氡的性質(zhì)及衰變

1、第二章多孔射氣介質(zhì)氡的析出2.1氡在射氣介質(zhì)中的運移2.1.1氡的析出率氛析出率是指物質(zhì)表面單位面積、單位時間內(nèi)析出 222Rn的量，單位為 Bq/(m2 - s)。相關(guān)文獻表明，氛的析出運移原理在不同的介質(zhì)中有不同的表現(xiàn)， 在多孔射氣介質(zhì)表面的時候，氛的析出是隨著巖體孔隙中的氣體滲流方向的不同 而有著不同的運移情況。巖體孔隙中的氣體滲流方向與巖礦體暴露表面的氛析出 方向相同的時候，這樣的滲流情況就會促進氛在礦體中的析出，如果巖體孔隙中 的氣體滲流方向與巖礦體暴露表面的氛析出方向相反的話，那么這樣的滲流情況 就會抑制氛在礦體中的析出。氛在多孔介質(zhì)中的析出率，可由介質(zhì)中氛的擴散析出率與滲流析出率

2、兩部分 組成，即：6 =6 D+6 V(5-1)式中0 V的符號取決于滲流速度的方向，當滲流速度很低時，滲流速度服從 達西定律：V=-也(5-2)p dx式中k為介質(zhì)的滲透率，p為空氣的粘滯系數(shù)，dp/dx為介質(zhì)兩段的壓力梯 度。氛的擴散和滲流與很多因素都有關(guān)系，在不同的情況下，不同的因素分別起 著主要影響作用。就比如說，濃度梯度是影響氛在一般介質(zhì)中擴散的最主要因素， 壓力梯度是影響氛在一般介質(zhì)中滲流的最主要因素，但是如果當濃度梯度與壓力 梯度相矛盾的時候，氛的擴散和滲流也會不同程度的受到兩種因素的影響，從而 產(chǎn)生許多“非標準曲線”。對于多孔介質(zhì)而言，如果多孔介質(zhì)兩邊的壓力不同的 時候，氛及其

3、子體就會從壓強較大的一側(cè)流向壓強較小的一側(cè)。2.1.2氡析出氛析出是指射氣介質(zhì)中產(chǎn)生的氛穿過介質(zhì)表面進入大氣的現(xiàn)象，它是氛在射氣介質(zhì)內(nèi)部運移的邊界現(xiàn)象。2.1.3氡的運移通道對于多孔射氣介質(zhì)，壓強梯度的存在能使氣體在介質(zhì)中產(chǎn)生滲流，氣體的流動伴隨著氡的遷移，從而影響介質(zhì)兩端的氡析出率。從理論上來說，均勻多孔介質(zhì)是沒有專門供氡運移的通道，因為均勻的多孔 介質(zhì)本身就是氡能夠自由運移的一個空間。但是，如巖體、土壤、礦體、建筑體 等這類的多孔射氣介質(zhì)，以及其他的多孔射氣介質(zhì)，都不是完全均勻的，它們都 是由一定尺寸的小顆粒構(gòu)成的。礦巖石表面看上去很致密，但是其內(nèi)部存在著一定數(shù)量的連通孔隙。而且， 所有的

4、礦巖體在其結(jié)構(gòu)上都有著不同大小的裂隙，這些互相連通的孔隙和裂隙就 是氡在礦巖體內(nèi)傳播的通道。R.Thompkins曾經(jīng)對含鈾的新墨西哥砂巖和埃利奧 特湖礫巖的氡析出率和孔隙率做了比較，得出結(jié)論：巖石的孔隙率是影響氡在其 中運移的重要因素。表2.3列出這兩種巖石的比較。表2.3新墨西哥砂巖和埃利奧特湖礫巖的比較巖石孔隙率/%平均品位/(U3O81b/t)氡析出率/Bq/(m2s)新墨西哥砂巖20518.5埃利奧特湖礫巖0.130.259由于射氣介質(zhì)中孔隙的實際情況比想象中的要復雜很多，對構(gòu)造數(shù)學模型會 造成一定的困難，而且，在實際的防護要求上，也沒有必要進行如此細致的研究。 所以，一般情況下都將

5、氡在射氣介質(zhì)中聯(lián)通的孔隙和裂隙抽象成均勻多孔射氣介 質(zhì)。2.1.4氨的運移動力氡能在巖石中傳播是因為巖石為氡的傳播提供了通道，但是除了有通道這個 條件外，還需要有動力才能讓氡傳播。這樣的動力有兩個，一個動力是氡原子本 身就具有的熱運動會引起擴散傳播。氡在空氣中的擴散能力比較強，其擴散系數(shù) 為0.1cm/s。另一個動力是氡被運動著的流體(氣體或液體)挾帶形成的滲流傳 播。氡滲流傳播的時候，由于是受流體運動的影響，所以氡的傳播方向就取決于 流體的流動方向，它的傳播速度也取決于流體的流速。如果滲流速度為v(m/s)， 則氡的滲流遷移通量為：J2 = Cvj Bq/(ms)式中的滲流速度不是孔隙中流圖

6、的實際流速，而是自由空間的體積速度。如果空氣滲流速度相對于氡的擴散作用來說非常大的時候，此時可以忽略氡 的擴散所引起的氡的傳播效果，這時巖體表面氡的析出率主要與氡的滲流有關(guān)。 而且礦巖堆的滲透性比較好，壓差不用太大就能造成比較快的空氣氣流速度，把 氡從高壓端帶向低壓端。2.2氮2.2.1氨的理化性質(zhì)1惰性氣體在標準狀態(tài)下，氡是一種沒有顏色、沒有氣味、透明的具有放射性的惰性氣 體，它也是一種單原子氣體。氣體狀態(tài)下的氡是鈾衰變系中唯一的氣態(tài)元素，氣 態(tài)純氡的密度為9.73 kg/m3,是惰性氣體中最重的元素。由于氡是一種惰性氣體， 化學性質(zhì)極非常不活潑，所以氡一般不參加化學反應。氡雖然是氣體中最重

7、的元 素，但是由于氡在空氣中所顯的比例極小，約為一萬億分之幾，所以對空氣的重 率毫無影響。2氮的放射性氡是a放射體，其半衰期為3.825 d，一升純氡的放射性活度為5.51X1016 Bq。3.7X10ioBq的純氡其體積僅為0.67 mm3，質(zhì)量只有6.35p g，標準狀態(tài)下1 Bq Rn222的體積為1.6X 10-2m3。一般情況下，大氣中所含氡的質(zhì)量百分比只有6.53 X 10-17%，相當于氡濃度為4.44 Bq/m3。3氮的變態(tài)性氡隨著溫度的改變，氡也會有三種形態(tài)的變化。常溫下為氣體；溫度下降到 -61.8 C變?yōu)橐后w，密度為4.44 g/m3；溫度降低到-71 C(凝固點)時變成

8、閃 閃發(fā)光的橙色固體，汽化熱為4325 k/mol。4易溶性氡溶解于水和多種液體中，也易溶于血液和脂肪中。氡在水中的溶解系數(shù)與水的溫度有關(guān)，隨著溫度的增加，氡的溶解系數(shù)減小。不同溫度下氡在水中的溶解系數(shù)見表2.1。氡在水中的溶解系數(shù)a與水溫的關(guān)系如下:a =0.1057+0.405exp (-0.0502t)式中，t為水溫，C。表2.1氡在水中的溶解系數(shù)水溫/Ca水溫/Ca00.510500.14050.420600.127100.350700.118200.252800.112300.200900.109400.1601000.1075吸附性氡容易被黏土、活性炭等多孔材料所吸附，這種吸附是物

9、理吸附，吸附系數(shù) 與溫度有關(guān)?；钚蕴课侥芰ψ顝姡S著溫度的降低，活性炭對吸附系數(shù)增大； 反之，則吸附系數(shù)減小。當溫度升高到200 C，活性炭釋放出被其吸附的全部 氡。活性炭這種在常溫下吸附氡和在高溫下釋放氡的特性，被用于低濃度環(huán)境氡 的測量?；钚蕴吭趲追N溫度下吸附系數(shù)Y見表2.2。表2.2活性炭的吸附系數(shù)溫度/C-12016405075100吸附系數(shù)1505063102235840630270143表2.2中吸附系數(shù)Y定義為：Y Rn活性炭/CRn空氣式中，CRn活性炭為每克活性炭吸附氡的量Bq/g； CRn空氣為空氣中氡濃度，Bq/cm3。6擴散性在常溫常壓下，氡通常以氣體形式存在，這表明

10、氡原子的熱運動相當強烈， 說明氡具有較強的擴散能力。其擴散作用是由于氡原子的熱運動和氡在介質(zhì)中濃 度梯度的存在而出現(xiàn)的，擴散系數(shù)是指氡在某一具體條件下氡擴散的能力參數(shù)， 其定義為：在數(shù)值上等于當濃度為1時，單位時間內(nèi)通過單位面積的氡氣數(shù)量。氡在空氣中的擴散系數(shù)為0.105 cm2/s （20。時），在水中的擴散系數(shù)為0.82X 10-5 cm2/s （20 C時）。2.2.2氮對人體的危害氡對人體健康的危害主要有兩個方面，即體內(nèi)輻射和體外輻射。體內(nèi)輻射對 人體造成傷害的原因主要是來自于氡及其子體在空氣中進行放射性衰變，大量衰 變后的放射性核素都是人體易于吸收的核素，當被人體吸收后進入體內(nèi)，會對

11、呼 吸系統(tǒng)造成嚴重的傷害，甚至引發(fā)肺癌。體外輻射對人體的危害表現(xiàn)在傷害人體 的造血器官、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和消化系統(tǒng)，具有放射性的氡及其子體衰變產(chǎn) 生的射線直接照射人體會形成一種生物效應，對人體的器官造成非常大的損傷。常溫下氡及子體在空氣中能形成放射性氣溶膠而污染空氣。氡對人類的健康危害主要表現(xiàn)為確定性效應和隨機效應：確定性效應：由于氡易溶于血液和脂肪，人體的血細胞會隨著氡濃度的增加而引起一定量的死亡現(xiàn)象；而且氡很容易在體內(nèi)與脂肪相結(jié)合，特別是與神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)合后，對人體造成的危害更大。隨機效應：氡對人體的隨即效應主要體現(xiàn)為誘發(fā)腫瘤。當氡被人體吸入體內(nèi)之后，由于氡具有強烈的放射性，氡衰變產(chǎn)生的a粒子會照射在人體的呼吸系統(tǒng)組織以及細胞上，對呼吸系統(tǒng)造成難以估計的損傷，