某國防坑道氡子體防護淺析

李昆侖 王金棟 周洪慶

（1.中國人民解放軍91049部隊，青島 266102；2.海軍航空大學岸防兵學院，煙臺 264001）

1 引言

標準狀態下氡是一種無色無味的氣體，是自然界中廣泛存在的一個天然輻射源，主要放射出α射線，氡衰變后產生一系列放射性更強的子體，再經多次衰變后變成穩定的鉛。在氡的所有子體中，有4種子體的半衰期比氡短，稱它們為短壽命子體。氡及其子體被人吸入后的內照射主要由氡的短壽命子體造成。對于國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，并經擴散和對流作用進入地下建筑物的大氣中，使得這些環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措施。氡和氡的短壽命子體的輻射特性見表1。此時氡子體的數量最多，危害也最大。

已有初步證據表明：工作人員長期接觸氡子體，會增加患胃癌、膀胱癌、乳腺癌的概率，氡的短壽命子體是造成高氡環境下工作人員患肺癌的主要誘因。目前國際上多數學者認為，若工作場所空氣中氡子體濃度經常高于限定濃度，工作人員受到氡子體的輻射累積超過120個工作水平月，工齡超過10年，并同時是中度或重度吸煙者，則患癌癥的幾率較大。

根據GB18871—2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》，從事放射性工作人員的職業照射輻射安全標準為：連續5年內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。空氣中氡的產生和氡子體的積累非常快，純氡進入空氣后，如果不計衰變，大約經過3h，氡和氡子體會達到放射性平衡，射安全標準由上述有效劑量轉換而來：按轉換系數為1.4mSv/(mJ·h·m-3)計算，連續5年內年平均氡子體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

由于調查分析區域的氡析出率較高，按照國家放射防護規定，必須采取有效措施降低坑道范圍內的氡子體濃度，以減少放射性物質對工作人員身體的危害。

3 氡子體濃度測量

為了較準確快速地完成氡子體濃度測量，首先需要測量氡濃度，然后根據測量結果計算氡子體濃度。

通過KDY-I氡連續監測儀對坑道內各主要測試點進行24h連續測量，根據測量的氡濃度來計算氡子體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潛能的轉換系數，單位為5.56×10-3μJ/Bq；C為氡濃度，即儀器測量值，單位為Bq/m3。

在監測點的選擇上，重點選擇人員滯留時間相對較長的部位；而較為偏僻、通風不良、人員很少滯留的點位則不作為重點。測得的某坑道測試點氡濃度及氡子體水平見表2。

測量發現：通風情況下，12.5%的測試點超過GJB1353—1992《坑道內氡及其子體放射性防護規定》中要求的500Bq/m3限值。其中氡濃度在200～500Bq/m3之間的陣地區域有6處，占75%，超過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

目前坑道氡子體防護主要有3種方法：排氡通風、屏蔽、吸附。

4.1 排氡通風

排氡通風是一種排除坑道內部氡及氡子體，保證其濃度不超過規定標準的常用方法。從放射性防護的角度來說，在保證坑道區域內溫濕度滿足要求的前提下，應盡量使坑道內部與外界進行循環通風，從而降低坑道區域內的氡和氡子體濃度。循環通風量直接影響氡濃度，通風量越大，坑道區域內氡濃度就下降得越快。排氡通風主要有3種方式：壓入式通風、抽出式通風和壓抽聯合式通風，綜合各種因素來看，目前坑道的排氡通風采用的是壓入式通風。在入風流污染為0（大氣氡濃度假定為0）時，穩定通風條件下氡子體濃度與氡濃度的關系主要取決于通風換氣的時間。t時刻，V體積內的氡濃度Ct與通風速率、通風時間t的關系可用下式表示：

式中，Ct為t時刻的氡濃度，Bq/m3；C0為初始時刻的氡濃度，Bq/m3；R為通風空間的氡析出率，Bq/min；Q為供給通風空間新鮮空氣的通風速率，m3/min；λ為氡的衰變常數，min-1；V為通風體積，m3。可以看出，當t增加時，Ct開始下降，但t增加很大時，公式右邊第二項變得很小，此時氡濃度取決于第一項，這說明通風體積、通風量一定時，當氡濃度降低到某一值后，延長通風時間對降低氡濃度已無太大作用。某測試點通風前后的氡水平見表3。

由上述數據可以看出，開始通風后，氡濃度并未下降，而是略有上升，這是因為風管中存在一定的氡積累，在此過程中被送入坑道，導致數值上升，通風1h后氡濃度下降，這是因為補入的新鮮空氣逐漸稀釋了測試點的氡濃度。繼續通風后，氡濃度逐漸降低，在通風2h后，氡濃度不再顯著降低，這是基于式（2）中的第二項隨時間延長逐漸趨近于零。停止通風后，氡濃度短暫維持在較低水平，由于空氣的擴散對流，氡濃度會緩慢逐漸升高，根據式（1）可知，相應的氡子體α潛能濃度遵循同樣的變化趨勢。

表2 2016年8月某坑道測試點的氡濃度及氡子體水平

表3 某測試點通風前后的氡水平

4.2 屏蔽

由于坑道區域內的氡是由山體中所含的鈾、鐳衰變產生的，其主要靠擴散、對流作用在巖石孔隙中運動，通過坑道區域內被覆層的毛細管不斷進入坑道內部的大氣中，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厚度、擴散系數小的閉孔性材料，其會在屏蔽層與被覆蓋層相連的薄層中互相滲透連為一體，相當于使被覆層的孔隙度減小，氡的擴散阻力增大，使巖石和被覆層中的氡無法進入坑道區域內的大氣中，從而達到降氡的目的。

從工程實踐來看，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。目前來看，常見的防氡建材主要有防氡涂料、防氡砂漿和防氡膩子等，對于氡析出率較高的區域，可以采用在墻體上新刮防氡膩子并涂刷防氡涂料等措施來降低氡水平。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，吸附系數是溫度的函數。隨溫度的降低，活性炭對氡的吸附系數增大；反之，則吸附系數減小。當溫度升高到200℃時，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，在低溫狀態下，氡可直接凝固在器壁上，這種類似于凝華的現象實際上也是吸附。

目前吸附法降氡主要是采用活性炭。用活性炭凈化含氡空氣的工藝與凈化其他化學氣體相同，降氡工藝包括吸附、解吸、再生和回收等過程，但區別在于：氡是放射性氣體，其子體有較強的外照射，故吸附后的活性炭具有較強的放射性；被凈化的含氡空氣中氡含量濃度很低。

實驗證明：

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

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

（3）活性炭吸附凈化含氡空氣對較小設備有顯著的效果。

（4）活性炭吸附較高濃度的氡后，具有較強的外照射。故在設計中必須考慮活性炭的屏蔽和操作中的安全防護問題。

5 結束語

國內外工程實踐證明：長期暴露于高氡環境下，工作人員的身體將受到嚴重損害。目前常用的3種氡子體防護措施中，排氡通風是最有效的辦法，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方式來降低環境中的氡子體水平；與通風法相比，屏蔽法是在大部分建筑物內壁涂裝防氡涂料，使用防氡建材則更為經濟適用；與前兩者相比，吸附則為應急情況下的防護手段。正確認知3種防護措施的適用時機和場合，根據情況采取合適的防護措施，對有效保護長期在地下坑道工作的人員身體健康具有重要意義。