基于CFD模拟的室内氡气分布行为研究及其在放射性风险评估中的应用

本研究针对室内环境中氡气(222Rn)的辐射风险问题，通过计算流体动力学(CFD)模拟结合实验验证，建立了ANSYS CFX物理数学模型。研究发现氡气浓度在放射源附近最高，模型虽未精确量化绝对浓度但成功揭示了空间分布规律，为放射性暴露防控提供了经济高效的研究工具。

　　

氡气作为²³⁸U衰变链中的天然放射性气体，其短寿命衰变产物²¹⁴Po等α粒子释放可导致肺癌风险。尽管UNSCEAR数据显示80%环境辐射来自天然源，但室内氡气在密闭空间累积的特性使其成为公共卫生焦点。传统实验方法成本高、周期长，而计算流体动力学(CFD)技术为模拟气体扩散提供了新思路。巴西伯南布哥联邦大学核能系团队选择放射性样本储存室（7.4m×2.3m×3.0m）这一典型高本底环境，通过CFD建模与AlphaGUARD实测对比，揭示了温度、通风等因素对氡气行为的影响机制。

研究采用三大关键技术：1) 基于QGIS 3.34.9构建空间模型；2) ANSYS CFX软件实施湍流模型(k-ε)与SIMPLE算法求解；3) 使用AlphaGUARD探测器进行实验验证。通过3D速度矢量图和浓度剖面分析，实现了对氡气动态的可视化追踪。

物理模型部分精确还原了放射性样本储存室的结构特征，包括门窗位置与尺寸。建模时特别考虑了建筑材料氡析出率与室内外压差等边界条件，为后续仿真奠定几何基础。

结果讨论显示，CFD模拟成功预测了放射源附近的浓度梯度分布，与"近源区高浓度"理论预期一致。虽然绝对数值与实测存在偏差，但空间分布趋势的吻合验证了模型的定性分析能力。温度场模拟表明热对流会显著影响氡气迁移路径，这为通风系统优化提供了理论依据。

结论部分强调该CFD模型具有成本效益优势，能有效识别氡气聚集区域。研究创新点在于将核素衰变特性（如²²⁶Ra→²²²Rn链式反应）与流体力学耦合建模，为NORM环境风险评估建立了新范式。团队指出未来需改进湍流模型精度，并建议结合ATD（α径迹探测器）进行长期监测验证。

该成果发表于《Radiation Measurements》的重要意义在于：首次系统验证了CFD在复杂放射性环境中的适用性，为发展中国家开展经济型辐射防护研究提供了范例。通过Maria Rita Silva Araujo等作者的多学科合作，证实了数值模拟可替代部分高危实验，这对铀矿区民居等特殊场景的辐射防护设计具有指导价值。研究过程中获得CNPq、FACEPE等机构资助，也体现了拉美地区在核安全领域的科研投入。