试论地下建筑内部环境天然辐射强度监测论文_裘刚

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摘要:结合地下建筑内部环境天然辐射强度监测需求,本文以5栋建筑为研究对象,完成了建筑地上和地下室内环境天然辐射强度监测。从监测结果来看,地下环境相较于地上天然辐射强度较低,氡浓度年剂量平均为58.4Bq/m3,总体上γ辐射、X射线等放射性元素年剂量不超过0.49mSv,能够保证人员活动安全。

关键词:地下建筑;天然辐射;环境监测

引言:在有限的城市空间中,地下建筑得到了大量建设。而相较于地上建筑,人们对地下建筑的环境问题给予了更多关注,要求建筑天然辐射强度能够保证人员身体健康。因此,还应加强地下建筑内部环境天然辐射强度监测研究,确保城市地下空间得到科学利用。

1地下建筑内部环境天然辐射强度监测需求

在建筑内部,除了包含甲醛等化学性污染和细菌等生物性污染,同时也包含天然放射性污染,即所谓的天然辐射。而天然辐射的存在,将给人体带来致癌危害。相较于地上建筑,地下建筑内部环境中包含多个天然核素析出源头,如建筑材料、地基、地下土壤等,会产生γ射线、X射线、氡气等各种天然核素,而环境的通风、温度等因素及人类活动都会给环境天然辐射强度带来影响[1]。但就目前来看,地下建筑常常被当成是军用训练场所、民用工业仓库等多用途空间,如果建筑内部环境中的天然辐射强度过高,可能给人体带来危害,因此还应加强环境天然辐射强度监测,以便结合监测结果为地下建筑内部空间的使用提供科学指导,保证人员身体健康。

2地下建筑内部环境天然辐射强度监测方法

2.1监测对象与内容

在天然辐射强度监测上,可以拥有地下结构的5栋建筑的地下层、地上一层建筑内部环境为监测对象,地下层结构包含地下洞窟、地下隧道和地下室。根据国家颁布的《辐射环境监测技术规范》等规范要求,需要对建筑内部环境中的γ辐射、α辐射、β辐射、氡元素和X射线进行监测。其中,氡浓度的监测需要得到额外重视,因为按照《民用建筑工程室内环境污染控制规范》等各项规定要求,环境内氡浓度年平均值应不超出200Bq/m3。为此,需要对不同建筑的地下层内部环境进行监测,掌握建筑内部天然辐射变化规律和影响效应,实现环境的科学评价。根据监测得到的环境天然辐射剂量,可以完成地下建筑内部环境中天然环境年剂量的估算,即按照式(1)确定年剂量总值H,式中Emax指的是环境中天然辐射最大值,t指的是全年照射时间。按照《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定,公众年剂量不应超出1mSv/a,以免给人体健康带来损伤。

  

2.2监测方法与原理

实际进行环境天然辐射监测,可以采用美国Medcom公司生产的多功能辐射测量仪对除氡元素以外的各种辐射和X射线剂量率进行监测,确定各种辐射的脉冲计数值。采用该设备,利用入射粒子和闪烁体间相互作用,然后对闪烁体因吸收能量而发射出的光子数进行检测,可以确定所测剂量率的大小。设备的量程在0-1100μSv/hr之间,精度能够达到0.001Sv/hr。在氡元素监测上,可以采用美国DURRIDGE公司生产的RAD7测氡仪,能够实现氡气的连续监测,量程在3.7-740000Bq/m3之间,测量结果不确定度为10%,具有较高准确性。采用设备进行氡气监测,能够通过抽气形式进行连续取样检测。抽吸的空气经过过滤器后能够对空气中氡元素衰变的产物进行过滤,确保最终进入探测器的气体均为氡气,因此能够实现氡气浓度监测。结合监测需求,需要在建筑内部空间中央位置进行测量点布置,利用支架对仪器进行固定,使仪器距离地面保持1.5m距离,避免受人为活动干扰。针对大空间,需要进行多个测量点布设,每个测量点完成三次测量,最终取平均值作为内部环境天然辐射强度监测结果。监测时间为期3个月,在夏季7-9月进行,需要在早、中、晚三个时段进行测量。采用累计剂量测量法,能够完成测量平均值的求取,加强建筑地下内部环境与地上建筑内部环境的辐射强度对比。采用SPSS软件,能够完成监测数据的统计分析,得到最终监测结果。

2.3监测结果与分析

从氡浓度监测结果来看,5栋建筑地下建筑内部环境氡浓度年剂量平均能够达到58.4Bq/m3,地上建筑一层室内环境氡浓度年剂量平均能够达到63.8Bq/m3,二者差值不大,均能达到规定要求。如表1所示,为总体天然辐射强度监测结果。从得到的9组数据来看,5栋建筑地下内部环境的天然辐射均低于地上建筑室内环境。针对4#建筑和5#建筑,列出了早、中、晚不同时段的监测结果。相比较而言,白天时段辐射较弱,并且地上和地下辐射强度较为接近。出现这一情况,主要是由于白天建筑地上室内属于半开放空间,相较于地下空间开展的人员活动更加频繁,使得建筑室内空气交换得到了加强,而环境中的天然核素则发生了快速变化。夜间地下空间的天然辐射强度相对较低,主要是由于地下温度较低,天然放射性核素活性不高。对建筑天然辐射年剂量进行分析,天然辐射最大值取0.206μSv/h。在全年照射时间计算时,按照人员每天8h,全年工作300d进行计算,可以得到地下建筑内部环境天然辐射年剂量为0.49mSv,能够满足建筑使用管理要求,保证人员活动安全。但在极限条件下,人员每天活动时间达到24h,全年按照工作365d进行计算,地下建筑内部环境天然辐射年剂量将达到1.81mSv,明显超出规定要求。针对这一情况,还应加强地下空间活动时间管控,同时加强地下空间通风,避免人体健康受到危害。

表1 天然辐射强度监测结果

从地下环境天然辐射监测结果来看,出现这种情况,主要是由于在现代建筑施工建设中,采用坚实的钢筋混凝土结构使建筑核素析出率得到了有效降低。而相较于建筑地上,建筑地下辐射明显较少,主要与地下建筑采用的装饰建材较少有关。分析建筑环境天然辐射来源可知,主要来源于周围物体、地基土壤和宇宙射线[2]。在建筑内部环境辐射影响上,宇宙射线受海拔高度、维度和建筑物屏蔽等因素影响,所以地上和地下差距不大。在地基土壤影响方面,主要受花岗岩圈和玄武岩圈释放的天然放射性元素影响。伴随着建筑施工技术的发展和新材料的产生,地下建筑地面密实性得到了大大提高,以至于土壤和地基中析出的天然核素得到了有效降低。在周围物体辐射方面,相较于地下建筑,地上建筑内部空间分布的物体较多,受周围物体影响较大[3]。而地下空间为保证人员流通顺畅,则多未进行装修或只完成了简单装修,分布的物体较少,造成地上环境比地下环境辐射强度更大。

结论:综上所述,从建筑地下内部环境天然辐射强度监测结果来看,受建筑施工材料使用、人为活动、环境温度等各种因素的影响,相较于地上部分,地下环境天然辐射强度较低,人员开展正常活动不会受到健康威胁。而在实际进行地下建筑使用时,还应注意加强工作时长控制,同时加强环境通风,以免使环境出现天然辐射强度超标的问题,继而使人员健康得到保证。

参考文献:

[1]胡文举,董瑞芬,刘琴.分时分区毛细管辐射供暖模式下农村建筑室内热环境与能耗研究[J].区域供热,2019(03):16-21+60.

[2]康青,周冲,沈志强,等.高层建筑内廊环境天然辐射随楼层变化规律监测研究[J].四川环境,2018,37(04):116-119.

[3]李欣,张青涛.建筑设计中功能性与舒适性的统一——以四川省核与辐射环境安全监控应急中心为例[J].产业与科技论坛,2016,15(10):77-78

论文作者:裘刚

论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期

论文发表时间:2019/8/14

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