合成纤维与天然纤维氡扩散系数研究及其在氡防治中的应用

《Applied Radiation and Isotopes》：Study of radon diffusion coefficient of synthetic and natural fibers for radon mitigation applications

　　

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  本研究致力于开发一种基于 ISO/TS 11665 标准的双室扩散采样器。
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  研究了合成纤维和天然纤维屏障的氡气缓解性能。
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  同时确定了选定屏障材料的氡扩散系数。
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  将环保天然纤维与合成纤维进行了对比，用于氡气缓解。
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  建立了可持续氡屏障数据库。

引言

氡气在地壳基岩中形成，也存在于建筑材料中，由于源材料的析出作用，氡气会积聚在室内、矿井、洞穴等场所。长期暴露于高浓度氡气并吸入其放射性子体已被证实会增加患肺癌的风险（WHO, 2009; Darby 等, 2005）。世界卫生组织在其《室内氡气手册》中提出了多种氡气缓解策略，包括主动和被动土壤减压、密封表面、屏障和膜材、对已占用和未占用空间进行通风等（WHO, 2009; Almaraz, 2024）。在全球许多国家，在新建房屋中使用氡屏障材料是墙壁和地板的，这已成为一种有效的氡气缓解策略（Daoud 和 Renken, 2001; Khan 等, 2019）。许多欧洲国家的监管机构规定，必须对新建房屋中的氡浓度进行测量，确保其低于 300 Bq m^?3 的安全限值，若超出限值则要求安装氡屏障（Arvela 等, 2012）。最近，西班牙对《技术建筑规范》进行了修订，要求在 I 类区域的新建建筑中安装氡屏障，以减缓氡的扩散，使居住和工作场所内的浓度保持在规定的限值以内（西班牙交通运输部与城市议程部, 2019）。在本研究中，探讨了利用市售氡屏障材料（合成纤维和天然纤维）的缓解策略。

本质上，氡屏障材料是不透性膜，用于阻挡氡气。这不同于被动剂量计中使用的扩散屏障，后者允许氡气通过但限制钍射气。这些屏障材料可放置在基础和地板之间或墙壁上，使从地面或建筑材料中析出的氡气无法进入室内。从某种意义上说，这些氡屏障材料可以将建筑与来自地下土壤和建筑材料的氡隔离开来，因此被称为防氡屏障材料。氡屏障是不透性材料，可阻止氡进入建筑。通过将它们插入基础和地板之间，在已知的氡高浓度区域，新建住宅已要求使用这些屏障。高氡水平的老旧住宅或工作场所需要采取其他氡缓解措施，如增加通风和安装氡泵，作为氡屏障的补充或替代方案（WHO, 2009; Darby 等, 2005）。这些材料可应用于所有水平和垂直建造的表面，从而将建筑与来自地下土壤和建筑墙壁的氡隔离开来。

市售屏障材料主要由合成聚合物、沥青膜和铝箔组成。有时这些材料还与聚酯纤维基体或玻璃纤维组合使用。沥青乳液或环氧树脂是一种液态膜，可作为缓解策略涂覆在析氲表面上。为测试这些膜用于氡缓解的适用性，通过实验测量这些材料对氡气的扩散系数来测试氡在这些材料中的传输情况（Jiranek 等, 2008; Ruvira 等, 2022, 2024; Ruvira 等, 2022a, Ruvira 等, 2022b）。据报道，氡气体在这些膜中的扩散系数在 10^?11 至 10^?13 m² s^?1 的范围内（Jiranik 等, 2000, 2001, 2011）。表 1 总结了几项相关研究。

在本文中，依据 ISO/TS 11665-13:2017 标准的指南开发了一种扩散采样器，并基于纤维的氡扩散系数，测试了合成纤维和天然纤维的氡缓解能力。

章节摘要

双室氋扩散采样器的开发

按照 ISO/TS 11665-13:2017 标准的指南设计了一种双室氡扩散采样器。它由两个气密性良好的腔室组成，下方为源腔（SC），上方为接收腔（RC），直径为 10 cm，高度为 10.2 cm，上下叠放。每个腔室的体积为 8.01×10^?4 m³，采用 AISI316L 不锈钢制成，厚度为 2 mm，如图 1a 和 1b 所示。该系统使用两个独立的体积，中间以待测试的屏障材料隔开。测试

扩散采样器的泄漏测试

图 4 展示了 ²²²Rn 气体浓度（C_R）随时间的变化关系。扩散采样器的泄漏率由公式 1 计算得出。

根据指数拟合得到的时间指数值 t₁ 为 84.1964，得到 λ_eff 为 0.012 h^?1。有效衰变常数（λ_eff）是泄漏率（λ_v）和氡的放射性衰变率（λ_d = 0.00755 h^?1）之和。源腔的泄漏率测量值为 0.00432 h^?1，符合标准规范。时间的

结论

开发了一种基于 ISO/TS 11665-13:2017 标准的扩散采样器，用于测试一些合成和天然氡屏障材料阻挡氡的能力。使用所开发的采样器确定的合成屏障材料的扩散系数与文献值相当。在所研究的合成聚合物材料中，厚度最薄的镀铝 PET 提供了 99.79 ± 0.03% 的氡缓解因子（RMF），扩散系数最低，为 1.20×10^?14 m²s^?1。同样，在

CRediT 作者贡献声明

R. Prajith：初稿撰写、验证、方法论、调查研究、正式分析、数据管理、概念构思。R.P. Rout：审稿与编辑、验证、调查研究、数据管理。R. Mishra：审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、概念构思。Arshad Khan：审稿与编辑、项目管理。B.K. Sapra：审稿与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些因素可能会影响本论文所报告的工作。

R. Prajith|R.P. Rout|R. Mishra|Arshad Khan|B.K. Sapra