測氡儀使用方法

『壹』 室內空氣中氡的測定方法

室內空氣中氡氣檢測方法：

瞬態測量：為使測量能反映住房內氡濃度的真實情況，使測量結果誤差小，有可比性，測量要選擇在一天氡濃度較為穩定的時刻，在這之前，居室要封閉24小時或其他規定時間。測量點一般選在居室中央離地面高1.5米處。

瞬態測量儀器一般選用電子測氡儀、注入式閃爍室，儀器要經標准氡室檢定。瞬態測量在住房內氡濃度調查中起著掃描作用，一旦找到疑點，還需長時間的連續測量才能確定住房內氡濃度水平。

連續(或累計)測量：固體徑跡探測器和活性炭罐是目前常用的被動式累積氡探測器。

(1)測氡儀使用方法擴展閱讀：

由於住房內氡的行動水平已由氡平衡當量濃度簡化為氡的測量濃度，住房內氡的監測也應隨之變化。住房內氡濃度時刻受居室內的溫度、濕度、通風和其他外界和人為活動影響，因此，按照人們正常居住方式，較長時間收集住房內氡濃度的變化，求出平均水平，較能實際地反映住房內人們所接受的氡輻射劑量。

但作為一般了解，瞬態氡的測量也十分需要，而且十分簡便。室內氡主要來源於地基和建築材料，並與室內外空氣交換率、氣象條件有很大關系。由於地域環境、住房建材、室內裝飾和生活方式的不同，住房內氡濃度水平相差很大，從幾個到幾萬不等，但大多數住房內的氡濃度水平是不高的。

『貳』 瞬時氡氣測量方法

早期的瞬時氡氣測量使用電離室測量氡放出的α射線，如FD-118儀器。其測量方法是先打一個孔，用取樣器抽取土壤中一定量的氣體，然後測量取樣氣體中氡放出的α粒子或子體放出的α粒子的多少，不同的儀器抽氣和測量α粒子的方式不同。如圖3-7為RE-279型射氣儀的抽氣循環系統，採用的是循環方式。如圖3-8為RM-1003型射氣儀，採用的是單向抽氣方式。

土壤氡測量儀器較多，如早期的FD-118G、FD-3016以及RM-1003、RD-200、RE-279等，現在市面上儀器也較多，如FD-3017型RaA測氡儀、BL-2014型脈沖電離室氡測量儀，SoRn-222型土壤(空氣)測氡儀、RAD6測氡儀等。

以下以FD-3017型RaA測氡儀為代表說明瞬時氡氣測量方法。

(一)FD-3017型RaA測氡法的基本原理

FD-3017型RaA測氡儀是瞬時測氡方法的代表，它通過直接抽取地下土壤或水中氡氣測量其濃度大小，來判別地下形成氡異常的原因，從而推測地下地質礦產或地質體存在的可能性。

其基本原理是：使用抽筒抽取一定量的土壤氡氣進入抽氣泵，當氡衰變成RaA瞬間，它是帶正電荷的，在專用鋁片上加負高壓(-2800V)，用於收集氡的衰變子體RaA，然後測量鋁片上的RaA放出的α粒子的計數率，該計數率的大小正比於土壤抽取氡濃度的大小，所以可以通過測量氡衰變子體RaA產生的α粒子的多少來反映測點一定深度氡濃度的大小，從而達到測量氡濃度的目的。

圖3-7 RE279 型射氣儀採用的抽氣方法示意圖

圖3-8 RM-1033型射氣儀單向抽氣的非循環測量方法

(二)FD-3017型RaA測氡儀的結構

儀器外形如圖3-9所示，採用的單向抽氣方式，由抽氣系統和測量系統兩部分組成。測量系統通過電纜給收集片加高壓，實現氡子體RaA的高效快速收集，測量系統採用金硅面壘探測器對收集片進行α粒子的定時測量。

圖3-9 FD-3017型RaA測氡儀

(三)儀器標定

測量土壤氡或水中氡絕大多數都是相對測量。要使儀器讀數值變為氡濃度值，需要在測量條件一致的情況下，對儀器進行標定，確定測量儀的每個讀數值相當於氡的濃度值。如果兩者是線性關系，可以確定出一個換算系數。測氡儀的標定方法，主要是循環法和真空法。氡室是20世紀70年代興起的，我國1988年建成提供使用。所謂氡室，實質上就是一個大容積的氡濃度值穩定的氡源。我國的8505-I型氡室，容積為1000L；雙層結構，上層為200L，下層800L。氡濃度由28Bq/L起始(提供氡源的固體鐳面源活度為60495Bq(±3%))。氡室兩側共裝有7個氣嘴，專門用於循環法和真空法進行標定。頂蓋上裝有14個圓孔，直徑5.6cm，專門用於硅半導體探測器和累積測氡探測器進行標定。

1.循環法

將待標定的探測器(室)與氡室通過氣嘴接成氡可以流動的循環迴路，如圖3-10(a)所示。打開所有閥門，使循環暢通，用雙鏈球鼓氣2min或機械泵1min，關閉閥門。連續讀數6min，取平均值，按下式計算標定系數

放射性勘探方法

式中：N_Rn為氡室的氡濃度值，Bq/(L·cpm)；n為連續6次每分鍾讀數平均值，cpm；n_底為本底讀數，cpm。

圖3-10 循環法標定系統

如果不用氡室，也可以用一個氡濃度已知的液體標准氡源代替氡室，接入循環系統，如圖3-10(b)所示，用雙鏈球鼓氣10min，關閉探測器兩邊閥門，待氣流穩定，1min後開始讀數，一般連續取10個數，取平均值，按下式計算標定系數：

放射性勘探方法

式中：Q標為液體源中氡的活度，Bq；V為循環系統總體積(探測器+乾燥器+擴散器+雙鏈球)，L；n為讀數的平均值，cpm；

為氡的累積量；t為擴散器中氡的累積時間。

如果不用液體的氡源，也可以使用固體氡源。

2.真空法

真空法的實質是將探測器接入氡室(圖3-11)，關閉閥門K₂；由K_l將探測器(室)抽成真空，關閉K₁；打開K₂，吸入氡室的氡氣，氣壓平衡後，關閉K₂，開始讀數。

按(3-25)式計算換算系數。

圖3-11 真空法標定系統

1—電離室或閃爍室；2—乾燥器；3—液體鐳標准源

也可以像循環法一樣不用氡室，改為液體或固體氡源。

(四)野外工作方法

1.應用條件

氡的瞬時測量法能有效地應用於浮土0.5～1.0m厚的地區進行普查。一般來講，在沉積岩或沉積變質岩地區，利用氡氣測量尋找外生鈾礦床是最有效的。在岩漿岩地區，如果是成礦條件與構造破碎帶關系密切時，應用效果也是好的。火山岩地區，有時含礦與非含礦的構造較為密集，礦體深又小，方法應用是會受到一定的影響。

地形平緩，浮土成分均勻，是應用瞬時氡法最有利的條件。至於其他地形條件，應用效果較差。但可在沼澤地區、凍土地和水下測量有效地採用其他類型的氡法，如α徑跡測量。

2.工作比例尺

使用不同的比例尺，可有效地應用於從踏勘到勘探的各個階段，在普查和詳查工作中，一般採用面積測量，四方網格，點距幾十米到幾米，線距幾百米到幾十米，見表3-7。

表3-7 比例尺及點、線距

3.FD-3017型RaA測氡法的野外工作方法

(1)儀器的檢查

每日出工前需對儀器進行例行檢查，檢驗儀器的密封系統是否良好，電池電壓值和校驗信號是否正常，閾值旋鈕的刻度是否在原位，穩定性檢驗是每日出工前和收工後用工作源檢測，每次計數與標准計數的相對誤差應不大於±10%，並繪制儀器穩定性檢驗曲線。

(2)測點上的工作程序

(a)到達測點後，核對測點上的標志並記錄土質及景觀情況；

(b)使用鋼釺和大錘，或專用打孔器，打孔100cm左右，一般80cm或100cm，插入取樣器，並及時將取樣器上部錐體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氡濃度；

(c)放入鋁收集片，將儀器的三通開關打到「吸」，均勻提升抽筒，抽氣量為1.5L，45s完成取氣；

(d)抽氣結束後，儀器開關打到「關」，按下「加高壓」按鈕，高壓時間一般為2min；

(e)高壓結束，儀器報警，從抽筒中取出收集片放入探測器中測量其收集的RaA放出的α粒子的多少，測量時間2min；

(f)測量結束後，儀器報警，記錄下讀數；

(g)將讀數換算成氡濃度，N_Rn=k·n，k為儀器的標定系數，n為收集片上2min的計數值；

(h)然後進行下一個點的測量，重復步驟(c)～(h)。

(3)異常處理

高於本底3倍為異常，當發現異常時，應及時檢查儀器的工作狀態，並進行以下工作：

(a)在原孔附近再新打孔進行第二次測量，確定氡氣來源是否充足；

(b)進行氡、釷射氣定性；

(c)加密測點、測線，圈定異常范圍；

(d)觀測地質、地貌情況並記錄；

(e)採集標本，設立臨時異常標志，填寫異常登記表。

(五)質量要求

為了檢查野外觀測的質量，須選擇幾個有代表性的剖面進行檢查測量。檢查工作量占總工作量的5%～10%。

檢查測量一般同技術熟練的工作人員用性能良好的儀器來進行。檢查觀測時應注意能使取樣深度和抽氣量與基本測量時盡量一致。

檢查測量結果應與基本測量結果繪在同一張圖上，如果兩次得到的剖面上氡濃度的變化趨勢重復得相當好，則認為測量結果是令人滿意的。

(六)整理資料

1.氡濃度的計算

由儀器的測量值，計算氡的濃度：

放射性勘探方法

式中：n為射氣儀的讀數；J_Rn為射氣儀的標定系數。

2.統計測區氡濃度分布

確定測區的氡濃度背景值及異常下限，繪制氡濃度直方圖，確定其分布類型國。

3.繪製成果圖件

(a)測區氡濃度剖面圖；

(b)測區氡濃度平面等值線圖；

(c)測區氡濃度平面剖面圖；

(d)解釋綜合成果圖。

(七)氡射氣異常的評價

高於正常場1.5～3.0倍的濃度值可列為異常。對於射氣異常必須進行綜合分析，目的是合理地解釋異常，並為山地工程提供依據。綜合分析的內容包括：

1.確定異常性質

這里的異常性質是指的射氣濃度是由鈾引起的還是由釷引起的，根據Rn和Tn半衰期的差異可以確定。可以把土壤空氣抽入閃爍室後，觀測最初的5～10min內儀器讀數隨時間的變化。參見圖3-12。

圖3-12 I/I₀-t關系曲線

2.確定異常范圍

為了確定異常范圍，要按一定比例尺布置網格。測線方向應垂直於異常的延伸方向，若其方向不明顯，可以選用方形測網。測網的大小要視異常的規模和復雜程度而定，如2m×1m、2m×5m、10m×2m、10m×5m等。

3.異常的垂向變化

目的是弄清楚異常向下延伸的情況，可用不同深度的測量方法來達到這個目的；測量地點應布置在具有較高濃度的點上。在每個點上用加長取樣器，分別在0.5m、0.8m、1.2m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m的深度上進行測量。氡濃度隨深度的變化情況示於圖3-13。圖中曲線1、2表示淺部和深部礦層的情形；曲線3表示不均勻的機械分散暈的情形；曲線4則表示非礦異常。該圖顯示了濃度隨深度變化的不同規律。

圖3-13 濃度隨深度變化示意圖

由於不同深度測量可以降低某些氣象等偶然因素的影響，可把異常與礦化的關系反映的更清楚。這對解釋異常工作是有利的。

4.確定射氣源大小

射氣源的大小可用多次抽氣法來確定。在異常中心點打好取氣孔，插入取氣器，得到不同抽氣次數的測量值。隨著抽氣次數的增加，射氣濃度不減弱是有希望的異常，否則是無意義的。

5.確定異常的起因

為了提供放射性物質在表層的分布情況，可進行孔中測量(或β+γ測量)。那些由於局部的氡積累而引起的射氣異常，在孔中γ測量中經常是沒有顯著反映的。

進行孔中鈾量測量對判別異常起因也是有意義的。其做法是在取氣孔中取土樣進行鈾和釷含量分析。如果射氣濃度等值圖、γ等值圖和鈾量分布等值圖上顯示的異常能夠重合(或有一定位移)，就可確定為有利地段。這是由於隱伏礦體在上伏地層中，一般存在礦化分散暈，因而會伴有氡異常、孔中γ異常和鈾量異常。

6.射氣異常評價

對所發現的異常進行分類，並登記注冊；對有意義的異常進行揭露研究；這就是異常評價工作主要內容。表3-8為各類射氣異常特徵對比表。

表3-8 各類射氣異常特徵對比表

『叄』 空氣中氡濃度測量方法

連續測量空氣中氡濃度，近年來發展很快。目前使用的連續氡濃度測量儀主要有三種類型。閃爍室、半導體探測器和脈沖電離室，簡列於表6-3-2。

表6-3-2 常用的連續氡濃度探測器

在我國目前最常用的是閃爍室法和雙濾膜法。

(一)閃爍室法

閃爍室是美國阿貢實驗室研究提出的。閃爍室用有機玻璃製成，外有硬鋁殼密閉，有圓柱形和球形。內壁塗有ZnS(Ag)閃爍體，容積從0.15L到0.5L不等。內有隔膜，目的在於增加ZnS(Ag)的面積，提高探測效率(圖6-3-2)。閃爍室與光電倍增管相接，組成探測器。

圖6-3-2 兩種類球形閃爍室

我國常用的閃爍室測氡儀有FD-124型和FD-3016型Rn、Tn測量儀，也可以使用閃爍室與其他實驗室放射性測量儀相接。

測量氡濃度，可以用真空法或循環法；但在取氣嘴之前應接乾燥劑管，使采樣氣體先行乾燥。

測量程序是：引入氡氣樣之前要先測量本底計數，然後將閃爍室抽成真空(達到1.333kPa)。應注意的是每次測量，保持一致，都要抽到同一真空度。如果是土壤或空氣中氣樣，可以直接取氣。如果是水樣，則應控制進氣速度，直到液體不冒泡為止，立即關閉閥門，封閉閃爍室，放置3h後開始測量。用下式計算氡濃度(Bq·m³)。

核輻射場與放射性勘查

式中：k_s為刻度系數，通過標准樣品測量對儀器標定求出；n_Rn為累積3h後測量的計數率，cpm；n_底為本底計數率，cpm，V為取樣器體積，m³；t為樣品累積時間，h。

(6-3-6)式為一通式，如計算樣品中鐳含量，則(6-3-6)式中可以不考慮V。若為氣體樣品，可以不考慮(

)累積因子。

(二)雙濾膜法

這是20世紀70年代興起的測氡方法。雙濾膜的基本結構如圖6-3-3所示，雙濾膜金屬管兩端各一個濾膜，體積根據測量需要可大可小，抽氣時一端為進氣口濾膜，可以濾去氣體中已有的氡子體。純氡進入管內產生新的子體，主要是²¹⁸Po，其中一部分被出口濾膜接收。這些新子體，遵守固有的累積和衰減規律，所以測量出口濾膜上的α放射性活度(一般用FJ-13型α輻射儀)，即可計算氡的濃度。

測量程序基本是：先安放好濾膜，連接抽氣系統，流速q，取氣時間t。抽氣結束後，取出口濾膜進行α測量。用下式計算氡的濃度(Bq·m^-3)。

圖6-3-3 雙濾膜管結構示意圖

核輻射場與放射性勘查

式中：n_出、n_底分別為出口濾膜α射線計數率和本底計數率(cps)；V為雙濾膜管的容積，L；F_t為濾膜包括自吸收修正在內的過濾率；ε為探測效率；F_f為新生子體到達出口濾膜的份額；B為與抽氣時間t以及抽氣時間間隔(T₁～T₂)有關的參數，一般可以查表(表6-3-3)得到。

表6-3-3 B值表

F_f值的大小，是考慮氡在雙濾膜管內遷移過程中，產生出新的子體。由於擴散作用，一部分在管壁上沉澱，只有一部分到達出口濾膜。F_f與μ有關，而μ與擴散系數、流速等有如下關系：

μ=πDl/q

式中：D為新生子體的擴散系數；q為氣體流速；l為管的長度。根據坦恩計算，管內流線分布特點，得出三種速率下，μ所對應的F_f值(表6-3-4)。

北京核儀器廠生產的FT-626型Rn、Tn測量儀，采樣筒38.2 L，濾膜直徑6cm，用ZnS閃爍探測器，最小可測0.75 Bq·L^-1。

表6-3-4 不同μ值的F_f值

(三)氣球法

氣球法，實質上是雙濾膜法的變種。它將雙濾膜管改為一個球(圖6-3-4)。氣體入口和出口為同一通道，抽氣泵開動，充氣時入口濾膜，只讓氡氣進入氣球，在氣球內產生新的子體。排氣過程中，出口濾膜上收集到一部分新生子體，測量出口濾膜上的α活度，用下式計算氡的濃度(Bq·m^-3)。

N_Rn=k_p(n_Rn-n_底)(6-3-8)

式中：k_p為儀器刻度系數，Bq·m^-3；n_Rn為出口濾膜α射線計數率；n_底為本底計數率。

本方法使用方便，是目前礦井和環境測量中常用的方法。

圖6-3-4 氣球法測氡裝置

『肆』 氡的瞬時測量方法

在鈾系中²²²Rn及其子體²¹⁸Po,₂₁₄Po和²¹⁰Po都是強α輻射體,占鈾系α輻射體能量的57.1%,是測氡方法的主要輻射體。測量α射線的方法有：瞬時測氡法、徑跡蝕刻法、α聚集器方法、釙-210法以及半導體α儀測量方法和液體閃爍測量方法等。α和γ射線兼用的方法有活性炭吸附器測量法。

測量土壤中氡和測量空氣中氡,由於目的要求不同,在技術方法上也有所不同。

1.土壤氡瞬時測量方法

瞬時氡測量方法,又叫常規氡測量方法。區別於20世紀70年代發展起來的多種累積測氡方法。現在常用的儀器是FD-3017型測氡儀(圖4-21),是通過測量²²²Rn衰變產生的²¹⁸Po(RaA)來測氡的濃度,可用於測量土壤、水的氡濃度。其特點是探測器不受氡子體的污染,也不受釷射氣的干擾,適於現場快速獲得測量結果。

土壤氡測量常用的是淺孔測量,一般土壤層厚度不超過5m時,取樣孔深80cm左右。如土壤層較厚(10m以內),可做深孔測量,孔深可達2m或更深一些。還有一種叫氡氣測井,孔深數米或10m左右。

如果使用FD-3017型儀器只測²²²Rn,則野外氡氣測量的程序是：①先用鐵錘和六棱鋼釺,在測點處土壤層打孔；然後取出鋼釺,插入取樣器,周圍用土壤封緊以免進入空氣。②用橡皮管連接取樣器和儀器(圖5-8),放入探測片,打開儀器,抽取地下氣樣,等待一定時間,使氡子體在帶負高壓的探測片上沉積。③將探測片取出,放入測量儀的探測器室進行測量。該儀器使用的是金硅面壘半導體探測器,測量²¹⁸Po的α射線(6.002MeV)的計數率；也可以調節閾值測量其他能量的α射線。

圖5-8 FD-3017型的取樣器

在野外工作期間,為了了解儀器的工作穩定性,早、晚要用α源進行檢查測量。

土壤氡氣測量數據處理主要包括：計算每個測點的土壤氡濃度、繪制等濃度圖或剖面圖等。

2.水中氡測量方法

天然水中放射性元素主要來源於地殼,不同岩性地區地下水中氡含量差別很大(表5-7),攜帶有找礦信息。測量地下水中氡的濃度、追索地下水的來源或流經渠道,可能找到地下氡源(鈾礦床)。

表5-7 不同類型地下水氡濃度 單位：em

測量水中氡濃度,主要是取水樣,裝入擴散器(圖5-9),利用循環法進行測量,也可以用α徑跡法進行測量。

圖5-9 液體循環法測量水氡示意圖

取水樣要考慮測線、測點,但要以取井水、地下水為主。地表水也要重視山前溪流,大江、大湖一般不取樣,必要時作為背景值可取少量樣品。取樣瓶要預先洗凈編號,取樣時要詳細記錄測點位置和地質情況,水樣一般取300mL左右。取樣可以立即進行測量,也可放置3h後進行測量。

測量時將水樣裝入擴散器(100～150mL),接入測量儀的循環系統(圖5-9),與標定測量方法一樣進行測量,再計算水中氡濃度。