氡的测定电子教案精.docx
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氡的测定电子教案精
单元教学计划
教师姓名
学时数
日期
班级
上课地点
课程(学习领域)名称
环境监测
项目八
室内空气监测
单元主要教学内容
任务4氡的测定
教学目标
能力(技能)目标
知识目标
素质目标
1.依据监测技术规范,完成室内空气氡的测定;
2.能够正确处理数据,表达结果。
并能对室内空气质量进行评价,选择正确的评价标准,根据评价标准判定是否符合要求;
3.能在监测全过程注意采取适当的质量控制措施。
1.室内氡测定方法查找与筛选;
2.《环境空气中氡的标准测量方法》中规定的测定方法及闪烁瓶法的测定原理与方法步骤;
3.室内氡样品的布点、测量;
4.质量保证与质量控制。
5.室内标准体系的应用范围,选择正确的标准评价测定结果
1.培养分析问题、解决问题的能力;
2.树立实事求是的职业素养。
能力训练任务
室内空气中氡含量评价的实验准备和测定
教学重点
教学难点
重点:
1.各种测氡方法的原理、步骤,所属类别;
2.筛选法和累积法的选用及时间要求;
3.氡测定前门窗的封闭时间;
4.采样器布放时注意事项;
5.RAD7(或其他型号)测氡仪测氡原理及步骤。
难点:
1.筛选法和累积法采样的区分及选用;
2.RAD7(或其他型号)测氡仪的原理及操作方法
教学方法、手段
任务驱动,讲授、讨论和现场训练相结合
教学组织形式
根据确定的检测项目,选择评价标准,根据评价标准筛选测定方法。
讨论分析项目主要任务,了解不同测氡方法的原理及步骤,熟悉RAD7(或其他型号)测氡原理及步骤,测定室内氡浓度,对测定结果进行分析讨论。
作业
1.室内氡测定实验报告;2.编写室内氡的评价报告。
备注
项目八室内空气监测
任务4氡的测定
本次课采取讲授、讨论和现场实验相结合的方式进行,围绕“某实验室内空气中氡浓度的测定与评价”这一任务展开。
一、任务:
请同学们围绕“实验室内空气中氡浓度的测定与评价”项目,确定评价标准,查找室内空气中氡浓度测定方法,解读方法。
重点确定以下几个问题:
(1)室内氡的来源及危害;
(2)室内氡的评价标准;(3)室内氡的分析方法;(4)不同方法测定氡的原理及步骤。
二、根据给定的任务,同学们课堂上讨论室内氡的来源及危害、氡的评价标准和氡的测定方法。
由老师归总室内氡的测定方法。
再请同学们讲解每一种方法的原理及步骤,老师总结点评。
三、根据每种测氡方法的原理,总结归纳不同方法所属的类别。
四、老师讲解RAD7(或其他型号)测氡原理及步骤。
五、现场操作RAD7(或其他型号)测氡仪,测定实验室内氡的浓度,根据浓度和评价标准,判断室内氡浓度是否合格。
六、编写报告。
一、氡的基本知识
1、氡的理化性质
氡(Rn)是由镭在环境中衰变而产生的自然界唯一的天然放射性惰性气体,其化学性质不活泼。
氡是一种无色无味的放射性气体,氡易溶于水和有机溶剂。
在脂肪中的溶解度比水高120倍,氡在人体中的毒性与这一特性有一定的关系。
氡易被活性碳、橡胶、硅胶、石蜡、粘土等吸附。
常温下氡及子体在空气中形成放射性气体溶胶而污染气体。
2、氡的辐射特征:
氡是一种放射性气体,氡共有27种同位素。
从200Rn到226Rn。
最重要的镭的子体222Rn、220Rn、219Rn。
219Rn半衰期不到4s。
从他产生的地点到人类呼吸带之前就衰变完了,220Rn的半衰期为55.6s,那麽它只有在特定的环境下才有一定的卫生学的意义,我们通常所说的氡仅指222Rn。
222Rn的半衰期为3.82天,衰变的过程中产生一系列新的放射性元素,并释放出α、β、γ射线。
习惯上将这些新生的放射性核素称为氡子体。
吸入氡子体对人体产生危害的实际是氡的短寿命子体。
3、氡的危害
氡对人体健康的危害主要有两个方面,即体内辐射和体外辐射。
体内辐射氡在作用于人体的同时会很快衰变成人体能吸收的核素,进入人体的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。
体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生一种生物效果,会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。
二、室内空气氡的来源及危害
1、房屋的岩石和土壤
在地层深处含有铀、镭、钍的土壤、岩石中人们可以发现高浓度的氡。
这些氡可以通过地层断裂带,进入土壤,并沿着地的裂缝扩散到室内。
一般而言,低层住房室内氡含量较高。
2、建筑材料
建筑材料是室内氡的重要来源。
如花岗岩、砖砂、水泥及石膏之类,特别是含有放射性元素的天然石材,易释放出氡。
另外,在环境保护的压力下,建筑工业越来越多的使用工业废渣,如用工业废料作原料的煤渣砖矿渣水泥等,由于建材中掺入放射性含量较高的矿渣或使用高放射性的石材,不仅是室内氡浓度增高,也明显的增加了外照射计量。
国家质量技术监督局曾对市场上的天然石材进行了监督抽查,从检测结果看,其中花岗岩超标较多,放射性较高。
3、生活饮用水
一般的供用系统不会引起空气中氡浓度的增高,如果使用地下水或地热水情况就会有所不同。
氡易溶于水中。
地下水或地热水中往往含氡量较高,在利用地下水或地热水方面,为了控制辐射问题。
96年我国也颁布了GB16367-1996《地热水应用中放射卫生防护标准》对使用场所氡浓度进行了限定。
4、天然气
使用天然气也是室内氡的来源之一。
天然气在燃烧的过程中,氡气会全部释放在室内,所以在使用天然气的过程当中要注意通风换气。
(天然气的氡的浓度只占室内氡浓度的1﹪)
5、室外空气
室外空气中氡含量一般很低,不会增加室内氡浓度。
一般特殊地带,如:
铀矿山、温泉附近的局部地区,氡浓度会比较高,通过通风可以从户外进入到室内,并在室内积聚。
有研究表明:
室内氡50%-60%左右来源于房基及其周围土壤,20%左右来源于建筑材料,20%左右来源于室外空气,见下表所示。
室内氡的各种来源的分额
氡源
北京地区
世界平均
进入率Bq/m3·h
分额﹪
进入率Bq/m3·h
分额﹪
房基及其周围土壤
27.5
56.3
34
60.4
建筑材料
10
20.5
11
19.5
室外空气
10
20.5
10
17.8
供水
1
2
1
1.8
家用燃料
0.3
0.7
0.3
0.5
合计
48.8
100
56.3
100
氡对人体健康的危害主要有两个方面,即体内辐射和体外辐射。
体内辐射氡在作用于人体的同时会很快衰变成人体能吸收的核素,进入人体的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。
体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生一种生物效果,会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。
氡被世界卫生组织定位19中致癌物之一。
三、氡的评价标准
《室内空气质量标准(GB/T18883-2002)》规定:
室内空气中氡浓度的年平均浓度(行动水平)为400Bq/m3。
《民用建筑工程室内环境污染控制规范(GB50325-2010)》规定:
Ⅱ类民用建筑限值为400Bq/m3,Ⅰ类民用建筑限值为200Bq/m3。
氡浓度的定义:
实际测量的单位体积(m3),单位时间(s),空气内氡的衰变数,记作Bq/m3
四、氡的测定方法
氡的测定指使用采样泵或自由扩散方法将待测空气中的氡抽入或扩散进入测量室,通过直接测量所收集氡产生的子体产物或经静电吸附浓集后的子体产物的α放射性,推算出待测空气中的氡浓度。
《室内空气质量标准》中要求的监测方法有闪烁瓶法、径迹蚀刻法、活性碳盒法、双滤膜法、气球法。
从测量时间上分可分为瞬时测量、连续测量、累积测量,从采样方式上分可分为被动式采样、主动式采样,从测量对象上分可分为氡检测、氡子体检测、氡及氡子体检测。
4.1闪烁瓶法——GBZ/T155-2002
闪烁瓶法是利用压差将空气引入闪烁室,氡和衰变产物发射的α粒子使闪烁室内壁上的ZnS(Ag)晶体产生闪光,由光电倍增管把这种光讯号转变为电脉冲,经电子学测量单元后放大记录下来,储存于连续探测器的记忆装置。
单位时间内的电脉冲数与氡浓度成正比。
因此可以确定被采集气体中氡的浓度。
是一种瞬时测量法。
如FD-216环境氡测量仪则是采用闪烁瓶法原理。
闪烁瓶法测氡包含的仪器设备有闪烁瓶、探测器、高压电源、记录和数据处理系统。
闪烁瓶是一种氡探测器和采样容器,由不锈钢、铜或有机玻璃等低本底材料制成,外形为圆柱形或钟形,内层涂以ZnS(Ag)粉,上部有密封的通气阀门。
采样时先将抽成真空的闪烁瓶带到待测点,打开阀门约10s后,关闭阀门。
将已经采样的闪烁瓶避光保存3h,使瓶内的氡及其子体达到平衡,然后把闪烁瓶放入a计数装置内进行测量,通过刻度曲线,把a计数转换为氡浓度。
测量完毕,用无氡气的气体清洗闪烁瓶。
在整个取样测量期间,闪烁瓶的漏气必须小于采样量的5%。
典型装置刻度曲线在双对数坐标纸上是一条直线,公式为
logY=alogX+b……………………………
(1)
式中:
Y——空气中氡的浓度,Bq·m-3;
X——测定的净计数率,cpm;
a——刻度系数,取决于整个测量装置的性能;
b——刻度系数,取决于整个测量装置的性能。
④、结果计算
4.2径迹蚀刻法
氡及其子体发射的α粒子轰击探测器(径迹片)时,使其产生亚微观型损伤径迹。
经过几个月或一年的暴露后,将此探测器在一定条件下进行化学或电化学蚀刻,扩大损伤径迹,以致能用显微镜或自动计数装置进行计数。
单位面积上的径迹数与氡浓度和暴露时间的乘积成正比。
用刻度系数可将径迹密度换算成氡浓度。
此法是累积被动式测量方法。
能测量采样期内氡的累积浓度。
径迹蚀刻法测氡需经过样品制备、仪器布放、采样器回收、记录、蚀刻、计数六个过程。
其中样品制备指径迹片的制备,首先用切片机把聚碳酸脂膜切成一定形状的片子,一般为圆形,也可为方形。
接着用测厚仪测出每张片子的厚度,偏离标称值10%的片子应淘汰,然后用不干胶把3个片于固定在采样盒的底部,盒口用滤膜覆盖,最后把装好的采样器密封起来,隔绝外部空气。
采样时在测量现场去掉密封包装,采样器可悬挂在室内,也可放在室内其他物体上,其开口面上方20cm内不得有其他物体。
采样终止时,取下采样器再密封起来,送回实验室。
布放时间不少于30d。
在实验室内,对径迹片进行化学蚀刻或电化学蚀刻,蚀刻液是KOH与乙醇按一定比例配制而成,蚀刻后用水清洗片子,晾干。
将处理好的片子用显微镜测读出单位面积上的径迹数。
用下式计算氡浓度:
式中:
CRn——氡浓度,Bq/m3;
nRn——净径迹密度,TC/cm2;
T——暴露时间,h;
FR——刻度系数,(TC/cm2)/[Bq/h·m3];
实验过程采取的质量保证措施有:
1、刻度
把制备好的采样器置于氡室内,暴露一定时间,用规定的蚀刻程序处理探测器,计算刻度系数FR。
刻度时应足下列条件:
a.氡室内氡及其子体浓度不随时间而变化。
b.氡室内氡水平可为调查场所的10~30倍。
且至少要做两个水平的刻度。
c.每个浓度水平至少放置4个采样器。
d.暴露时间要足够长,保证采样器内外氡浓度平衡。
e.每一批探测器都必须刻度。
2采平行样
要在选定的场所内平行放置2个采样器,平行采样,数量不低于放置总数的10%,
对平行采样器进行同样的处理,分析。
由平行样得到的变异系数应小于20%,若大于20%时,应找出处理程序中的差错。
3留空白样
在制备样品时,取出一部分探测器作为空白样品,其数量不低于使用总数的5%。
空白探测器除不暴露于采样点外,与现所场探测器进行同样处理。
空白样品的结果即为该探测器的本底值。
4.3活性炭盒法
采样盒用塑料或金属制成,内装活性炭。
盒的敞开面用滤膜封住,固定活性炭且允许氡进入采样器。
空气扩散进炭床内,其中的氡被活性炭吸收附,同时衰变,新生的子体便沉积在活性炭内。
用γ能谱仪测量活性炭盒的氡子体特征γ射线峰(或峰群)强度。
根据特征峰面积可计算出氡浓度。
活性炭盒法也是被动式累计采样,能测量出采样期间内平均氡浓度。
采样周期2-7d。
采样前需将选定的活性炭放入烘箱内,在120℃下烘烤5~6h。
存入磨口瓶中待用。
装样时,称取一定量烘烤后的活性炭装入采样盒中,并盖以滤膜。
称量样品盒的总重量。
把活性炭盒密封起来,隔绝外面空气。
在待测现场去掉密封包装,活性炭盒放置在距地面50cm以上的桌子或架子上,敞开面朝上,其上面20cm内不得有其他物体,放置3~7d。
采样终止时将活性炭盒再封起来,迅速送回实验室。
采样停止3h后进行测量,首先称量活性炭盒的总量,计算水分吸收量。
再将活性炭盒在γ能谱仪上计数,测出氡子体特征γ射线峰(或峰群)面积。
测量几何条件与刻度时要一致。
氡浓度:
式中:
CRn——氡浓度,Bq/m3;
a——采样1h的响应系数,Bq/m3/计数/min;
nr——特征峰(峰群)对应的净计数率,cpm;
Kw——吸收水分校正系数;
t1——采样时间,h;
b——累积指数,为0.49;
λRn——氡衰变常数,7.55×10-3/h;
t2——采样时间终点至测量开始的时间间隔,h。
4.4双滤膜法
双滤膜法的结构原理如下图所示,抽气泵开动后含氡气经过滤膜进入衰变筒,被滤掉子体的纯氡在通过衰变筒的过程中又生成新子体,新子体的一部分为出口滤膜所收集。
测量出口滤膜上的α放射性就可换算出氡浓度。
此方法是主动瞬时测量法,探测下限为3.3Bq/m3。
测量前需检查a.抽气泵运转是否正常,能否达到规定的采样流速。
b.流量计工作是否正常。
c.采样系统有无泄漏。
d.计数秒表工作是否正常。
e.α测量仪的计数率和本底有无变化。
f.检查测量仪稳定性,对α源进行每分钟一次的十次测量。
对结果进行X2检验,若工作状态不正常,要查明原因,加以处理。
采样时装好滤膜,按图把采样设备联接起来,以流速q(L/min)采样tmin。
在采样结束后T1-T2时间间隔内测量出口膜上的α放射性。
室内布点时需注意进气口距地面约1.5m,且与出气口高度差要大于50cm,并在不同方向上。
若在室外设置对照点,布点需注意:
a.采样点要有明显的标志。
b.要远离公路,远离烟囱。
c.地势开阔,周围10m内无树木和建筑物。
d.若不能做24h连续测量,则应在上午8-12时采样测量,且连续2d。
e.在雨天,雨后24h内或大风过后12h内停止采样。
式中:
CRn——氡浓度,Bq/m3;
Kt——总刻度系数,Bq/m3计数;
Na——T1~T2间隔的净α计数,计数;
V——衰变筒容积,L;
E——计数效率,%;
η——滤膜过滤效率,%;
β——滤膜对α粒子的自吸收因子,%;
Z——与t、T1~T2有关的常数;
F1——新生子体到达出口滤膜的分额,%。
4.5气球法
空气采样器通过入口滤膜(三层超细纤维滤膜),以一定的抽气速率取样,将含氡空气注入气球,待测空气中的氡子体则被收集在入口滤膜上,取样结束后将滤膜置于a测量仪测量6-9min的积分总a计数,由净计数计算待测空气中氡子体a潜能浓度。
于此同时,取样结束后等待6min,让气球内的氡衰变生成氡短寿命子体,然后通过出口滤膜(通常使用两层超细纤维滤膜)将空气排出气球,其氡子体被收集在出口滤膜上,将它置于a测量仪,测量排气结束后1-6min积分总a技术。
此法属主动式采样,能测量出采样瞬间空气中氡及其子体浓度,探测下限:
氡2.2Bq/m3,氡子体潜能浓度5.7×10-7J/m3。
此方法测氡的操作程序如下:
a.装好入、出口滤膜,把采样设备连接起来;
b.在0~5min内以流速40L/min向气球充气;
c.取下入口采样头,置于计数器上,气球出口接到抽气泵入口;
d.在10~14min内以流速50L/min排气;
e.在12~15min骨测量入口滤膜上的α放射性;
f.在16~26min内测量出口滤膜上的α放射性;
五、测量方法的选择
选择测定方法取决于测量的目的和被测场所的类型。
有筛选测量和跟踪测量两种。
一般首先选择筛选法测量,当筛选法测量结果合格则不再进行监测,若筛选法测量结果不合格,则需进行跟踪法测量。
①.筛选测量
目的是以较快的速度和较小的代价来确定该建筑物是否超标,是否会给居住者带来不必要的氡照射。
采用瞬时测量法,如闪烁瓶法、双滤膜法。
因此,在进行筛选测量前,需要先将被检场所门窗关闭12h以上。
在整个检测期间也要保持关闭状态。
筛选测量应在氡浓度估计最高和最稳定的房间或区域内进行。
选择原则:
Ø测量应当在最靠近房屋底层的经常使用的房间,包括家庭住房、起居室、书房、娱乐室、卧室等。
优先选择的是底层的卧室,因为多数人在卧室内度过的时间比其在其它任何房间都长。
Ø测量不应选择在厨房和洗澡间。
因为厨房排风扇产生的通风会影响测量结果。
洗澡间的湿度很高,可能影响某些仪器的灵敏度。
Ø测量应避开采暖、通风、空调系统的通风口、火炉以及门、窗等能引起空气流通的地方。
还应避开阳光直晒和高潮湿地区。
Ø测量位置应距离门、窗1m以上,距离墙面0.5m以上。
Ø测量仪应放置在离地面至少0.5m,并不得高于1.5m,并且距离其它物体10cm以上的位置。
②.跟踪测量
跟踪测量的目的是要更准确地测量氡长期平均浓度,以便就其危害和需要采取的补救行动作出判定。
应优先选用累积式测氡仪,例如,径迹蚀刻探测器和活性炭盒,以便于估计房间的年平均氡浓度。
如果筛选测量结果在400~800Bq/m3之间,那么跟踪测量可以选择短期测量(24h~90d)或者长期测量(90d以上),这依据测量方法(仪器)而定。
如果筛选测量结果大于800Bq/m3或者要求快速知道结果,则建议进行短期跟踪测量,这有助于房屋使用者能快速决定是否需要进行治理,并且避免由于长期测量的附加照射引起的健康危险的增加。
跟踪测量周期列于下表。
六、RAD7测氡仪介绍
RAD7测定原理如下图所示:
RAD-7测氡仪有抽气功能,可以进行连续取样检测(抽气泵被设计成间断停歇的运行模式,即探测器探测计数期间抽气泵停机,这在客观上减缓了不间断长时间运行下的发热现象,有利于抽气泵长期工作)。
被抽吸的空气经过初级过滤器后,灰尘被过滤,进入约0.7升容积的干燥器,在这里,空气的相对湿度被降低到(9~10)%以下。
然后,空气经过一个特制的细密过滤器,在这里,空气中已有的氡衰变产物(各种衰变子体)被过滤掉,进入探测器的仅剩下氡气。
RAD-7测氡仪的探测器本身是一个呈半球状的容器,加有+2000伏以上高压的金硅面垒探测器包容在其中,容器内壁的其余部分带有负电位,空气进气口和出气口被分开设置。
被抽入的空气进入探测器后,一旦其中的氡发生衰变(a衰变),氡原子核即变为钋(Po)原子核,氡原子变为带负电的钋原子(离子),它会在电场的作用下向金硅面垒探测器移动,并被吸附在探测器上。
随后,当钋原子核发生衰变时(a衰变),a粒子的激发作用会在金硅面垒探测器中产生电流信号(电脉冲信号),电脉冲信号经探测器的电子线路多道脉冲幅度分析器(200道)分解后,按照脉冲幅度大小的不同(a粒子能量大小的不同)分别送入A、B、C、D、E、F、G、H、O9个窗口,其中的A窗口对应于钋-218(Po218)放射的a粒子,能量6.00Mev;B窗口对应于钋-216(Po216)放射的a粒子,能量6.78Mev;C窗口对应于钋-214(Po214)放射的a粒子,能量7.69Mev;D窗口对应于钋-212(Po212)放射的a粒子,能量8.78Mev;H窗口对应于钋-210(Po210)放射的a粒子,能量5.31Mev(其余E、F、G窗口为考察仪器工作状态的工作窗口)。
窗口O记录的是未进入A、B、C、D窗口的a粒子所产生的脉冲信号,正常情况下,O窗口的计数应小于总计数的30%。
类似RAD-7这样的抽气式氡浓度检测仪,当进行抽气检测时,探测器中不断的会有后续Rn222来源供应(仪器检测在不停顿的抽气过程中进行)。
氡的子体在进入探测器前已被过滤掉,只有那些进入探测器容器的氡气所产生的氡子体Po218原子(离子),才有可能被探测器的高电压所吸引,并部分的被吸附到探测器上。
RAD-7测氡仪操作规程
一、仪器工作原理及性能:
RAD-7测氡仪是利用α能谱测定法的原理,来对空气中的氡含量进行测定的仪器,可对氡进行全面测量,能在多种模式下工作以完成不同测试目的。
二、仪器操作:
1.开机前的准备
使用前电池应充足电,干燥筒中应有足量的干燥剂,将RAD-7与各部件连接好,准备开机。
2.正常操作步骤
2.1打开RAD-7电源,按下“meau”键,再按“Enter”进入“Test”选项,用方向键选择“TestPurge”(测试净化),按“Enter”键进入,气泵工作,开始净化,让仪器净化5分钟以上,净化好后,按“meau”键,停止净化;
2.2设置运行方案
2.2.1在“Setup”选项中选择“Protocol”(预置协议),按“Enter”确认后,从中选择测试方案,再按“Enter”确认
2.2.2在“Setup”中选择“Cycle”(周期时间),设定所需周期时间
2.2.3在“Setup”中选择“Recycle”(循环次数),按需要设定次数
2.2.4在“Setup”中选择“mode”(模式),选择所需模式
2.2.5在“Setup”中选择“Thoron”(钍气),按需要选择“on”(开)或“off”(关)
2.2.6在“Setup”中选择“Pump”(泵体),选择泵工作模式
2.2.7在“Setup”中选择“Format”(格式),选择打印格式
2.2.8关闭RAD-7,打开打印机,开启RAD-7即可打印设置情况,如无需打印,可略过这步
3.开始测试
在“Test”中选择“Start”(开始),按“Enter”确认,仪器开始工作,测量完成后,测量数据将自动被存储,如连接打印机,将自动打印在打印纸上。
三、仪器使用注意事项:
1.仪器使用完毕后,及时关闭仪器,将仪器进、出气口用胶管堵上,盖好箱盖,存放在干燥的环境中,电池不足应及时充电;
2.测量时仪器放在房间中央,如用干燥筒取样,应离地1米左右,勿靠近墙、通风口、壁炉、窗户、气流处,避免阳光直射。
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- 测定 电子 教案