抗氡膜材料氡扩散系数评估新方法：TESTMAT装置与ENDORSE软件的创新应用

针对建筑防氡屏障材料性能评估的难题，意大利研究团队开发了基于弱放射源的小型PVC测试装置TESTMAT，结合自主研发的ENDORSE软件（采用显式有限差分法），建立了非稳态条件下氡扩散系数(D)的精确测定方法。该研究通过三种商用防水膜验证，测得D值(10-12 -10-11 m2 s-1 )与文献一致，泄漏常数仅7%氡衰变常数，为低活度源条件下的材料防氡性能评估提供了新范式。

　　

【研究背景】
氡气（²²²
Rn）作为室内环境中的隐形健康威胁，被世界卫生组织列为仅次于吸烟的肺癌诱因。建筑地基和含火山岩建材持续释放的氡气，通过扩散作用渗透至生活空间，其防护核心在于抗氡膜材料的阻隔性能。传统氡扩散系数（D）测量面临两大困境：强放射源（MBq级）需严格辐射管控，而稳态假设模型与真实非稳态扩散过程存在偏差。更棘手的是，高性能防氡膜的D值极低（10^-13
m²
s^-1
量级），现有技术难以在低活度源条件下精准测定。

【创新方法】
意大利国家地球物理与火山学研究所（INGV）团队突破性开发了TESTMAT测试系统：1）采用双舱室PVC装置（容积1.6L）与28cm²
样品区，使用100kBq m^-3
级弱放射源；2）配套ENDORSE分析软件，通过显式有限差分法（EFDM）求解非稳态扩散方程，结合蒙特卡洛模拟计算误差；3）创新性引入背景氡修正（43.6±0.7 Bq m^-3
）和泄漏常数λ_F
=1.42×10^-7
s^-1
的精确控制。

【关键发现】

1. 装置验证：
   • 密封性测试显示泄漏率仅为氡衰变常数的7%，远优于ISO标准50%阈值
   • 四钉固定架会使FPO膜D值虚高6倍（1.97→1.19×10^-11
   m²
   s^-1
   ），证实O型圈密封方案的必要性

2. 材料性能：
   • HDPE膜（1.13mm）D=2.64×10^-12
   m²
   s^-1
   （配置1/2加权均值）
   • FPO膜（1.30mm）D=1.97×10^-11
   m²
   s^-1
   ，与多国比对结果吻合
   • 薄型HDPE（0.81mm）D=7.38×10^-12
   m²
   s^-1
   ，揭示厚度与D值的非线性关系

3. 检测极限：
   • 配置3（最小舱容1.4L）结合525kBq m^-3
   源强，可测至10^-13
   m²
   s^-1
   级D值

【科学价值】
该研究通过TESTMAT-ENDORSE体系实现了三大突破：1）首次在免辐射监管的低活度源（<500kBq m^-3
）条件下完成防氡膜精准测评；2）建立的EFDM模型克服了传统稳态算法的理论缺陷；3）蒙特卡洛误差分析（400场景）将单次测试不确定度控制在±0.02×10^-12
m²
s^-1
。这些进展为修订ISO 11665-13标准提供了实验依据，尤其对火山岩地质区（如意大利、冰岛）的建筑防氡设计具有直接指导意义。

发表于《Journal of Environmental Radioactivity》的这项研究，通过跨学科协作（地质学、核物理、材料科学），为全球氡污染防治提供了经济安全的标准化测评工具。未来可通过扩大材料数据库（如石墨烯复合膜）和开发AI优化算法，进一步提升该系统的工程适用性。