摘要

氡在環境中普遍存在，在地球上的大多數地方都有可比性，但在某些地方，氡的濃度差異很大。這種異常高的數量通常歸因於人類活動，如采礦。即使是相對高效的采礦作業，高濃度的氡也會釋放到空氣和水中，造成環境汙染，對附近社區的健康構成威脅。因為氡是鈾的子元素(²³⁸U)，通常在鈾礦體附近發現較高的濃度。這種鈾是南非豪登省金礦區內最受關注的汙染物。在這項研究中，使用AlphaGuard氡專業監測器在南非Gauteng省一個金礦礦區的礦井住宅中進行了室內氡氣測量。在一個地質上與采礦環境相似的控製區也進行了氡測量。結果表明，該地區礦井民居室內氡活性濃度在1.0 ~ 472.0 Bq/ m之間^3.相比之下，0.1至35.0 Bq/m^3.從控製區。與活性濃度對應的年有效劑量在0.03-11.89 mSv之間，平均值為3.01 mSv。與對照區計算的結果相比，這個平均值更高。氡年有效劑量的平均值也高於世界各地公布的正常地區的平均值，這表明該地區的居民存在潛在的健康問題。

關鍵字

健康風險;室內氡;年度有效劑量;礦區;AlphaGUARD氡專業監測器

簡介

采礦通過向環境中產生大量廢物，造成了一係列環境和人類健康災難。我們生活的全球環境中含有少量來自原始源和宇宙源的天然射電核素。這是大約45億年前形成地球的物質的結果。它含有許多不穩定的核素，當它們衰變時，繼續使人類暴露在放射性中。在地球上的大多數地方，天然放射性水平是相當的，但在一些地方，其差異很大。這種異常高的數量通常歸因於人類活動，如采礦。即使是相對高效的采礦作業，高濃度的天然放射性核素也會被釋放到空氣和水中，給附近社區造成環境汙染[3]。

在南非豪登省的采礦業中，黃金是從岩石中提取出來的，留下大量的廢料，這些廢料通常含有長期存在的自然放射性元素，如鈾。²³⁸U)、鉀(40K)及釷(²³²Th)。²³⁸鈾衰變成許多子產物，在鏈中產生放射性氣體氡(²²²Rn)[4]。當氡被吸入時，它的放射性粒子壽命很短，會增加患肺癌的風險。有些放射性粒子會在體內釋放阿爾法輻射，從而對肺細胞造成潛在損傷。氡被列為已知的人類致癌物，並被認為是世界上嚴重的健康問題。據報道，它是繼吸煙之後導致肺癌的第二大原因。因此，這項研究的目的是確定礦井周圍民居的室內氡濃度。

研究區

該礦區位於南非豪登省，靠近卡爾頓維爾鎮，位於約翰內斯堡西南約70公裏處。它位於26°18′- 26°26′和27°23′- 27°31′經度之間。該地區的黃金勘探可追溯到1898年，采礦始於1945年至今。麵積約86公裏²位於Wonderfonteinspruit彙水區(WCA)的中下部，該彙水區是世界上最大的黃金和鈾礦開采盆地，占地1600公裏²[7]。

礦坑位於礦區內，礦區有幾個豎井係統、堆積場和尾礦，這些都是在礦山的整個運行曆史中積累起來的。此外，該礦擁有選礦設施，可對含金礦石進行選礦。該地區地勢相對平坦，植被以草原為主。氣候溫和，夏季平均氣溫24℃，冬季平均氣溫13℃。年降雨量約750毫米。該研究區域的工人人口約為14000桶/桶。在礦區內也有一些非正式定居點。選擇南非西北省的Moshawane村作為對照區，因為它在地質上與研究區相似。它靠近省會麻地坑，位於南緯25°47—25°48和東經25°37—25°38之間。

材料和方法

氡- 222測量

用Alpha Guard專業氡監測器測量室內空氣中的氡-222氣體活性。這是一種便攜式設備，設計用於瞬時和連續測量氡氣活度[10]。對兩個礦村的室內空氣中氡-222濃度進行了夜間測量。測量是在距地麵1米高的6個房屋(3個東村和3個西村)的礦區居民點上進行的，如圖[11]所示。在控製區的2所房屋中也測定了空氣中類似的氡-222氣體活性。然後用這些結果來估計吸入氡氣體造成的年有效劑量。

ALphaGuard專業氡監測器

氡- 222 (²²²Rn)是一種稀有氣體，由226Ra的放射性衰變產生。它大量存在於富含鈾的土壤和岩石中，很容易逸入周圍的水中或空氣中。最常見的暴露途徑是通過地下土壤氣體進入建築物。當²²²Rn衰變時，會產生一係列短命的子放射性同位素[12]。由於它在化學上是惰性的，大部分被吸入²²²Rn被迅速呼出，而它的子粒子可能沉積在肺部的氣道中。它的兩個女兒，²¹⁸Po和214Po發射α粒子[13]。當這種情況發生在肺部時，輻射會破壞氣管內壁的細胞，有可能導致癌症。氡產物的核衰變也以β粒子和高能光子的形式釋放能量，但與α粒子[13]的影響相比，這些輻射產生的生物損害被認為是微不足道的。

ALphaGuard專業氡監測器是一種測量設備²²²Rn[10]。它利用電離原理對環境中的氡進行測量。這種探測器的工作原理是，當輻射通過空氣或充滿氣體的空間時，分子發生電離。圖1顯示了氡監測器的原理圖。本設備用於瞬時或連續測量氡(²²²Rn)氣體的活動。空氣，水和土壤呼出量測量是使用大量的附件和外部探頭進行的。德國一家名為生殖器儀器公司的公司提供了該儀器[10]。

圖1:商用ALphaGuard專業氡監測器[14]的原理圖

該設備的有效體積為0.56 dm^3.所述腔殼保持在+ 750v(陽極)電位下。通過擴散，氡通過玻璃纖維過濾器流入電離室，防止氡子體從周圍空氣進入電離室。氡子代產生的α粒子是電離室中使空氣電離的粒子。當在充滿空氣的兩個區域之間施加高壓時，正離子將被吸引到檢測器(陰極)，而自由電子將被吸引到正極(陽極)。這些由陽極和陰極收集的電荷將沿著導線形成一個非常小的電流，當它流向探測器[14]。通過在陰極和陽極的導線之間放置一個非常靈敏的電流測量裝置，然後測量和顯示小電流信號。進入腔室的氡越多，儀器顯示的電流就越大。然後Data EXPERT軟件進行數據分析和存儲[10]。

吸入氡的年有效劑量

根據測量結果計算了吸入室內氡的年有效劑量(Einh)。計算是使用UNSCEAR[15]建議的表達式確定的:

E_Rn(mSv.y^－1) =貼現_RnF_Rn一個_RnT_經驗值×10⁶(1）

在那裏;

E_Rn=經吸入氡的年有效劑量，

貼現_Rn=氡經吸入的劑量轉換因子(假設為9 nSv/Bqhm-3) [15]，

F_Rn=氡及其子代室內平衡因子(設0.4)[15]，

一個_Rn= Bqm-3中氡活性濃度，和

T_經驗值=該濃度的暴露時間(假設一年7000小時)[15]。

結果與討論

表1記錄了從選定的礦井住所和對照地區在24小時內夜間采集的室內氡活動濃度的測量結果。該表還顯示了公眾所接觸到的相應年有效劑量的計算值。根據[16]，國際室內氡限值為200 Bq/m^3.．表1結果表明，礦區室內氡平均活性濃度為119.6 Bq/m^3.，遠高於19.7 Bq/m^3.從控製區。這是因為氡-222的祖輩238U在該地區具有較高的活性濃度。雖然礦井民居的平均值低於國際限值，但一些民居的某些值較高。礦區室內氡活性濃度為1.0 ~ 472.0 Bq/ m^3.相比之下，0.1至35.0 Bq/m^3.從控製區。用公式1計算與活性濃度對應的氡吸入的年有效劑量，結果如表1所示。年有效劑量範圍為0.03- 11.89毫西沃特，平均值為3.01毫西沃特。這些劑量值高於對照地區的估計結果，其範圍為0.00- 0.88毫西沃特，平均為0.5毫西沃特。該結果也明顯高於世界各地公布的正常地區的結果。根據[15]，吸入氡及其衰變產物的平均年有效劑量為1.26毫西沃特。

位置	源	參數	室內氡活性濃度(Bq/m3.）	年平均有效劑量(mSv)
控製區域	住宅1	範圍內的平均	2.5 - -22.5 12.1	0.06 - -0.57 0.30
	住2	範圍內的平均	0.1 - -35.0 27.3	0.00 - -0.88 0.69
總體控製區域		範圍內的平均	0.1 - 35.0 19.7	0.00 - -0.88 0.50
礦區	西村一號住宅	範圍內的平均	23.1 - -194.0 77.6	0.58 - -4.89 1.96
	西村二號住宅	範圍內的平均	3.3 - -177.9 56.6	0.08 - -4.48 1.43
	西村三號住宅	範圍內的平均	24.7 - -345.8 120.3	0.62 - -8.71 3.03
	東村一號住宅	範圍內的平均	34.2 - -472.0 256.5	0.86 - -11.89 6.46
	東村二號住宅	範圍內的平均	1.0 - -91.5 28.5	0.03 - -2.31 0.72
	東村三號住宅	範圍內的平均	12.0 - -386.4 178.2	0.3 - -9.74 4.49
整個礦區		範圍內的平均	1.0 - -472.0 119.5	0.03 - -11.89 3.01

表1:從選定的礦井和控製區測量室內氡的活性濃度和相應的吸入有效劑量

對采礦區和控製區之間的測量進行了簡單的統計分析，以檢查這兩個地區之間是否有任何統計差異。表2的結果顯示，礦區與控製區氡濃度存在顯著差異。

	控製區域	礦區
的意思是	19.7	119.6
標準錯誤	7.6	34.7
中位數	19.7	99.0
標準偏差	10.7	85.1
樣本方差	115.5	7241.7
峰度	N/A	-0.2
偏態	N/A	0.8
最低	12.1	28.5
最大	27.3	256.5
總和	39.4	717.7
觀察	2	6
假設平均差	0
df	5
t統計	-2.81
P (T < = T)一個反麵	0.02
t至關重要的一個反麵	2.02
P (T < = T)雙尾	0.04
t關鍵雙尾	2.57

表2:礦區與控製區實測數據的統計分析

從礦區和控製區進行的室內氡測量結果也顯示，氡水平在清晨達到最大值，在中午達到最小值。圖2說明了這一點，其中記錄了一個礦井住宅(東村1號住宅)的室內氡活動濃度的波動。[4]也支持這一點，它指出空氣中的氡濃度每天和季節性變化。濃度在夏末達到最大值，在冬季達到最小值。住宅內氡的可獲得性還取決於(i)土壤中氡的濃度(ii)土壤氣體的提取率和(iii)提取所需的壓差，除其他因素外[4]。在住宅內，空氣交換率低可導致氡及其衰變產物積聚到比通常在室外觀察到的水平高得多的水平。

圖2:室內氡濃度Bq/m的變化^3.與2015年5月13日測量的礦區東村1號住宅的白天時間

結論

研究表明，礦井民居室內氡的活性濃度在1.0 ~ 472.0 Bq/m之間^3.，相比之下，0.1至35.0 Bq/m的範圍^3.從控製區。與活性濃度對應的年有效劑量範圍為0.03-11.89 mSv，平均值為3.01 mSv。這一平均值高於對照地區的計算結果和世界各地正常地區公布的數值。根據[15]，吸入氡及其衰變產物的平均年有效劑量為1.26毫西沃特。這一來自礦區的平均值對生活在該礦區的居民具有輻射意義。

確認

作者非常感謝應用輻射科學與技術中心(CARST)提供的測量設備，以及金礦的管理和工作人員的合作和接受在他們的場地內進行這項研究。

參考文獻

1. Lee EM, Menezes G, Flinch EC(2004)愛爾蘭共和國建築材料中的天然放射性。衛生物理86:378-388。［Ref。］
2. Esposito M, Poli P, Bartolomei P, Benzi V, Martellini M，等(2002)南斯拉夫環境樣品中自然和人為放射性的調查。環境無線電61:271-282。［Ref。］
3. Olawuyi A, Mudashir R(2013)尼日利亞讚法拉州安卡地方政府地區Abara和Tungar社區采礦對環境和健康的影響。
4. 聯合國原子輻射影響科學委員會(1982年)《電離輻射:來源和生物影響》。向聯合國大會提交的報告，附附件。［Ref。］
5. 美國環保局(2003年)評估家庭中氡的風險。美國環境保護局輻射和室內空氣辦公室，華盛頓特區20460。［Ref。］
6. 電離輻射的生物效應(1999年)第六期報告:"接觸室內氡對健康的影響"。國家科學學會，國家科學學會出版社，華盛頓特區。
7. Winde F, Stoch EJ(2010)西蘭德和遠西蘭德(南非)白雲岩金礦區關閉後開發的威脅和機遇——水力觀點。第三部分:規劃與不確定性-曆史教訓[Ref。］
8. 泰森PD，威爾考克斯JRN(1971)約翰內斯堡的降水變化-約翰內斯堡的當地氣候。金山大學地理與環境研究係，約翰內斯堡。
9. SGL (Sibanye Gold Limited) (2012) Driefontein Gold Mine的重要資產勝任人報告。
10. AlphaGUARD(2007)專業氡測量中的參考。Genitron GhBH工具。德國。［Ref。］
11. Stegnar P, Burkitbaev M, Tolongutov B, Yunusov M, Kist A，等。(2013)中亞前鈾礦gamma和氡劑量率的輻射影響評估。環境放射性雜誌123:3-13。［Ref。］
12. Lawrence CE, Akber RA, Bollhofer A, Martin P(2009)幹濕熱帶地區鈾礦及其周圍露天空地氡-222呼出。J圍住Radioact.100:1-8。［Ref。］
13. 美國環保局(2009)放射性平衡。［Ref。］
14. 愛達荷州立大學(2011)輻射信息網絡。健康物理計劃，美國。［Ref。］
15. 聯合國原子輻射影響科學委員會(2000年)《電離輻射的源、效應和風險》，聯合國提交大會的報告，附附件，美國紐約。［Ref。］
16. 國際放射防護委員會(2008)ICRP第103版。國際放射防護委員會的建議，ICRP年鑒，37:2-4。

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條信息

文章類型:研究文章

引用:Kamunda C, maththuthu M, Madhuku M(2017)利用AlphaGUARD氡專業監測器測定南非Gauteng省礦井住宅中的氡。環境毒理學研究1(1)doi http://dx.doi.org/10.16966/2576-6430.107

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出版的曆史:

收到日期:2017年10月19日

接受日期:2017年11月24日

發表日期:2017年11月29日