空氣中氡氣測量技術性能對比研究

李佳俊 丁衛撐 顏國旭 陳文秀 李姝彬

（成都理工大學 四川省地學核技術重點實驗室，四川 成都610051）

癌癥是全球第二大死因，根據世界衛生組織（WHO）下屬的國際癌癥研究機構（IARC）報告，2015 年因癌癥致死人數為880萬人死亡。從全球情況看，近六分之一的死亡由癌癥造成，其中肺癌為168 萬人。2016 年因癌癥致死人數為900 萬。世界衛生組織（WHO）于2009 年公布的室內氡手冊中指出，在歐洲、北美洲和亞洲的最新氡研究顯示，3%～14%的肺癌歸因于氡及其子體的輻射。同時指出，與氡暴露有關并且在吸煙的肺癌病例中，吸煙和氡暴露之間存在強聯合作用。WHO 已把氡列為19種致癌物質之一僅次于吸煙的第二大致肺癌因素。

根據我國GB 50325-2020《民用建筑工程室內環境污染控制標準》中規定，民用建筑工程室內環境中氡濃度不得高于150Bq/m3， 現行國家標準《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2019）中第4.1.1 條控制項規定：“建筑場地內應無含氡土壤的危害”。

1 實驗方案

本實驗主要對電離室法、閃爍室法和α 能譜法對應的三種儀器即HS05C 環境氡濃度檢測儀、FD216 環境測氡儀和HS01α 能譜測氡儀進行基本性能對比實驗。為了確保所有儀器取樣點的一致性，將儀器鏈接分支器從同一個取氣口取氣工作。為了降低儀器本身刻度的差異性對實驗結果產生影響，我們需要采用氡室對儀器進行統一標準刻度。

實驗儀器：

HS01 測氡儀，該儀器為α 能譜儀。該儀器采用α 能譜法，能對α 粒子進行有效探測。可以同時測量氡濃度和釷濃度，該儀器滿足GB50325-2020《民用建筑工程室內環境污染控制規范》、GB/T14582-1993 《空氣中氡的標準測量方法》、EJ/T605-2020《鈾礦勘察氡及其子體測量規范》，儀器靈敏度高，能同時測量溫度、濕度和氣壓，并且能自動修正溫濕度，降低環境影響因素，提高儀器測量數據準確度。

HS05C 環境氡測量儀是便攜式的電離室測氡儀。它采用脈沖電離室法，可以對氡及其子體的探測，該儀器滿足GB50325-2020《民用建筑工程室內環境污染控制規范》、GBZ/T182-2006 《空氣氡及其衰變產物測量規范》、GB/T16146-2015《室內氡及其子體控制要求》。靈敏度高，數據溫度，體積小，便于攜帶。

FD216 閃爍室測氡儀，該儀器采用閃爍室測氡法，儀器滿足T/CECS 569-2019《建筑室內空氣中氡檢測方法標準》、GB 50325-2020 《民用建筑工程室內環境污染控制規范》、GB/T16147-1995《空氣中氡濃度的閃爍瓶測量方法》。靈敏度高、功耗低，交、直流兩用，直流電源可支持儀器工作30h。

2 實驗結果及數據處理

2.1 響應時間

儀器的響應、時間快慢可以反映出儀器響應探測目標的速度，響應速度快則能更快的21 使儀器進入穩定測量狀態并在較短的時間內測量出結果。測試前將儀器置于通風環境即本底環境中進行測量并觀測儀器的測量值。確認儀器的測量值為本底值后將儀器測量周期設置為10 分鐘并且將所有儀器轉移至氡室開始同步測量，觀測儀器進入穩定狀態的時間。

圖1 各儀器響應時間測試結果

本次實驗中氡室濃度穩定值為4550Bq/m3。約定儀器示值達到氡室濃度穩定值的90%則認為儀器測量濃度值響應到與氡室一致的水平。從上圖我們可以看出，HS01 響應速度最快，在2 個周期即20 分鐘之內，HS05C 和HS05D 的測量值在40 分鐘后達到氡室濃度水平，其響應能力略低于HS01。HS03 在60 分鐘示值與氡室內濃度在同一水平。FD216 中編號150095 響應時間為60 分鐘，180262 響應時間為80 分鐘。

2.2 恢復時間

儀器恢復時間即儀器從某一濃度恢復到環境本底水平所用的時間，儀器恢復時間短則能更快的使儀器進入本底狀態從而開始進入下一個測量周期。

在儀器達到穩定狀態后再保持一定時間的測量，再將儀器從氡室斷開，使儀器直接連通大氣進行測量，觀測儀器恢復本底所需要的時間。

圖2 各儀器恢復時間測試結果

儀器測量值下降至60Bq/m3以下時即認為恢復基準，從測量結果中可以看出HS01 能在20 分鐘即兩個周期后從濃度大約3500Bq/m3的示值下降到基準值，其恢復速度明顯優于其他儀器。其次是HS05C 和HS05D，這兩種儀器的恢復曲線十分接近，這兩種儀器從高濃度恢復至60Bq/m3左右需要大約3 個小時的時間。HS03 恢復時間大約在4 個小時左右，而FD216 的恢復時間在4 小時20 分鐘左右。實際上FD216 進行連續測量時不能忽略排空的過程，因為其測量階段至少包含1 分鐘的排氣時間，所以該儀器在本實驗的理論情況下的恢復時間可能會更長一些。

2.3 穩定性和精確度

表1 中相對誤差范圍即10 次測量結果與平均值的相對誤差，從表中可以看出所有儀器在連續的10 次測量中的穩定性都十分良好。

表1 各儀器穩定性

針對本實驗的第二個濃度點的測量值可以對比儀器的精密度，儀器的精密度采用相對標準偏差進行評估，其計算如式（1）所示。

式中RSD 為相對標準偏差，S 為標準偏差，X 為算數平均值，結果如表2 所示。

表2 各儀器相對標準偏差

從表2 中可以看出FD216 的相對標準偏差最低，說明其精密度是3 種儀器中最高的，其次是HS05C，這跟預計的結果略有出入。實驗結果表明所有儀器的精密度都很高，說明這些儀器在測量時得到的數據較為集中且具有較小的隨機誤差。

3 實驗結論

通過實驗表明，HS01 具有最快響應時間和恢復時間，這意味著在實際工作中HS01 α 能譜測氡儀能更加快速的進行多次測量，并且在測量環境急劇變化的情況下不需要等待太長的時間讓儀器恢復正常測量狀態。HS05 系列中HS05D 的響應能力優于HS05C，但兩個儀器恢復能力相近，HS05C 體積小，質量輕，便于攜帶，且可以固定于相機架上，滿足標準規定現場工作取樣0.8～1.5 米的要求。FD216 響應能力、恢復能力都明顯低于其他兩個儀器，但精密度高于其他兩個儀器，適合于精密度要求高，隨機誤差小的場合。