氡-222、氡-220及其子体

编辑:醋栗网互动百科 时间:2019-12-10 16:52:29
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氡-222、氡-220及其子体,原子序数86,除了天然存在,还来自核工业释放、建筑物的释放、煤炭的开采、燃烧、磷酸盐工业等。可用于制备试验室用的氡-铍中子源,用作气体示踪剂、预报地震、医学应用等。

氡-222、氡-220及其子体名称及毒性分组

(1)中文名称:氡-222、氡-220及其子体
(2)英文名称:Radon-222 and radon daughters、Radon-220 and thoron daughters
(3)核素符号:氡-222及其短寿命子体:222Rn、218Po(RaA)、214Pb(RaB)、214Bi(RaC)、214Po(RaC’);氡-220及其短寿命子体:220Rn、216Po(ThA)、212Pb(ThB)、212Bi(ThC)、212Po(ThC’)、208Tl(ThC’’)。
(4)原子序数:86
(5)原子质量数:222.018(氡-222)、220.011(氡-220)
(7)半衰期:222Rn半衰期:3.8235d;220Rn半衰期:55.6s

氡-222、氡-220及其子体主要来源

(1)天然存在:由于在地壳中普遍有238U的存在,222Rn作为238U的衰变产物无处不在,钍系的232Th在一定条件下也与238U共生,其衰变产物220Rn也会与222Rn共存。它们主要来源于大地、海洋、地下水油气载带、植物等氡的析出与释放;地热资源开发释放。
(2)核工业释放:核燃料生产过程,如采矿、水冶是释放氡的主要环节。
(3)建筑物的释放:来源于建筑材料中的226Ra。
(4)煤炭的开采、燃烧。
(5)磷酸盐工业:来源于磷酸盐矿石,尤其是海生磷酸盐矿石为最高。

氡-222、氡-220及其子体监测方法

氡-222、氡-220及其子体环境氡(Rn)浓度测量

(1)α径迹蚀刻法(ATD)。又称固体核径迹法,是环境氡测量的主要方法之一,也可以用于钍射气测量。该法适用于环境氡浓度的长期累积测量,直接得到被测场所氡的年平均浓度。其测量原理是:将固体核径迹探测器置于一个杯形容器中(称探测杯),杯口用滤膜封闭,以阻挡氡子体进入,氡通过扩散进入杯内,杯内的氡及其子体发射的α粒子轰击到固体核径迹探测器上,这些具有一定能量的α粒子在其入射路径上造成高分子链断裂、电离等过程,在探测器材料上留下微小的分子量级的损伤。
将受照过的探测器置于高浓度的NaOH或KOH溶液中,温度保持在70℃左右,数十小时后潜径迹扩大为直径约数十微米的径迹,这个过程称作“蚀刻”。经过蚀刻后的探测器通过光学显微镜、缩微胶片阅读器等光学放大装置测读径迹数,然后计算氡浓度。
(2)活性炭盒测氡法。该法是一种短期累积取样测量方法,取样时间一般为2~7天,给出的是短期平均氡浓度,是目前测量室内氡浓度最常用的被动式累积测量装置之一。常用的有活性炭管浓缩测氡法、活性炭盒γ谱法等。其原理是:活性炭采样器内装一定量的活性炭,盒口放置滤膜,以阻挡氡子体进入。氡扩散进炭床内被吸附,氡及衰变的子体全部沉积在活性炭内。然后用γ能谱仪测量活性炭盒的氡子体特征γ射线峰或用液体闪烁仪测量氡子体放出的β粒子。
(3)静电收集氡子体测量法。该法可同时检测环境氡浓度和钍射气浓度,是目前采用较多的一种可瞬时或连续测量的仪器。其原理是环境空气中的氡经滤膜过滤掉子体后进入收集室,收集室中心部位装有α探测器(半导体探测器、ZnS闪烁探测器或固体核径迹蚀刻探测器),在探测器与收集室之间加有300~4000V的负高压或上万伏的柱极体,使收集室中氡衰变出的新生子体(主要是218Po)在静电场的作用下被收集到探测器表面,通过对氡子体放出的α粒子进行测量计算氡浓度。
(4)脉冲电离室法。是在电离室静电计测氡法基础上发展起来的一种新方法。是氡气通过过滤材料进入电离室,氡原子衰变出的α粒子使空气电离,产生大量电子和正离子,在电场作用下这些离子向相反方向的两个不同电极漂移,在收集电极上形成电压脉冲,主要是正离子产生的慢脉冲,这些脉冲经电子学放大后由计数电路记录。脉冲数与α粒子数,即氡浓度成正比,经公式计算得出氡浓度。
(5)闪烁室测氡法。又叫卢卡斯室测氡法,氡进入闪烁室后,通过记录氡及其子体放出的α粒子在ZnS(Ag)闪烁室中引起的闪光数来换算出氡气浓度。
(6)双滤膜测氡法。即在一个取样管(衰变室)两端分别装上滤膜,取样时通过入口滤膜过滤空气中氡的子体,使纯氡以一定流速流过取样管,到达出口滤膜。在取样管内产生的氡子体218Po大部分被出口滤膜收集。测量出口滤膜上α放射性活度,由公式计算得到氡浓度。
(7)气球测氡法。是我国科技人员发明的测氡方法,其原理与双滤膜法类似,不同之处是把双滤膜管换成了气球,入口和出口为同一通路。取样时以固定流量向气球充气,氡子体采样头上的入口滤膜滤掉空气中的氡子体,充气时间固定;充气结束后等待数分钟,将气球内的空气以固定流量排出,气球内新生氡子体被采样头上的出口滤膜收集,测量出口滤膜上的α放射性后计算得到氡浓度。该法同时也可测量氡子体α潜能浓度,即测量入口滤膜上的α放射性后计算得到氡子体α潜能浓度。
(8)驻极体法。含氡空气通过收集盒窗上的滤膜进入收集盒,氡及氡子体衰变的α粒子使盒内空气产生电离,生成的次级带电粒子在盒内电场作用下,被柱极体收集,从而改变柱极体的表面电压,其改变值与进入盒内的氡浓度成正比,通过计算得到氡浓度。

氡-222、氡-220及其子体环境钍射气(Tn)浓度测量

(1)α径迹蚀刻法测量Tn浓度。采用两只探测杯(取样盒),改变杯中空气交换率,通过选择渗透率不同的滤膜或通气窗面积,使氡(222Rn)和Tn(220Rn)能很容易地进入空气交换率较高的一只。另一只交换率较低的则只容许氡进入,半衰期较短的Tn被阻挡在外面,分别测量222Rn和220Rn,通过计算得出被测场所空气中的平均222Rn和220Rn浓度。
(2)静电收集氡Tn子体法测量Tn浓度。其原理与测氡相同,分为快速测量和长时间连续累计测量。是根据Tn子体产生的典型α能谱分析计算。
(3)双滤膜法测量220Rn浓度。其原理也与测氡相同,是采集t(min)后,在T1~T2和T3~T4两段时间内测量收集在第二张滤膜上新生氡、Tn子体发射的α粒子来分别计算氡、Tn浓度。

氡-222、氡-220及其子体Rn/Tn子体浓度测量法

(1)托马斯三段法。又叫改进的齐沃格劳法或三段法,是最常用的测量氡子体浓度的方法,此法既可同时测出RaA、RaB、RaC浓度,又可计算出氡子体α潜能浓度。取样T=5min,测量取样后(2´~5´、6´~20´、21´~30´)的α计数,记作N(2,5)、N(6,20)、N(21,30),再通过公式计算得到氡子体RaA、RaB、RaC的活度浓度及氡子体。
(2)积分能谱法。其取样装置与托马斯三段法相同,过程是:取样10min,测量取样结束后(2′~5′20′′)时间段218Po能量峰(6MeV)和214Po能量峰(7.68MeV)的α计数,分别记作G1和G2,测量取样结束后(20′~26′40′′)时间段214Po能量峰(7.68MeV)的α计数,记作G3,由公式计算氡子体浓度Ca,Cb,Cc。
(3)马尔柯夫法。是一种常用的测量氡子体α潜能的方法,它采用抽气过滤法,以选定的流速取样5min,取样结束后的第7~10min进行滤纸样品的α计数测量,然后按一定的公式计算潜能。
(4)库斯尼茨法。其原理与马尔柯夫法基本相同,仅采样测量时序为:取样5min,测量取样后的第40~90min任意时刻样品的α计数率,此时的计数主要由RaC’的α粒子所贡献,然后按一定的公式计算潜能。
此外,还有氡子体连续测量法、五段法、两段计数法。

氡-222、氡-220及其子体表面氡析出率测量

氡析出率测量是环境氡污染及治理中寻找源项的手段,是对建筑材料放射性含量是否符合国家标准的一种鉴别方法,也是退役铀矿冶设施治理中废石场、尾矿库防氡覆盖治理的关键。其测量方法有:
(1)积累法。又称局部静态法,又可分为积累快速测量法和积累等时间间隔测量法。即在射气介质表面扣一个氡积累箱,周边用不透气材料密封,累积t秒后,通过真空或流气循环等取样方法,测定积累箱中氡浓度,将氡浓度、积累箱体积、面积、积累时间代入公式计算得出表面氡析出率。
(2)吸附法。活性炭盒吸附法测氡析出率,即用活性炭盒吸附使氡及其子体全部沉积在活性炭内,用γ谱仪测量活性炭盒的氡子体特征γ射线峰(609keV)或峰群(294keV、352keV、609keV)强度,根据峰面积、累积时间、炭盒取样面积可计算出氡析出率。
(3)贯穿气流法。该法与累积法的布置相类似,通过测定贯穿气流中建立的稳定氡浓度来得到表面氡析出率。其他监测分析方法可参见相关标准如《环境空气中氡的标准测量方法》(GB/T14582—1993)、《空气中氡浓度的闪烁瓶测定方法》(GBZ/T155—2002)、《室内氡及其衰变产物测量规范》(GBZ/T182—2006),以及潘自强主编的《电离辐射环境监测与评价》相关内容。[1] 

氡-222、氡-220及其子体用途

(1)用于制备试验室用的氡-铍中子源。
(2)用作气体示踪剂,以检查管道泄漏等情况。
(3)用于预报地震,定期监测深井水中氡含量的变化来预报地震。
(4)医学应用:如癌症的放射治疗中用的“氡气金针”“氡粒子”。
参考资料
  • 1.    环境保护部.国家污染物环境健康风险名录——物理分册.北京:中国环境科学出版社,2012
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中国环境科学学会