3.7.2 在空气中的物理特征

3.7.2 在空气中的物理特征

表征矿井大气中氡及其子体物理特征的主要参数有:浓度、平衡系数、未结合态份额等。这些参数值的大小与矿井下通风率、氡析出量、气溶胶粒子浓度等因素有关。

3.7.2.1 氡及其子体的浓度

空气中氡浓度单位常用Bq/m3表示。以前曾将空气中氡浓度为3.7 Bq/L或3.7 k Bq/m3(相当于10-10 Ci/L)称为1艾曼(eman),并把它规定为放射性矿山井下氡的最大容许浓度。

空气中氡短寿命子体的浓度常用其α衰变潜能浓度表示。其单位为Me V/L、Me V/m3、J/m3工作水平WL(working level)。氡子体α衰变潜能浓度是指单位体积空气中所含短寿命子体Ra A、RaB和RaC的某种混合物全部衰变成RaD时所释放的α总能量。

图示

1 WL大致相当于空气中222 Rn短寿命子体与放射性浓度为3.7 Bq/L的222 Rn处于放射性平衡时的α潜能浓度。ICRP第32号出版物建议,222 Rn短寿命子体的导出空气浓度(DAC)为0.40 WL或8.3×10-6 J/m3

3.7.2.2 平衡系数与空间通风率的关系

空气中氡子体浓度与氡浓度的比值(F)将随空间通风率的不同而变化。当某一空间完全不通风时,经过3 h,氡子体与氡的浓度基本达到平衡,即222 Rn∶Ra A∶RaB∶RaC=1∶1∶1∶1。也就是说,3.7 Bq/L的氡与其子体相平衡时,氡子体浓度为1 WL(3×3.7 Bq/L),此时氡子体的平衡系数F为1.0。当该空间通风率较好时,有些子体尚未来得及衰变就被气流带走,这时F值便低于1.0。可见,F值是反映矿井下通风率的重要指标。

空气中短寿命氡子体任何混合物α潜能浓度还可以用平衡当量氡浓度(equilibrium equivalent radon concentration,EECRn)表示。EECRn是实测氡浓度C Rn与其子体平衡系数F的乘积,即EECRn=C Rn·F。也就是说,当氡子体浓度用EECRn表示时,平衡系数F就是实测子体的总α潜能除以氡处于平衡态的子体总潜能。(https://www.daowen.com)

3.7.2.3 空气中氡子体的存在形式

空气中氡子体的存在形式有两种。氡子体未与空气中气溶胶粒子结合前,主要以离子态形式存在,称离子态或未结合态子体;氡子体与气溶胶粒子结合后,则称为结合态氡子体。后者又可根据气溶胶粒子的大小,进一步分为凝集核氡子体和粒子型氡子体。

(1)未结合态氡子体

未结合态氡子体主要是Ra A、RaB和RaC的游离原子,扩散系数很大,平均约为0.054 cm2/s。因此,其在呼吸道的沉积过程主要是靠离子的扩散作用。未结合态氡子体平均寿命很短,仅约50 s。它在运动过程中与空气中气溶胶粒子碰撞,并被吸附在其表面而形成结合态氡子体。空气中气溶胶粒子浓度越高,未结合态氡子体寿命越短。未结合态氡子体α潜能占全部氡子体(未结合态和结合态氡子体)总α潜能的份额,称为未结合态份额(f p)。一般铀矿井下f p值大约为0.05。未结合态氡子体中,主要是由222 Rn新产生出来的Ra A原子。未结合态的Ra A的α潜能占全部氡子体总α潜能的份额,称为Ra A未结合态子体份额(f a)。

(2)凝集核氡子体

凝集核是直径为0.001~0.1μm的气溶胶粒子。氡子体吸附在凝集核表面,形成粒径较小的结合态氡子体。这种结合态氡子体的扩散系数平均约为16×10-6 cm2/s,它在呼吸道的沉积过程也主要靠粒子的扩散作用。在湿度较大的空间(包括进入呼吸道各区间),凝集核可迅速增大。

(3)粒子型氡子体

粒子是直径大于0.1μm的气溶胶粒子。氡子体吸附在粒径不同的粒子表面,形成粒径较大的结合态氡子体。在静止的空气中,它不易扩散,易于沉降,因此其在呼吸道的沉积过程,主要靠粒子沉降和碰撞作用。