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郴州油煙凈化器

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環境中氡氣的來源及其防護

胡省英　劉慶成　朱立

（中國地質科學院生物環境地球化學研究中心，北京　100037）

摘要　本文從放射性元素氡的特性及其來源方面出發，闡明了氡對環境的影響和對人體的危害，指出要提高人們的生活質量、保障人們的健康水平，就必須從各方面切實做好氡的防護工作。

關鍵詞　氡　來源　防護

自然界中氡廣泛存在，是鈾系、釷系、錒系三個天然放射性衰變系列的中間產物。鈾系的衰變過程是238U→226Ra→222Rn→210b→206Pb，其中222Rn的半衰期為3.824天；釷系的衰變過程是232Th→228Ra→224Ra→220Rn→208Pb，其中220Rn的半衰期為55.6s；錒系的衰變過程是235U→223Ra→219Rn→207Pb,219Rn的半衰期為4s。由于235U在自然界中含量很少，同時219Rn及其子體的半衰期都很短，對人體危害不大。238U和232Th在地殼中廣泛存在，但由于222Rn和220Rn半衰期的差異，而且222Rn在大氣中的儲量是220Rn的100倍，造成220Rn對人體的危害遠不及220Rn。因此，研究中對這三個天然放射性衰變系列，主要考慮鈾系衰變形成的222Rn及其短壽命子體的生物學效應，對釷系、錒系的衰變產物不予考慮。

1　氡的特性及來源

氡（222Rn）由226Ra衰變而來，226Ra的半衰期為1602年，故相對來說可以把226Ra的含量看成是穩定的。由222Rn衰變到206Pb，有如下過程：

地球化學環境：農業·健康

其中：a——年；d——日；m1n——分；μs——微秒。

210Pb的半衰期相對較長（22.3年），從生物學角度考慮，對人體產生照射的主要是衰變到210Pb以前的短壽命子體。

1.1　特性

氡是一種惰性放射性元素，本身不參加化學反應，但它衰變產生的射線及其子體對人體具有危害作用。

（1）氡及其子體具有很強的吸附性。氡經α衰變后產生的子體90%以上都要被吸附在空氣中的氣溶膠離子上，呈游離狀態，它們能被許多物質（木炭、硅酸、粘土等）吸附，其中以活性炭吸附力最強，沉降速度緩慢，吸附粒子的平均存留時間為1.4小時。

（2）氡具有一定的溶解度，能夠溶于水、脂肪和各種有機溶劑中。氡在脂肪中的溶解度為水中的125倍，因此，一旦空氣中的氡被吸入肺部，能隨著血液遍布人體的各個組織，如呼吸系統、神經系統、血液系統都可能檢測到氡的子體。

（3）氡衰變時能放出α射線，對人體具有照射效應，同時氡及其子體難于被排出體外，其后果是有可能使人體組織形成腫瘤。

1.2　來源

巖石、土壤、地下水等各種介質中不同程度地含有238U和226Ra，區域性分異明顯，由此衰變而產生的氡濃度不盡一致。這三種介質對空氣氡含量的貢獻較大，為氡的主要來源。從氡的分布范圍來看，室外氡主要由巖石、土壤、地下（熱）水、礦山、煤等介質提供，室內氡則主要由地基、土壤、建材、生活用水、燃氣和燃煤等介質產生。

下面分別對室內外氡的來源作一討論。

2　室外氡的來源及變化規律

2.1　來源

（1）巖石

鈾元素在地殼、各類巖石中含量不同。

表1　鈾元素在地殼、巖石中的分布（10-6）

注：火成巖、地殼豐度均據維諾格拉多夫1962年資料，沉積巖據涂里干和魏德波1961年資料。

由表1可見，各類巖石鈾含量差異較大。火成巖中的酸性巖、沉積巖中的頁巖鈾含量為最高，超基性巖中含量最低。變質巖中鈾含量則取決于原巖中鈾的含量。從元素地球化學角度來看，鈾是親石元素，與氡元素親和力強，多組成氧化物，易在酸性巖中富集；另外，鈾具有吸附性；常常被炭質、泥質、有機質所吸附，使得頁巖，特別是炭質頁巖中鈾含量較高。

巖石中氡的濃度除受控于巖石本身鈾（鐳）的含量外，還取決于巖石結構、地質構造特點。斷裂、裂隙、巖溶系統發育的地區為氡向上運移提供了良好的通道，致使氡濃度增高，也為大氣氡提供了有利的物質來源，形成大氣中局部高氡異常。

我國華南地區出露有大面積的花崗巖，根據形成花崗巖的主要物質來源，可將其劃分為三個成因系列：陸殼改造型、同熔型、幔源型。同熔型花崗巖主要分布在浙閩粵沿海地區；改造型花崗巖分布在大陸內部地區，具體地說分布在浙閩粵沿海以西地區，形成時代在前中生代和中生代時期；幔源型花崗巖分布范圍極其有限。改造型花崗巖中鈾含量普遍較高，因為提供鈾元素的地層主要是富鈾的震旦—寒武紀黑色頁巖建造，在花崗巖形成時繼承了圍巖中豐富的鈾，含量甚至可達30×10-6以上；而同熔型花崗巖中鈾含量則低得多（表2）。

表2　華南不同時代兩類花崗巖的鈾含量表

①屬幔源型花崗巖。

由表2可知：改造型花崗巖總的來說鈾含量較高，各時代巖石平均含量達13.8×10-6，變化幅度為5.0×10-6～24.1×10-6，從加里東期到燕山晚期，鈾含量逐步增高；同熔型花崗巖的鈾含量普遍較低，各時代巖體平均鈾含量為6.6×10-6，變化幅度為2.5×10-6～13.9×10-6，從四堡期到燕山晚期，鈾含量逐步升高，總體上含鈾性較差。可見，不同時代、不同成因、不同地區的花崗巖中鈾含量不同，改造型花崗巖分布范圍廣且鈾含量高，在斷裂、裂隙發育區，鈾及其衰變產物極易從巖石中逸出，造成大氣氡濃度增高，因此，要注意該類型的花崗巖區內大氣氡的分布狀況。

另外，在長江以南地區，下寒武統底部普遍為黑色頁巖、板巖及硅質巖相，層位穩定，相當于貴州的渣拉溝群、浙江的荷塘組，巖層厚度不等（30～300m），炭質含量很高，并含有多金屬稀有元素，尤以貴州東部及湖南西部含量更高。其形成時為還原及水流停滯的環境，屬海相沉積。其形成時海底火山活動頻繁，沉積盆地內溶解有大量的磷，并伴生有V、Co、Mo、Ni、Cu等元素，磷元素的離子半徑較大，易被鈾等大離子所置換，形成共生關系，同時炭質具有較大的吸附性，促使鈾等稀有金屬富集。當炭質含量超過炭質頁巖標準時，形成石煤層。如黔東、湘西、贛北、皖南、浙西一線，湖南、湖北、廣西、廣東北部等地石煤層分布廣泛。由于當地老百姓用炭質板巖、炭質頁巖燒制磚塊，可以節省燃料30%，使得鈾釋放出來從而造成空氣中氡濃度過高，這是當地肺癌發病率較高的主要因素。另一個因素是在農業上應用磷礦資源，使得鈾（鐳）經農作物進入人體內，產生內輻射，引發肺癌。這些因素都應當引起有關部門的高度重視。

從元素遷移轉化角度來看，空氣中氡濃度取決于巖石、土壤中的氡濃度，而巖石、土壤氡濃度不僅取決于母質中鈾含量，還與巖石的構造特點有關。當巖石中鈾含量高、裂隙發育時，氡濃度高；當裂隙不發育時，即使巖石中鈾含量高，由于缺乏鈾運移的通道，則氡濃度不一定高。因此，工作中，應首先查明含鈾巖石及鈾元素的分布狀況，其次了解巖石結構、裂隙發育情況，最后探討有關氡濃度問題。

（2）土壤

空氣中的氡絕大多數來自土壤中的鐳。土壤是巖石的風化產物，由于巖石鈾、鐳含量不同，導致土壤中鈾、鐳含量也不相同，與巖石具有相似的分布規律。土壤中226Ra一般為10～100Bq·kg-1,222Rn的發射率為16mBq·m-2·s-1。假定氡氣存在于地面上1～3km的范圍內，那么地表空氣中氡的濃度約為2.7Bq·m-3。

（3）地下（熱）水

地下水中氡的富集程度主要取決于水循環過程中巖石的鐳含量和巖石的射氣系數。巖石中裂隙發育，其射氣系數可大大提高，會造成水氡富集。

我國酸性侵入巖及噴發巖的裂隙水中氡濃度大多數超過100Bq·L-1，平均210Bq·L-1，變化范圍為10.3～1470Bq·L-1，占總數50%左右的裂隙水中氡大于135Bq·L-1。

沉積巖中水氡濃度較低，一般小于200Bq·L-1，占總數50%～80%的巖石中水氡濃度小于45Bq·L-1。砂巖、礫巖等碎屑巖中水氡平均為40Bq·L-1，變化范圍0.81～355Bq·L-1；碳酸鹽巖含水層中含氡量平均小于45Bq·L-1，變化范圍1.59～143.4Bq·L-1。

變質巖地區地下水中氡含量起伏較大，隨巖石放射性元素含量不同而不同，平均為90Bq·L-1，變化范圍0.007～232.5Bq·L-1，小于45Bq·L-1的約占總數的40%o

由此可見，地下水氡的富集對巖性的選擇順序是：酸性巖（含噴出巖）類→變質巖類→碳酸鹽巖、砂巖、礫巖。從區域分布來看，我國地下水氡含量異常區（＞135Bq·L-1）主要分布在東南沿海（福建、廣東、海南等省）、湖南北部、湖北南部、河南西部、遼東半島、山東半島等酸性巖漿巖（尤其是花崗巖）分布地區，說明巖石中高鈾含量對地下水氡提供了豐富的物質來源。

地下水流出地面后，溶解在水中的氡會很快擴散到空氣中，估計大約有30%～90%的水氡進入環境。

（4）礦山的開采

人們對開采鈾礦山和非鈾礦山所造成的氡問題，是20世紀才逐步認識到的。16世紀末，德國第一次報道鈾礦工死于一種礦山病，死亡率非常高，19世紀后期才發現死因是肺部惡性腫瘤。20世紀30年代起，主管部門才開始重視鈾礦工的職業病問題，同時也開展了井下氡氣的監測工作。第二次世界大戰之后直到50年代和70年代初，因大量開采鈾，使肺癌發病率急劇上升。80年代以后，世界各地井下工作條件有了顯著的改善。流行病學研究表明，礦工肺癌與Rn的累積暴露量WLM呈現明顯的正相關關系。

我國鈾礦山氡子體水平一般在0.22～1.4WL范圍內，多數超過我國規定的標準。近年來，由于采取通風降氡技術和監測防護工作，鈾礦井下的工作條件已得到改善，與國外相比，我國鈾礦工的肺癌問題并不很突出。但要注意的是，我國非鈾礦——云南個1日錫礦（有色金屬礦）自20世紀60年代初以后肺癌人數增加，80年代后，年死亡人數達80～100例，成為肺癌的高發區，井下氡濃度平均為28.80kBq·m-3，估算礦工累積暴露量為161～840WLM，因此井下氡子體問題比氡更為突出。

鈾礦井下氡的來源主要以暴露表面的鈾礦體、鈾礦石、地下水中氡的析出為主。非鈾礦山一般沒有鈾礦體或只有少量、零星的鈾礦體，大多數在圍巖和礦體內含有極少量的鈾（鐳），但因暴露面積大而成為氡的主要來源。另外，采空區和廢棄巷道都會成為氡逸出的主要通道。

（5）燃煤

煤是強還原環境的生成產物，含有大量的有機成分和高含量鈾、鐳。據測定，每燃燒1kg煤可產生36Bq的222Rn，因此燃煤是城市環境氡污染的重要來源。發電廠及北方地區冬季因取暖而燃燒大量的煤，它們向大氣環境提供的氡污染總量不可輕視。例如，天津市因工業、家庭、機關等用煤，經計算每年大氣環境中氡的總污染量可達560GBq；北京的燃料結構以煤為主，年用量達2800萬t，僅冬季采暖用煤就達800萬t，合并汽車尾氣排放因素，造成大氣污染（尤其在城區）甚為嚴重，一年當中有4個月空氣質量在Ⅳ級以上，冬季大氣能見度比其他季節更差，為呼吸道疾病的高發時期。燃煤不僅產生大量的二氧化硫和氡氣，而且其飄塵成為大量病毒、細菌和微生物的載體，極易沉積在人體的肺部，危害人們的身體健康。

2.2　變化規律

（1）四季的濃度變化。我國各省市的調查結果基本一致：冬季出現最大值，夏季為最小值，春秋季接近年平均值。環境空氣中氡濃度取決于地面氡的析出率及在大氣中的遷移和擴散。冬季氣溫低和取暖用煤（尤其在北方城市），是造成大氣中氡濃度偏高的重要原因。

（2）距地面高度的變化。大氣中氡濃度在對流層中隨高度增加而降低。假設距地表0.01m處氡濃度為100%，那么，1、10、100、1000m處各為95%、87%、69%、38%,7000m處則降至7%。在自然通風條件下，居室內氡濃度變化也具有相同的規律，即平房室內氡濃度高于高層建筑。

（3）大氣壓的影響。氣壓與土壤等介質中氡的釋放呈負相關關系，氣壓降低，介質中氡的發射率增高，釋放到空氣中的氡濃度增大。一般地說，氣壓降低1%，氡的發射率可增加一倍。

綜上所述，影響環境氡的因素很多，氡的區域性分異明顯，不同的地區環境氡呈現出不同的特點，探討氡問題時要結合當地實際情況。

3　室內氡

由于人們大部分時間都在室內工作、學習、生活，因此，了解居室氡濃度及其分布規律就顯得極為重要。室內氡濃度與地質環境、建材、燃煤（氣）和水等因素密切相關。

3.1　地質環境

根據我中心“八五”期間對青島、北京等地的研究成果，發現影響室內氡的地質因素主要是基巖巖性及由其風化形成的土壤、構造斷裂。

表3　青島地區土壤放射性核素平均水平（Bq·kg-1）

表4　我國部分地區室內氡濃度對比（Bq·m-3）

青島地區燕山期巖漿活動頻繁，形成規模巨大的花崗巖侵入體，地表覆蓋層較薄，許多房屋就建在基巖上。因此該地區的花崗巖中放射性核素水平高于山東省和世界均值（表3和表4）。

由表3可知，除137Cs外，青島地區的其他幾種放射性核素水平都不同程度地大于山東省和世界均值，而土壤核素水平是由其基巖所決定的，這就說明花崗巖中核素含量高。由于氡是直接從鈾（鐳）衰變而來的，放射性核素的高含量影響到氡濃度，因而呈現出高值特點。從表4可見，青島地區雖然居室通風良好，但室內氡水平仍然高于我國許多城市和世界均值，巖石7輻射空氣吸收劑量率均值為22.6×10-8Gy·h-1，高于全國（8.15×10-8Gy·h-1）和山東省（6.5×10-8Gy·h-1）的平均水平。

房屋如果建在高氡濃度地區，其室內氡濃度不可避免地呈現出高值特點。大多數情況下，建筑物下的土壤地基是室內氡的主要來源。土壤中的氡氣能夠經土壤孔隙、地基裂隙、墻壁、管道縫隙等各種通道進入室內，造成空氣氡濃度升高。地基如果是未加處理的土壤地面，氡則極易在室內聚集，水泥地板下氡氣擴散進入室內的濃度要比無地板時減弱5～20倍。

3.2　建材

建材中放射性核素含量隨建材種類及地區不同而有較大的變化。一般說來，木制品、熟石膏、金屬、水泥中含量較低，而花崗巖、浮石、粘土磚以及工業副產物如人造石膏、火力發電廠飛灰制的混凝土、工業廢渣中含量較高。據湖南郴州測定，使用鐳含量高達341Bq·kg-1的石煤渣磚建成的住宅，室內氡濃度達473～1310Bq·m-3，已大大超過國標規定；香港1993年報道，由于使用含鐳較高的當地花崗巖，使住宅內氡濃度達280Bq·m-3。實際上，當建材中的鐳含量超過500Bq·kg-1時，建材氡就成為室內氡的主要來源。

我中心于1994～1995年對安徽省黃山地區使用碳化磚等建材建造的房屋測定了氡濃度，統計結果見表5。

表5　黃山地區房屋中氡濃度均值（Bq·m-3）

注：樣品測定均由衛生部工衛所尚兵測定。

黃山地區的碳化磚取材于當地的下寒武統炭質頁巖、板巖，由于該類巖石中鈾含量較高，導致燒制出磚塊后建造房屋的室內氡濃度超出背景值，其范圍是78～331.4Bq·m-3。在同一地區，使用不同的建材建造的房屋，室內氡濃度存在一定的差異，如藍田碳化磚房屋的室內氡濃度為青磚房屋的1.8倍，黟縣則為空心磚房屋的1.3倍。值得注意的是，平房或土木結構的房屋，其室內氡濃度也很高，這是因為當地土壤中氡濃度高，氡未經阻擋就進入室內，使得空氣氡濃度甚至高于用碳化磚建成的房屋。由此可見，建材類型對室內氡濃度的影響很大。

1986年美國環境保護署（EPA）把室內氡行動水平定為148Bq·m-3（4pCi·L-1），而黃山地區碳化磚、土房等建筑的室內氡濃度普遍高于或接近氡行動水平，對此衛生部門應采取必要的干預措施。

3.3　生活用水

氡在水中具有一定的溶解度。由于氡的半衰期為3.824天，自來水在由水廠經營道進入居室之前，氡仍有大部分未衰變完畢，因此，水中氡的釋放也是向室內提供氡的一個因素。如果生活用水來自地下，那么水中氡濃度高于地表水的可能性更大。當水中氡濃度大于10kBq·m-3時，水使室內氡濃度增加的作用不可忽視。

3.4　燃煤及燃氣

煤、燃氣（天然氣、液化石油氣、煤制氣）中含有較高濃度的鈾、鐳元素。我國廣大農村及城鎮仍然以煤作為主要燃料，目前已有許多城市改用燃氣作為能源。經測定，天然氣中氡含量在生產井口約為0～50kBq·m-3，經混合運輸后，在管道中為0.04～2kBq·m-3，如果管道中氡含量為1kBq·m-3，假設每天用氣2m3，則可向室內排放2000Bq氡氣。液化石油氣、煤制氣中鈾、鐳元素變化情況與天然氣基本一致。

綜上所述，造成居室內氡污染的介質主要是土壤和建材。如果住房通風良好，室內空氣可與室外交換，氡濃度可降至大氣氡水平；相反，居室使用空調設備、保溫隔熱材料，或循環空氣方式，使居室處于相對封閉的環境，室內氡不能及時排出室外，通風率的降低會使氡暴露量增加2～8倍，導致肺癌發病率大大增高。

4　氡及其子體的危害與防護

4.1　氡及其子體的危害

研究成果表明，吸入氡比食人氡所占的比例更大，氡子體比氡氣本身對人體危害更大。氡子體以氣溶膠的形式由呼吸道進入肺部后，大部分沉積在肺部，少部分可向上通過氣管排出體外，溶解度高的物質被組織液溶解透過肺泡膜進入血液，難溶的微粒也可不經任何中間媒介直接進入淋巴結和血液。根據ICRP（國際放射防護委員會）“肺模型”實驗證明，10μm粒子80%被阻留在鼻咽部，3～5μm粒子幾乎全部阻留在上呼吸道，1～1.5μm的微粒90%阻留在肺支氣管中，直徑小的微粒則可吸入呼吸道深部。氡及其子體進入人體后，放出a射線，使人體接受一定量的內照射劑量。由于人們在室內停留時間長，同時室內氡濃度高于室外，因此室內空氣中氡及其子體對人體產生的天然輻射劑量遠遠大于室外。

美國環境保護署（EPA）估計，每年因居室氡暴露而死亡的人數有7000～30000例，僅次于酒后駕車而高于溺水、火災、飛機墜毀所致的死亡數。如果合并吸煙，則目前吸煙者的氡危險是不吸煙者的15～20倍。國際癌癥研究署（IARC）承認氡及其短壽命子體是人類致癌因子，無閾值。

4.2　氡子體照射的限值和氡行動水平

為了減少氡及其子體對人體的危害，我國和國際上制定了相應的標準。

對于礦井，英國NPRB（國家輻射防護局）建議限制洞穴和廢棄礦井中氡的照射，提出年限值為106Bq·m-3·h（222Rn，取平衡因子為0.4），相當于1WLM。1981年ICRP-32報告中定為每年4.8WLM，我國GB4792.84和GB8703.88都采用該值；1993年ICRP-65報告中采用流行病學資料，確定礦工工作5年，每年平均為4WLM（與1971年數值一致），即每年工作2000小時，平衡因子取0.4，相當于3000Bq·L-1，如果工作一年，可將限值放寬到10WLM。

對于居室氡，英國于1987年首先提出了行動水平概念，即當居室氡濃度超過行動水平時，戶主應立刻采取行動降低氡濃度。為此，世界上許多國家制定了相應的標準（表6）。

表6　國際上住房內氡控制水平（Bq·m-3）

另外，我國于1996年對地下建筑、地熱水制定了衛生防護標準：已建地下建筑的行動水平為400Bq·m-3，待建地下建筑的上限值為200Bq·m-3；民用地熱水的水中氡的控制水平為50kBq·m-3，工業用水為100kBq·m-3，醫療用水為300kBq.m-3。

4.3　氡的防護

要減少氡及其子體被吸入人體內部，就要降低空氣中氡的濃度，而問題的關鍵是要盡可能使提供氡源的物質中所釋放出的氡濃度下降到最低限度，要根據實際情況采取不同的防氡降氡手段。

在鈾礦和非鈾礦區以及地下場所，改善通風系統，安裝降氡除塵設備，配合氡的監測與防護工作，就可以有效地使氡及其子體水平降下來。如法國加強對氡的治理后，使井下氡子體平均濃度從1971～1973年的0.18WL下降到1975年的0.11WL，受高達0.3WL照射的工作人員的比例從22%下降到5%。

在應用地熱水、溫泉水的醫療、工業單位，工作人員應參照職業人員防護限值加強自我保護意識，必要時佩戴高效防護口罩。在工作場所可以采用多種辦法來降氡，如采取局部通風；將管道水密閉循環使用；應用加熱排氡和水氡分離法人為地將氡從水中驅出；用活性炭、超纖維濾膜過濾吸附裝置將氡及其子體吸附等等，都能達到降氡除氡的目的。

室內氡污染問題則是全體公眾都應該關心的事情。在待建房屋區，應首先調查該地區是否為高氡分布區，要選擇低氡區作為房屋的建設基地，如果不能避開高氡區，則要盡可能地使用含鈾、鐳量低的磚塊和建筑材料，房屋地面要采用密封性能良好的材料。如水泥地面就比木制地板防氡效果好，對于墻壁、地面、管道等處可能存在的縫隙要用材料封閉，阻斷氡進入居室的通道；在已建房屋內，應多采用開窗換氣、機械通風（如換氣扇、電扇）、空氣凈化器、空氣清新器等方法，即使在安裝有空調的房間里也應定期開窗換氣，使用燃氣或煤時，要同時使用換氣扇或抽油煙機，把氡氣和油煙排出室外。總而言之，要經常性地進行室內外空氣的交換，以達到降低室內氡污染水平的目的。

美國、英國、加拿大等國家于20世紀90年代相繼開展了大規模的室內氡調查工作，對推動室內氡的防護工作起到了積極作用；我國室內氡的工作剛剛起步，1995年6月由衛生部、地質礦產部聯合成立了“氡監測和防治領導小組”，該組將負責協調全國氡氣轉移調查、室內氡監測、氡危害評估、氡防治研究和咨詢，并為區域性和國際性合作收集有關信息，因此，它將大大推動我國的室內氡的防治、提高生活質量、保護公眾健康的工作。

本稿在成文過程中得到了曾太文高級工程師、黃懷曾研究員等同志的大力支持和幫助，在此深表謝意！

參考文獻

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