室内放射性污染

在建筑物中，大多数高于室外背景水平的放射性都与氡有关。氡(Rn)的原子序数为86，是一种无色、无味、具有放射性的惰性气体。氡是铀和钍衰变过程的产物，这两种放射性同位素广泛存在于许多地质材料中，半衰期分别为4.5×10⁹年和14×10⁹年。由于寿命较长，在建筑物的地基和周围土壤中都存在，甚至在与这些岩石土壤相接触的水体中都有一定含量。另外，建筑材料，如花岗岩、砖沙、水泥、石膏以及卫生洁具等，若原材料取自放射性同位素含量高的地区，也会成为室内空气放射性污染的重要来源。

铀和钍的衰变过程都涉及复杂的放射化学反应，释放出α，β和γ射线，产物分别为²²²Rn和²²⁰Rn，反应如下所示：

         (1-6)

从建筑材料中直接释放出的α粒子往往在到达周围空气之前大部分已被材料基体吸收了，只有少数粒子能够逸出材料表面进入空气中，这些粒子构成建筑物内背景放射性的一部分。α粒子也很容易被空气吸收，很少能移动到离固体或液体源30～40 cm以上的距离，在此过程中遇到生物组织时，会被强烈吸收，但不会穿过表面。而氡气的情况不太一样，它作为一种气体从建筑物的缝隙、周围土壤和水体中释放到空气中，可被人体呼吸道吸入体内。在氡的两种同位素中，²²⁰Rn的半衰期仅为55.6 s，几乎来不及进入空气或在空气中蓄积就很快进一步衰变了，因此在空气中的含量很小，不如²²²Rn重要。²²²Rn的半衰期为3.8天，可被吸入体内并继续发生衰变，衰变产生的²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi和²¹⁴Po等称为氡子体，半衰期都很短，为重金属同位素的固体颗粒，最终的衰变产物为铅。Rn的衰变过程中释放出更多的α粒子，可沉积在体内组织上，甚至会与细胞分子直接作用。Rn在空气中的衰变产物如钋-218和钋-214也可吸附在颗粒物上，随呼吸进入体内。

室内空气中Rn的产生和清除之间的半定量关系可用式(1-2)推导出来。设室内放射性衰变的稳态速率为A_i，用单位时间内单位体积空气的活度表示，单位为Bq·m^-3。这也是衡量放射性元素浓度的一种方法。在建筑物外的衰变速率是常数A_o(Bq·m^-3)。k_e(h^-1)是空气交换速率，k_d(h^-1)是Rn的放射性衰变常数。这样式(1-2)就转变为

R_i＋k_eA_o＝k_eA_i＋k_dA_i                (1-7)

上式左边包含了Rn的内部和外部来源，右边是通过交换和放射性衰变的清除。整理后得

A_i＝(R_i＋k_eA_o)/(k_e＋k_d)          (1-8)

²²²Rn的半寿命为3.83天，相当于衰变常数 

k_d＝ln2/_t1/2=0.00754 h^-1

假定建筑物内放射性活度的产生速率为R_i＝10 Bq·m^-3，则外部放射性活度A_o＝4 Bq·m^-3，这是与氡有关的室外放射性活度的全球平均水平。当空气交换速率为20 h^-1(开放型建筑物，空气交换性良好)时，A_i为4.5 Bq·m^-3；但当空气交换速率为0.1 h^-1(密闭型高节能建筑物，空气交换性较差)时，A_i为97 Bq·m^-3。显然，Rn的室内产生速率和室外活度均是影响室内活度的重要因素。

一般放射性活度水平小于10 Bq·m^-3被认为较低，100 Bq·m^-3左右为正常，大于4000 Bq·m^-3为高放射性。我国《室内空气质量标准》规定室内空气中氡的限值为年平均 400 Bq·m^-3。