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人体呼吸道氡(气土)子体沉积的模拟测量方法研究

李德红  
【摘要】: 【背景·目的】氡对人类的健康影响是当前国内外公共卫生领域的热点问题和重点研究课题。正确估算氡的内照射剂量是准确评价其对人类健康影响的关键。通常的物理剂量学评价方法具有很大不确定度,现有相对准确的方法因测量设备复杂和价格昂贵等原因使得难以推广应用。为了更加准确地估算氡暴露所致人体内照射剂量,本研究的主要目的是实现人体呼吸道上氡子体沉积量的准确模拟测量、开发出可用于大规模现场调查的相应装置,并初步掌握通常生活环境中氡子体在人体呼吸道不同区域上的沉积份额。 【研究方法】按本研究的核心内容,主要方法分为以下三项:1)基于气溶胶粒子在筛网和人体呼吸道上的沉积原理相同,采用筛网来模拟人体呼吸道。从筛网采集气溶胶理论出发,结合室内外和矿山环境中气溶胶粒径分布的典型参数,选用不同筛网组合和采样流速来分别模拟相应环境中气溶胶在人体呼吸道的胸外区(ET区)和支气管-细支气管区(TB区)的沉积。通过对模拟计算结果与肺模型软件的计算结果比较,同时考虑环境中气溶胶粒径分布同典型值之间可能存在的偏差,对模拟用筛网组合和采样流速进行最优化。2)利用固体核径迹探测技术,通过对探测器的辐射特性和~(222)Rn/~(220)Rn子体甄别的实验研究,优化设计出一种小型的~(222)Rn/~(220)Rn子体浓度的累积测量装置;基于前项的模拟研究结果,设计出一套可与本~(222)Rn/~(220)Rn子体浓度测量装置有机联合、并能模拟人体呼吸道的采样头,以实现~(222)Rn/~(220)Rn子体在人体呼吸道沉积的模拟测量;在环境条件可控的氡室和通常环境中开展比对或验证实验,对该装置的主要性能进行评价。3)使用自主研发的装置对室内外环境进行实地测量,总结出室内外环境中~(222)Rn/~(220)Rn子体在人体呼吸道不同区域沉积份额的典型值。 【研究结果】本研究的主要结果是:1)对于室内外环境和矿山环境,皆可采用200目筛网来模拟人体ET区、4层635目筛网来模拟人体TB区;室内外和矿山环境的最优化采样流速分别为0.11 m·s~(-1)和0.12 m·s~(-1);采用该筛网组合和采样流速对典型室内外环境模拟的计算结果与肺模型软件计算人体ET区和TB区沉积的结果的相对偏差均小于1.5%。2)在氡室和通常环境中的比对或验证实验表明,该装置测量给出~(222)Rn/~(220)Rn子体浓度的误差在15%以内,模拟测出~(222)Rn/~(220)Rn子体在人体呼吸道ET区和TB区的沉积份额与理论计算结果的偏差在±22%以内,偏差大小与环境中~(222)Rn/~(220)Rn子体浓度和粒径分布波动的相关性不明显。3)现场环境测量表明:办公室内~(222)Rn子体在人体ET区和TB区沉积份额典型值分别为5.15%和5.61%;宿舍内~(222)Rn子体在人体ET区和TB区沉积份额典型值分别为5.41%和5.45%;室外~(222)Rn子体在ET区和TB区沉积份额典型值为6.70%和4.24%;在室内外环境,~(220)Rn子体在人体ET区和TB区沉积份额与~(222)Rn子体的没有明显差异。 【结论】本研究用筛网组合完好地模拟了气溶胶粒子在人体呼吸道上的沉积。所研发的模拟测量装置在约20%的误差允许范围内可以准确评价出~(222)Rn/~(220)Rn子体在人体呼吸道上的沉积份额和单位时间内的沉积量。利用该装置的测量结果可直接且较为准确地评价氡暴露所致人体内照射剂量。该装置小型轻便且测量成本低,为大范围开展不同环境中氡暴露剂量的准确评价提供了便利可靠的直接测量手段。


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