孫昌昊，張 磊，郭秋菊，肖德濤，王善強(qiáng)

(1.南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 氡湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.國(guó)民核生化災(zāi)害防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102205；3.北京大學(xué) 物理學(xué)院 核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871)

氡(222Rn)來(lái)源于地球上無(wú)處不在的226Ra，呈惰性氣體形態(tài)，其衰變產(chǎn)生一系列短壽命氡子體和長(zhǎng)壽命氡子體。氡子體易被人吸入肺部，產(chǎn)生內(nèi)照射。氡是人類(lèi)所受天然輻射最主要的來(lái)源，也是人類(lèi)肺癌第二大誘因[1-2]。環(huán)境中短壽命氡子體通常呈結(jié)合態(tài)和未結(jié)合態(tài)這兩種形態(tài)，結(jié)合態(tài)氡子體與環(huán)境中氣溶膠結(jié)合，而未結(jié)合態(tài)氡子體以單原子或團(tuán)簇形式存在[3]。未結(jié)合態(tài)氡子體由于其粒徑小、擴(kuò)散性強(qiáng)，易沉積于上呼吸道，單位暴露劑量遠(yuǎn)高于結(jié)合態(tài)氡子體[4]。研究表明，單位未結(jié)合態(tài)氡子體暴露有效劑量是結(jié)合態(tài)氡子體的7.3～50倍[5-7]。氡子體未結(jié)合態(tài)份額的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于環(huán)境氡暴露劑量評(píng)價(jià)及環(huán)境中氡子體行為規(guī)律研究具有重要的意義。

氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量方法主要有平行板法和單層絲網(wǎng)法[8]。得益于單層絲網(wǎng)法裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，且便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，其逐漸成為主流甚至唯一的氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量方法。然而，單層絲網(wǎng)法測(cè)量未結(jié)合態(tài)氡子體時(shí)存在固有問(wèn)題，即在高效收集未結(jié)合態(tài)氡子體的同時(shí)會(huì)收集到一部分結(jié)合態(tài)氡子體，這一部分結(jié)合態(tài)氡子體構(gòu)成了未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量的系統(tǒng)偏差[9]。為減小該系統(tǒng)偏差，通常通過(guò)絲網(wǎng)半截止直徑dp50來(lái)進(jìn)行金屬絲網(wǎng)的優(yōu)化選型。絲網(wǎng)半截止直徑dp50定義為金屬絲網(wǎng)在某一恒定采樣流量下，收集效率為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的未結(jié)合態(tài)氡子體氣溶膠粒子的直徑。1990年前，由于對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的物理特性認(rèn)知不同，選擇的dp50范圍為1.7～7.8 nm[10-16]，1990年后，隨著對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體粒徑分布認(rèn)識(shí)的深入，對(duì)dp50的選擇逐步統(tǒng)一在4～5 nm[17-21]。

然而，采用半截止直徑dp50作為絲網(wǎng)選型和流量選擇判據(jù)時(shí)，會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：不同文章的dp50不同，測(cè)量數(shù)據(jù)很難具有真實(shí)的可比性；采用dp50作為絲網(wǎng)選型唯一依據(jù)，結(jié)合態(tài)氡子體收集影響通常只能忽略。1990年，Reineking等[22]試圖通過(guò)分析單層絲網(wǎng)采集不同粒徑結(jié)合態(tài)氡子體的影響來(lái)對(duì)氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。但不同種類(lèi)絲網(wǎng)采樣的定量評(píng)估以及不同環(huán)境實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，仍需基于結(jié)合態(tài)氡子體對(duì)單層絲網(wǎng)法測(cè)量未結(jié)合態(tài)氡子體影響的準(zhǔn)確評(píng)估。事實(shí)上，在氡子體未結(jié)合態(tài)測(cè)量比對(duì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)過(guò)不同單層絲網(wǎng)采樣的系統(tǒng)性偏差[23]。在氡子體未結(jié)合態(tài)份額比對(duì)測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)了極端環(huán)境中未結(jié)合態(tài)份額異常的現(xiàn)象[24]。氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量系統(tǒng)偏差分析和實(shí)際環(huán)境測(cè)量異常結(jié)果評(píng)判，需基于結(jié)合態(tài)氡子體收集影響的分析。

為系統(tǒng)研究單層絲網(wǎng)法測(cè)量氡子體未結(jié)合態(tài)份額中結(jié)合態(tài)氡子體的影響，本文基于理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，開(kāi)展不同種類(lèi)絲網(wǎng)未結(jié)合態(tài)氡子體及結(jié)合態(tài)氡子體收集效率的評(píng)估。為助于氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，評(píng)估同一種單層絲網(wǎng)在不同環(huán)境測(cè)量時(shí)結(jié)合態(tài)氡子體收集占比的可能影響。

1 材料與方法

1.1 理論分析

單層絲網(wǎng)采集氣溶膠顆粒時(shí)，氣溶膠顆粒受擴(kuò)散作用、攔截作用和慣性碰撞，沉積在金屬絲網(wǎng)上。根據(jù)Cheng和Yeh等[14,25]提出的風(fēng)扇模型及單層絲網(wǎng)采集氣溶膠理論公式，單層絲網(wǎng)采集不同粒徑氣溶膠的采集效率如下：

(1)

(2)

(3)

其中：E(dp)為直徑為dp粒子的收集效率；w為金屬絲網(wǎng)厚度，cm；df為金屬絲直徑，cm；α為金屬絲網(wǎng)的固體份額，無(wú)量綱；m為金屬絲網(wǎng)質(zhì)量，g；ds為金屬絲網(wǎng)直徑，cm；ρ為金屬絲網(wǎng)密度，g·cm-3；η為金屬絲網(wǎng)的單絲收集效率，其受采樣流量和粒子直徑影響；Pe為貝克萊數(shù)。

典型環(huán)境中，根據(jù)氣溶膠產(chǎn)生方式不同及在環(huán)境中呈現(xiàn)的多峰分布形式，氣溶膠粒徑分布又可分為核模態(tài)、積聚模態(tài)與粗粒子模態(tài)。Porstend?rfer等[26]認(rèn)為，環(huán)境中氡子體可采用三峰分布的對(duì)數(shù)正態(tài)分布形式表述，具體可采用下式描述：

F(dp)=a1f1(dp)+a2f2(dp)+a3f3(dp)

(4)

其中：F(dp)為粒徑為dp的氡子體分布函數(shù)；f1(dp)、f2(dp)和f3(dp)分別為未結(jié)合態(tài)氡子體、核模態(tài)/積聚模態(tài)氡子體和粗粒子模態(tài)氡子體粒徑分布函數(shù)；a1、a2、a3分別為未結(jié)合模態(tài)、核模態(tài)/積聚模態(tài)和粗粒子模態(tài)的占比份額。

每個(gè)模態(tài)的粒徑分布函數(shù)均可用對(duì)數(shù)正態(tài)分布形式表示[27]：

(5)

其中：fi(dp)為粒徑分布函數(shù)；dp為氣溶膠粒徑，nm；AMD為活度中位直徑，nm；σg為幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差。

為實(shí)現(xiàn)單層絲網(wǎng)法未結(jié)合態(tài)氡子體的測(cè)量，理論上，需滿(mǎn)足：1) 未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率為100%；2) 結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率為0。實(shí)際上，由于不同粒徑氡子體與絲網(wǎng)相互作用力不同，單層絲網(wǎng)采集粒徑dp的收集效率呈復(fù)雜分布，如圖1a所示。同時(shí)，由于典型環(huán)境氡子體粒徑分布呈現(xiàn)三峰形式的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，如圖1b所示，單層絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率通常并非100%，同時(shí)也會(huì)收集一部分結(jié)合態(tài)氡子體，尤其是粗粒子模態(tài)的氡子體。這種收集會(huì)給氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量帶來(lái)一定的系統(tǒng)偏差。

圖1 單層絲網(wǎng)收集效率與氡子體粒徑關(guān)系及典型環(huán)境氡子體氣溶膠粒徑分布示意圖Fig.1 Sketch map of collection efficiency of single screen and particle size distribution of radon progeny in typical environment

為定量評(píng)估上述系統(tǒng)性偏差，引入單層絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體和結(jié)合態(tài)氡子體收集效率量Gi：

(6)

其中：E(dp)為粒徑dp粒子的收集效率；fi(dp)為i模態(tài)氡子體的分布函數(shù)；Gi為對(duì)某種模態(tài)i氡子體的真實(shí)收集效率，i=1，為未結(jié)合態(tài)；i=2，為核模態(tài)/積聚模態(tài)；i=3，為粗粒子模態(tài)。

在某假設(shè)特定的環(huán)境下，未結(jié)合態(tài)份額為a1，由于絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體非100%采集，對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體非100%不采集，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量值和理論值有一定的偏差，這種氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量的系統(tǒng)偏差θ可采用下式表述：

(7)

θ為0，則實(shí)際測(cè)量值和理論值符合。偏差越大，實(shí)際測(cè)量值和環(huán)境中真實(shí)值偏差越大。

θ可作為評(píng)估單層絲網(wǎng)測(cè)量某種特定環(huán)境未結(jié)合態(tài)份額系統(tǒng)偏差的物理量。

為比較不同環(huán)境氡子體粒徑分布的影響，選擇3種典型環(huán)境進(jìn)行模擬計(jì)算。典型室內(nèi)環(huán)境的粒徑分布值總結(jié)自Reineking、Tu和Strong等的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，典型室外環(huán)境的粒徑分布值總結(jié)自Reineking、Hussein和Porstend?rfer等的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，典型礦山環(huán)境的粒徑分布值總結(jié)自Tu和Solomon等的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果[28-40]。為便于不同環(huán)境的比較，對(duì)3種典型環(huán)境的氡子體粒徑分布特征參數(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)，列于表1。

表1 3種典型環(huán)境氡子體氣溶膠粒徑分布特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of radon progeny size distribution in three typical environments

為便于理論計(jì)算同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，絲網(wǎng)參數(shù)選取中國(guó)安陽(yáng)金屬絲網(wǎng)廠生產(chǎn)的5種不同目數(shù)的金屬絲網(wǎng)的實(shí)測(cè)值，其實(shí)測(cè)參數(shù)列于表2。

表2 5種不同目數(shù)金屬絲網(wǎng)的實(shí)測(cè)參數(shù)Table 2 Measurement parameters of five different wire screens

1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

不同種類(lèi)的金屬絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體和結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率實(shí)驗(yàn)測(cè)量，在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)氡室進(jìn)行[41]。由于迄今為止，無(wú)法知道實(shí)際環(huán)境中氡子體未結(jié)合態(tài)份額準(zhǔn)確值，且無(wú)法直觀判定絲網(wǎng)上采集的是未結(jié)合態(tài)還是結(jié)合態(tài)氡子體。因此，評(píng)估不同金屬絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率時(shí)，只能在極端的“完全未結(jié)合態(tài)”環(huán)境完成，即實(shí)現(xiàn)氣溶膠粒子數(shù)濃度N→0的環(huán)境，確保環(huán)境無(wú)結(jié)合態(tài)氡子體。評(píng)估不同金屬絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率時(shí)，也只能在極端的“完全無(wú)未結(jié)合態(tài)”環(huán)境完成，即實(shí)現(xiàn)N→∞，確保環(huán)境中無(wú)未結(jié)合態(tài)氡子體。

測(cè)量?jī)x器選用6臺(tái)RPM-FF01型氡子體測(cè)量?jī)x(Sairatec，中國(guó))，分別加裝直徑為37 mm的0.8 μm PTFE膜(Millipore，美國(guó))、350目、400目、450目、500目和635目(安平絲網(wǎng)，中國(guó))單層金屬絲網(wǎng)分別采集氡子體和未結(jié)合態(tài)氡子體。濾膜和絲網(wǎng)的采樣流量固定為3 L·min-1。采集絲網(wǎng)和濾膜上的氡子體，經(jīng)PIPS探測(cè)器探測(cè)和多道能譜分析，自動(dòng)計(jì)算給出氡子體的活度濃度。測(cè)量模式選擇10 min周期的快速模式測(cè)量，針對(duì)218Po特征能區(qū)計(jì)數(shù)進(jìn)行分析。實(shí)際探測(cè)效率約22%，計(jì)及絲網(wǎng)的前總比和自吸收修正，測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)下限約0.6 Bq·m-3。RPM-FF01型氡子體測(cè)量?jī)x的采樣流量使用皂膜流量計(jì)溯源到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)，探測(cè)效率使用Am-Pu電鍍面源溯源到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量?jī)x器在氡室環(huán)境進(jìn)行一致性比對(duì)，平衡當(dāng)量濃度EEC平均值的偏差≤±3.0%[23，42]。

氡室測(cè)量期間，氡濃度水平恒定，維持在(10 816±796) Bq·m-3左右。改變氣溶膠濃度狀態(tài)，以產(chǎn)生極端的氡子體環(huán)境，實(shí)現(xiàn)未結(jié)合態(tài)氡子體和結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率實(shí)驗(yàn)。

為測(cè)量單層絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率，氡室內(nèi)氣溶膠通過(guò)空氣凈化器，維持在N→0的水平，可認(rèn)為此環(huán)境中完全是未結(jié)合態(tài)氡子體。通過(guò)不同絲網(wǎng)上采集的氡子體活度和濾膜上采集的活度比，可給出不同絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率。此測(cè)量過(guò)程持續(xù)3～4 h，氣溶膠平均濃度為(12.9±6.3) cm-3。

為實(shí)現(xiàn)單層絲網(wǎng)采集結(jié)合態(tài)氡子體收集效率的測(cè)量，需營(yíng)造極端氣溶膠環(huán)境N→∞。根據(jù)McLaughlin等設(shè)計(jì)的金屬絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體收集效率的測(cè)量方法，將氣溶膠濃度增加到106cm-3以上，此時(shí)未結(jié)合態(tài)氡子體的份額接近0[43]。鑒于實(shí)驗(yàn)條件限制，采用TSI 3475型氣溶膠發(fā)生器和TSI 3079型氣溶膠霧化發(fā)生器不間斷向氡室內(nèi)鼓入氣溶膠，待氣溶膠濃度達(dá)最大值且穩(wěn)定后，開(kāi)始測(cè)量。實(shí)驗(yàn)期間，采用TSI 3080型氣溶膠粒徑分布測(cè)量?jī)x實(shí)測(cè)氡室內(nèi)的氣溶膠濃度和氣溶膠粒徑分布，此儀器經(jīng)過(guò)年檢，氣溶膠濃度量值可溯源到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)。此環(huán)境測(cè)量過(guò)程持續(xù)2～3 h，氣溶膠平均濃度為(2.74±0.30)×105cm-3，氣溶膠中位直徑為(185±7) nm，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差約1.71。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)/結(jié)合態(tài)氡子體收集效率

1) 室內(nèi)環(huán)境的理論計(jì)算結(jié)果

模擬計(jì)算5種金屬絲網(wǎng)在典型室內(nèi)環(huán)境情況下，單層絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)和結(jié)合態(tài)氡子體采集效率Gi以及偏差θ，計(jì)算結(jié)果列于表3。

表3 3 L·min-1的采樣流量下不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)和結(jié)合態(tài)氡子體Gi以及θ模擬計(jì)算結(jié)果Table 3 Simulation results of Gi and θf(wàn)or different screens in 3 L·min-1 sampling flow rate

理論計(jì)算表明，在相同采樣流量下，不同金屬絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率均在95%以上，且未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增大而增加；不同絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率均小于1%，且結(jié)合態(tài)氡子體收集效率隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增大而增加。雖然不同種類(lèi)金屬絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率并不高(0.7%～1.0%)，但由于典型室內(nèi)環(huán)境中結(jié)合態(tài)氡子體占比較高(～92%)，氡子體未結(jié)合態(tài)份額理論值和實(shí)際測(cè)量值會(huì)出現(xiàn)一定的系統(tǒng)性正偏差(3.1%～9.5%)，且該偏差隨絲網(wǎng)目數(shù)的增大而增加。從dp50看，相同流量下dp50隨絲網(wǎng)目數(shù)的增大而增大，在已發(fā)表文章選取的半截止直徑范圍內(nèi)。

表觀上，絲網(wǎng)目數(shù)增大，絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的采集逐漸增加。但由于結(jié)合態(tài)氣溶膠的影響，其帶來(lái)的正偏差也愈大，這種正偏差理論上可采用Reinking等的方法進(jìn)行修正[22]。但受限于實(shí)際環(huán)境測(cè)量時(shí)，氡子體粒徑分布未知，Reinking等方法修正可能會(huì)帶來(lái)額外的不確定性。因此，在相同的采樣流量下，不同目數(shù)金屬絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率相差不大(在3%以?xún)?nèi))，隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增大，結(jié)合態(tài)氡子體采集影響加大(由3.1%增加至9.5%)，使用目數(shù)較小的金屬絲網(wǎng)應(yīng)是典型室內(nèi)環(huán)境測(cè)量的優(yōu)化選擇。當(dāng)然，這項(xiàng)推論是基于實(shí)際環(huán)境同典型室內(nèi)環(huán)境氣溶膠差異不太大為前提。

2) 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

氡室環(huán)境實(shí)測(cè)的不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率結(jié)果列于表4。

表4 不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率實(shí)測(cè)結(jié)果Table 4 Measurement results of collection efficiency of unattached radon progeny by different screens

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同種類(lèi)金屬絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率各不相同。除350目絲網(wǎng)外，其他種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體收集效率均在94%以上，統(tǒng)計(jì)學(xué)差異不明顯。不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)氡子體采集效率，大體上隨著金屬絲網(wǎng)目數(shù)的增大而增大，同理論計(jì)算結(jié)果相符。雖然由于測(cè)量不確定度較大，500目絲網(wǎng)出現(xiàn)了較450目絲網(wǎng)低的現(xiàn)象。比較實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和理論值，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的不確定性較大，潛在原因在于氡室內(nèi)未結(jié)合態(tài)氡子體分布的均與性以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量值自身的不確定性。

氡室環(huán)境實(shí)測(cè)的不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體收集效率列于表5。

表5 不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體收集效率實(shí)測(cè)結(jié)果Table 5 Measurement results of collection efficiency of attached radon progeny by different screens

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高氣溶膠環(huán)境下，單層絲網(wǎng)采集了0.9%～1.6%的氡子體。由于測(cè)量過(guò)程中，氣溶膠平均濃度高達(dá)2.74×105cm-3，根據(jù)fp=414/N的關(guān)系式，未結(jié)合態(tài)氡子體占比應(yīng)低于0.16%[4]。同時(shí)，實(shí)際測(cè)量值范圍0.9%～1.6%和理論值范圍0.7%～1.0%大體相符，可推斷，不同種類(lèi)金屬絲網(wǎng)上采集到的是結(jié)合態(tài)氡子體。

雖然由于收集效率測(cè)量值不確定度較大，但整體上結(jié)合態(tài)氡子體收集效率存在隨絲網(wǎng)目數(shù)增大而增大的現(xiàn)象。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)值普遍較理論值偏高，這種差異來(lái)源于氡室內(nèi)實(shí)際氡子體的粒徑分布(CMD=185 nm，σ=1.71)與典型氡室環(huán)境氡子體粒徑分布(AMD=175 nm，σ=2)不同。

2.2 同一種絲網(wǎng)應(yīng)用于不同環(huán)境的理論計(jì)算結(jié)果

理論上，雖可針對(duì)不同的測(cè)量環(huán)境進(jìn)行絲網(wǎng)的優(yōu)化選型。但由于測(cè)量環(huán)境氡子體粒徑分布未知，實(shí)際測(cè)量時(shí)，通常會(huì)選用一種絲網(wǎng)進(jìn)行各環(huán)境的氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量。考慮到絲網(wǎng)的均勻性和一致性，選擇635目絲網(wǎng)作為優(yōu)選。分析同一絲網(wǎng)應(yīng)用于不同環(huán)境測(cè)量時(shí)，結(jié)合態(tài)氡子體存在的影響，根據(jù)式(6)、(7)，計(jì)算得出同一種絲網(wǎng)對(duì)未結(jié)合態(tài)和結(jié)合態(tài)氡子體采集效率Gi以及偏差θ。計(jì)算結(jié)果列于表6。

表6 不同典型環(huán)境下同一種絲網(wǎng)在3 L·min-1的采樣流量下對(duì)未結(jié)合態(tài)和結(jié)合態(tài)氡子體Gi及θTable 6 Gi and θ of the same screen in different typical environments with sampling flow rate of 3 L·min-1

計(jì)算結(jié)果表明，由于不同典型環(huán)境未結(jié)合態(tài)氡子體粒徑參數(shù)相同，635目絲網(wǎng)在3 L·min-1流速條件下，對(duì)不同環(huán)境中未結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率均為98%。然而，不同典型環(huán)境結(jié)合態(tài)氡粒子粒徑分布有別，尤其是室外和礦山環(huán)境存在粗粒子模態(tài)，導(dǎo)致同一種絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率有明顯區(qū)別。室外環(huán)境由于積聚模態(tài)氡子體AMD較大(332 nm)，其積聚模態(tài)的收集效率(0.7%)較室內(nèi)和礦山環(huán)境(1.0%)低。粗粒子模態(tài)的收集效率明顯高于積聚模態(tài)的，會(huì)使得粗粒子模態(tài)存在，嚴(yán)重影響氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量結(jié)果。

通過(guò)理論公式計(jì)算出的偏差也可看出，典型室外環(huán)境為40.3%，典型礦山環(huán)境為113.0%，遠(yuǎn)高于典型室內(nèi)環(huán)境的偏差值9.5%。這也說(shuō)明，同一種絲網(wǎng)，從室內(nèi)環(huán)境未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量推廣應(yīng)用于室外環(huán)境或礦山環(huán)境時(shí)，粗粒子模態(tài)的存在會(huì)導(dǎo)致氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量值出現(xiàn)較大偏差。因此，單以dp50為評(píng)判依據(jù)的絲網(wǎng)優(yōu)化選型方法不適用于不同環(huán)境的測(cè)量。

值得注意的是，不同種類(lèi)絲網(wǎng)在應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境、室外環(huán)境和礦山環(huán)境未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量時(shí)，理論值和實(shí)際測(cè)量值的系統(tǒng)偏差皆為正，說(shuō)明結(jié)合態(tài)氡子體對(duì)氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量的影響是正偏差影響，在氡子體未結(jié)合態(tài)份額比對(duì)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的分析時(shí)需注意。礦山環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，氡子體氣溶膠粒徑分布變化多樣，且極易出現(xiàn)大量粗粒子，需慎重考慮氡子體未結(jié)合態(tài)份額現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 總結(jié)

結(jié)合態(tài)氡子體的存在會(huì)影響單層絲網(wǎng)法氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為系統(tǒng)研究單層絲網(wǎng)法測(cè)量氡子體未結(jié)合態(tài)份額中結(jié)合態(tài)氡子體的影響，本文通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究了同一種環(huán)境下，不同種類(lèi)絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率，分析了同一種絲網(wǎng)應(yīng)用于不同典型環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，結(jié)合態(tài)氡子體對(duì)未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量的影響。

研究表明，不同目數(shù)的金屬絲網(wǎng)對(duì)結(jié)合態(tài)氡子體的收集效率并不高，但由于結(jié)合態(tài)氡子體占比較高，會(huì)導(dǎo)致氡子體未結(jié)合態(tài)份額的測(cè)量值出現(xiàn)一定的系統(tǒng)性正偏差。同一目數(shù)絲網(wǎng)，從室內(nèi)環(huán)境直接應(yīng)用于室外、礦山環(huán)境時(shí)，由于結(jié)合態(tài)氡子體中粗粒子模態(tài)占比較高，會(huì)導(dǎo)致氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量值出現(xiàn)較大偏差。從理論計(jì)算結(jié)果來(lái)看，典型室外、礦山環(huán)境的偏差計(jì)算值分別達(dá)40.3%和113.0%，說(shuō)明在使用單層絲網(wǎng)法測(cè)量氡子體未結(jié)合態(tài)份額時(shí)，有必要針對(duì)不同環(huán)境對(duì)金屬絲網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)選，盡量減少氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量偏差。

理論上可采用計(jì)算方法，在環(huán)境氡子體粒徑分布已知的情況下，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境氡子體未結(jié)合態(tài)份額測(cè)量的絲網(wǎng)優(yōu)化選型。實(shí)際上，由于氡子體粒徑分布測(cè)量更困難且粒徑分布隨時(shí)間變化，理論上的優(yōu)化選型方法不具備實(shí)際操作的可行性。但本研究開(kāi)發(fā)的理論計(jì)算方法，可為絲網(wǎng)選型是否優(yōu)化提供可借鑒的判斷方法。同時(shí)，本研究設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可作為將來(lái)未結(jié)合態(tài)氡子體測(cè)量?jī)x測(cè)量比對(duì)及質(zhì)量控制可行的思路。