瓶中后需等待約3 h后方可測量；④工作人員需有較熟練的操作技能；⑤不便于水中氡的野外現(xiàn)場測量。

為了解決水氡現(xiàn)場測量問題，填補國內(nèi)快速水氡測量方法的空白，本研究設(shè)計一套現(xiàn)場鼓氣裝置，配合靜電收集法、電離室法等連續(xù)測氡儀，以實現(xiàn)水氡的現(xiàn)場快速測量。

1 水氡測量裝置的結(jié)構(gòu)與原理

1.1 水氡測量裝置結(jié)構(gòu)

該套水氡測量裝置由采樣瓶、擴散管、水汽分離裝置、單項閥、干燥劑瓶、連接管及連續(xù)氡測量儀組成，如圖1所示。

圖1 水氡測量裝置示意圖

1.2 工作原理

將水氡測量裝置與氡氣連續(xù)測量儀連接，形成密閉環(huán)路，在抽氣泵的作用下，擴散管開始鼓氣，將樣品中氡氣趕出，通過水汽分離裝置，含有氡的氣體進入測量儀的腔體，經(jīng)過一段時間的運行（10 min）密閉環(huán)路中氡濃度基本達到穩(wěn)定平衡，然后進行水氡測量。對于德國SARAD、法國Saphymo PQ2000等不受濕度影響的測氡儀，測量時可不使用干燥劑。采樣器設(shè)計容積為250 ml和500 ml兩種，用于測量不同濃度的水氡。

2 水氡測量裝置的測量程序

2.1 樣品采集

使用250 ml采樣瓶，如樣品中氡濃度較低時可采用500 ml采樣瓶。采樣前先使用待測水樣清洗采樣瓶2～3次，將樣品緩慢流入瓶中，待水滿溢出瓶后迅速扣緊瓶蓋，記錄采樣時間。

2.2 測量儀器的準(zhǔn)備

測量前應(yīng)對測量儀進行凈化，排除測量儀中的氡氣，使之本底降為最低（5 Bq/m3）。凈化時間為10～20 min，也可根據(jù)儀器本身條件適當(dāng)延長。對測量濕度有要求的測氡儀應(yīng)進行系統(tǒng)干燥，即在水汽分離裝置后連接一個干燥劑管，使測量系統(tǒng)的相對濕度盡快達到測量儀本身的要求。測量時儀器應(yīng)設(shè)為快速測量模式，僅記錄218Po的計數(shù)。

2.3 測量流程

打開樣品瓶蓋→速將水汽分離器扣在樣品瓶口上擰緊→按照圖1連接各管路→開機測量，測量時間設(shè)為5 min，測量6周期→刪除前2個周期數(shù)據(jù)，由于開始測量系統(tǒng)中氡濃度未達到平衡，取后幾個測量數(shù)據(jù)的平均值。

2.4 計算方法

測氡儀所顯示的氡濃度不是樣品中的實際氡濃度，而是測量系統(tǒng)內(nèi)空氣稀釋后的樣品中氡濃度，且存在受測量系統(tǒng)中殘留氡濃度的影響，因此必須對測量結(jié)果進行計算（公式1）：

式中C水為水樣氡濃度（Bq/L）；Rn氣為測量系統(tǒng)氣體氡濃度（Bq/m3）；V氣為測量系統(tǒng)氣體體積（L）；V水為水的體積（L）；K為測量系統(tǒng)一定溫度下的Osward系數(shù)，25 ℃時K為0.226；C0：測量前系統(tǒng)中的氡濃度（Bq/m3）。

本研究研制的水氡測量裝置采用德國SARAD RTM2200測氡儀，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)226Ra溶液進行標(biāo)定，修正因子為1.10。如果采樣時間與測量時間間隔＞3 h，則測量結(jié)果需要進行時間修正。

3 水氡測量裝置的測量比對結(jié)果

采集3份250 ml水樣，每份采集2個平行樣，采用美國Durrige水氡測量系統(tǒng)RAD7 H2O和本研究研制的水氡測量裝置分別測量，結(jié)果顯示兩種方法水氡測量結(jié)果基本一致，相對百分偏差為1%～6%，見表1。

表1 水氡測量比對結(jié)果(±s，Bq/L-1)

表1 水氡測量比對結(jié)果(±s，Bq/L-1)

注：表中RPD為相對百分偏差。

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4 水氡測量裝置的現(xiàn)場測量

采用該水氡測量裝置對我國6個省會城市的自來水中氡含量進行測定，本次測量結(jié)果顯示，6個省會城市的自來水中氡含量平均值為6.74 Bq/L-1，范圍為0.96～24.98 Bq/L-1，見表2。

表2 我國部分省會城市自來水中氡含量(Bq/L-1)

5 結(jié)論

本研究研制的水氡測量裝置與傳統(tǒng)水氡測量方法相比具有如下優(yōu)點：①采用全新設(shè)計的模具來加工制造水汽分離裝置及樣品瓶，保證了每一個水汽分離裝置、采樣瓶的容積是相同的，同時采樣瓶與樣品瓶合二為一，省略了樣品從采樣容器中向擴散管轉(zhuǎn)移的步驟，從而減少了氡的溢出，使用本裝置時，只要在采集樣品時將采樣瓶裝滿，即能保證每一份樣品的樣品量相一致，極大方便了后期的計算，同時也實現(xiàn)了本裝置的互換互用；②本裝置在設(shè)計時考慮了野外現(xiàn)場使用的需要，在保證功能有效的前提下盡可能壓縮裝置體積，減少重量。采用PVC材料加工使得本裝置的強度得以保證，重量也相對減輕，更不需要加裝任何緩沖裝置，方便攜帶，與連續(xù)測氡儀一起使用可完全勝任野外現(xiàn)場的水氡測量；③采用本裝置測量水氡的時間與閃爍法相比極大縮短，且可實現(xiàn)即時測量，這也為實現(xiàn)現(xiàn)場、大批量的測量提供技術(shù)保證；④本水氡測量裝置，可配合不同原理的連續(xù)測氡儀，如靜電收集和電離室測氡儀，進行水氡測量時可以不使用干燥劑。

采用本研究研制的水氡測量裝置進行水氡測量與國際同類水氡測量方法測量比對，該方法準(zhǔn)確性高，同時具有體積小、重量輕、便于攜帶、易于操作以及適用范圍廣等特點，克服了老式擴散管分離水中氡的種種不足，實現(xiàn)了水中氡的現(xiàn)場、快速測量，是一種簡潔、快速及準(zhǔn)確的水中氡測量的工具，適合較大規(guī)模的飲用水氡調(diào)查工作。

參考文獻

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①中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所 輻射防護與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點實驗室 北京 100088

［文章編號］1672-8270（2016）05-0126-04 ［中圖分類號］ R145

［文獻標(biāo)識碼］A

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.05.039

作者簡介

收稿日期：2016-01-20

*基金項目：國家自然科學(xué)基金（11375164）“室內(nèi)氡污染控制與治理關(guān)鍵技術(shù)研究”

*通訊作者：hxcuicn@163.com

The research on a rapid measuring method for radon in water

WU Yun-yun， SHANG Bing， LIU Jian-xiang， et al

［Key words］Radon in water； Measuring device； Rapid measurement