劉福東張耀春王 亮王春紅張永貴

（1環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京，100082；2中國核電工程有限公司，北京，100840；3中國原子能科學(xué)研究院，北京，102413；4中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京，100024）

1 引言

最新調(diào)查資料表明：我國居民所受天然輻射照射比上世紀(jì)70年代至90年增加0.8mSv/a[1]。其中主要原因是居民受到居室內(nèi)氡及其子體有效劑量增加，除了與城市建筑密集度增高、空調(diào)使用等因素外，一個(gè)重要原因就是大量的工業(yè)廢渣被用于建筑材料,特別是一些建筑材料采用了發(fā)泡等技術(shù)，使得建筑材料的氡析出率增加，導(dǎo)致居室內(nèi)氡濃度增加。國外學(xué)者通過試驗(yàn)證實(shí)：現(xiàn)代住宅內(nèi)氡氣來源于建筑材料氡析出率控制值，通過調(diào)研和實(shí)際測量的貢獻(xiàn)占60%~70%[2,3]。本文結(jié)合我國城鎮(zhèn)住房典型結(jié)構(gòu)，依據(jù)現(xiàn)有法律法規(guī)要求，推導(dǎo)不同產(chǎn)地的摻渣建筑材料的氡析出率分析，初步確定理論推導(dǎo)值的合理性。

2 摻渣建筑材料氡析出率的確定

2.1 我國城鎮(zhèn)住房典型居室

根據(jù)大量調(diào)查，我國城鎮(zhèn)住房典型居室結(jié)構(gòu)如圖1所示[4]。內(nèi)部的幾何尺寸為(4×3×2.8)m3，其中住宅內(nèi)有一面墻有一面積為(2.4×1.8)m2窗戶，在對(duì)面一側(cè)有(0.9×2.0）m2一扇門，假定在圖示位置窗戶附近有一進(jìn)風(fēng)口，門附近有出風(fēng)口，其尺寸為（20×20）cm2。

2.2 保守的估算模式

2.3 .1 理論推導(dǎo)模式

在如圖1所示的典型居室，如果房間盡可能密封的情況下，并假定居室內(nèi)氡濃度主要來源于建筑材料，居室內(nèi)氡濃度的變化可以用公式1表示：

(1)式中，等號(hào)右邊的第一項(xiàng)為氡的產(chǎn)生項(xiàng)，主要來源于摻渣建筑材料。i類建筑材料的氡析出率和表面積分別為 ，房間的有效體積為V；方程中右邊第二項(xiàng)氣體泄漏導(dǎo)致的損失量（由于居室內(nèi)氡濃度累積增加而通過裂隙滲透量），其中q為房間的滲透率(與換氣率直接相關(guān))；方程右邊的第三項(xiàng)為由于氡衰變減少項(xiàng)，λ為氡的衰變常數(shù)；左邊表示氡濃度變化率，C為氡濃度，為居室外濃度， t為時(shí)間。

表1 房間氡析出率的計(jì)算值

圖1 典型居室示意圖

(1)式滿足初始條件：t=0時(shí)，室內(nèi)、外的氡濃度相同，即 C =C0。

解此一次線性微分方程方程，得

則(2)可以化為

那么平衡時(shí)即t→∝，氡濃度的方程為

2.3 .1 保守簡化模式

如果不考慮室外濃度，假定居室內(nèi)溫度沒有變化。一般居室的通風(fēng)率λv在0.1~1h-1，房屋內(nèi)的六個(gè)面的氡析出率是相同的。則長期平衡時(shí)，公式(4)氡濃度與氡析出率的關(guān)系可以用以下方程表示[4]：

公式(5)中，C為居室內(nèi)控制的氡濃度；Ei為i面的氡的析出率；Fi為i面的表面積；V為典型居室內(nèi)的體積；λ為氡的衰變常數(shù)； 為換氣率。假定六個(gè)面的氡析出率相同，窗戶（一般用玻璃制成）和門（一般用木頭制成）中氡的析出率近似為零。

根據(jù)我國新建住房平衡當(dāng)量氡濃度控制標(biāo)準(zhǔn)為100Bqm-3[5]，居室的氡平衡因子為0.4[4,6,7]，典型房間有效面積56.28m2（表面積中扣除了兩個(gè)通風(fēng)口面積和門窗），體積33.6m3，室外空氣氡濃度取10Bqm-3，根據(jù)公式(5)，假定房間內(nèi)門窗氡析出率為0（實(shí)際上，窗戶一般安裝玻璃，玻璃的氡析出率相對(duì)于墻體材料而言，是很小的。門一般是木制，本身鐳含量很低，氡析出率也很低），同時(shí)假定各面氡析出率相同，則當(dāng)滲透率取不同值，計(jì)算的氡析出率見表1。

從表1中可以看出，隨著房間滲透率(與換氣率有關(guān))的增加，推算的摻渣建筑材料的氡析出率也隨之增加。由于新建住房的通常換氣率在0.5h-1（滲透率一般在0.5h-1），推薦氡析出率的限制值為20 mBqm-2s-1。

2.3 模型驗(yàn)證

2.3 .1 典型居室測量

為了驗(yàn)證保守推導(dǎo)模型，分別在豐臺(tái)區(qū)盧溝橋曉月苑和遷禧家園選定剛剛驗(yàn)收不久兩家居室進(jìn)行氡析出率和濃度測量。氡析出率布樣主要針對(duì)地板和墻壁，氡濃度測量取樣點(diǎn)在居室內(nèi)的正中央，距離地板高度為1.5m。測量數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)見表2。

從表2測量數(shù)據(jù)表明：地面的氡析出率略高于墻面的氡析出率，主要是因?yàn)閴γ嬷胁捎昧税谆疫M(jìn)行粉刷，阻止了混凝土中氡的析出。根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)，初步分析可以得出白灰的氡析出率低于混凝土的氡析出率。

2.3 .2 保守的模型驗(yàn)證

我們假定換氣率為0.5h-1(近似靜風(fēng))自20cm×20cm的窗戶的通風(fēng)口進(jìn)入，居室尺寸表3實(shí)際尺寸計(jì)算，代入公式(5)，理論計(jì)算氡濃度見表3。

從以上模擬計(jì)算中可以看出，模擬的計(jì)算值略高于測量值，相對(duì)誤差即（計(jì)算值-測量值）/計(jì)算值約在10%-15%，說明模擬計(jì)算值基本上與測量值相符的。

表2 兩間新建住房的氡析出率和氡濃度的測量數(shù)據(jù)

表3 模型計(jì)算和測量數(shù)據(jù)比較

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

結(jié)合我國實(shí)際城鎮(zhèn)住房的特點(diǎn)，考慮輻射防護(hù)和我國法規(guī)要求，利用保守模型計(jì)算提出適合我國的摻渣建筑材料氡表面析出率的限制值為20Bqm-2s-1。從輻射防護(hù)角度和循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度考慮，控制這樣氡析出率的建議值是合理的。

3.2 建議

（1）盡管對(duì)氡析出率的測量方法很多，但各種測量方法、適用條件、校正方法等存在差異，規(guī)范經(jīng)濟(jì)適用的對(duì)建筑材料表面氡析出率測量方法和取樣方法。

（2）在建筑材料放射性核素限制中增加建筑材料氡析出率控制指標(biāo)。

[1]潘自強(qiáng)劉森林等編著，2010.中國輻射水平.北京：原子能出版社.

[2]Michel van der Pal, geboren te Hoom.Radon transport autoclaved aerated concrete, 2004.

[3]P.de Jong,W.vanDijk,E.R.van der Graaf,and T.J.H.de Groot, National survey on the natural radioactivity and 222Rn exhalation rate of building materials in the Netherlands, Health Physics, 91(3):200-210,2006.

[4]W.Zhuot, T.Iidat, J.Moriizumit, T.Aoyagi:j: and 1.Takahash，Simulation of the concentrations and distributions of indoor radon and thoron, Radialion Protection Dosimetry 93(4) :357-368,2001

GB/T16146-1995，住房內(nèi)氡濃度控制標(biāo)準(zhǔn)，國家技術(shù)監(jiān)督局。

聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)（UNSCEAR）,電離輻射源與效應(yīng)（卷1），2000

L.Minkin.Is Diffusion, Thermos Diffusion, or Advection A Primary Mechanism of Indoor Radon Entry? [J] Radiation Protection Dosimetry 102(2): 153-162,20002.