《Journal of Environmental Radioactivity》：Experimental investigation of deposition velocity of 222Rn progeny in a walk-in-type calibration chamber at different 222Rn concentrations
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222Rn子体在稳态大气条件下的沉积速度通过DRPS和流量式采样器测定，实验在22.7m3校准室内进行，发现沉积速度与222Rn浓度无关，湍流方向表面沉积速度（0.720±0.007 m/h）是传统值的5.5倍，逆方向为3.8倍，证实湍流显著影响沉积机制，强调摩擦速度参数重要性。
Vijith A P | Rosaline Mishra | Sapra B K | Mayya Y S | Karunakara N
环境放射性高级研究中心（CARER），曼加洛尔大学，Mangalagangothri，曼加洛尔，卡纳塔克邦，574199，印度
摘要
在稳定的大气条件下，使用222Rn子体传感器（DRPS）和流动模式积分采样器，在不同的222Rn气体浓度下测定了222Rn子体的沉积速率。该实验在一个体积为22.7立方米、表面积与体积比为2.1平方米的步入式校准室内进行。222Rn子体在室内表面的沉积是将其从空气中去除的主要机制，从而降低了空气中的浓度，进而减少了吸入剂量。因此，了解沉积速率对于评估吸入剂量非常重要。沉积速率定义为沉积原子通量（原子/平方厘米/秒）与总空气中原子浓度（原子/立方厘米）的比值，它受到多种因素的影响，如颗粒大小分布、大气参数和存在的湍流。本研究评估了湍流对沉积速率的影响，分为两种情况：（i）面对湍流方向的表面；（ii）与湍流方向相反的表面。考虑到测量中的不确定性，无论222Rn气体浓度如何，子体的沉积速率保持不变。面对湍流的表面的沉积速率为0.0200 ± 0.0002厘米/秒（0.720 ± 0.007米/小时），而与湍流方向相反的表面的沉积速率为0.0140 ± 0.0001厘米/秒（0.501 ± 0.004米/小时）。这些值分别是典型室内沉积速率0.132米/小时的5.5倍和3.8倍。数据的统计分析证实了湍流对222Rn子体沉积机制的影响。本研究的结果强调了明确沉积速率与摩擦速度（u?）依赖性的重要性，并指出在报告子体沉积率时需要对该参数进行表征。此外，还强调了在测试设备和推导基于沉积的被动设备的灵敏度因子时考虑这一参数的必要性。
引言
222Rn是一种天然存在的放射性气体，由238U系列的226Ra衰变产生。222Rn及其子体长期以来一直受到科学界的关注，因为它们对人群的吸入剂量有重要影响。222Rn可以在室内空间积聚，并最终衰变成钋、铋和铅的放射性同位素。长期暴露于高浓度的222Rn子体会增加健康风险，尤其是在封闭的室内环境中（Vogiannis和Nikolopoulos，2015；Naomi，2018）。222Rn的子体，特别是218Po和214Po，是α射线发射体，对公众受到的剂量有显著贡献。每种子体同位素都有独特的物理特性，包括半衰期和衰变模式，这些特性影响了它们在环境中的动态行为及其潜在的健康影响（Castleman，1991；Hofmann等人，2012；Das，2021）。
一旦在空气中形成，222Rn子体同位素会与环境中的微量气体和水蒸气相互作用，形成未附着的子体或团簇，这些未附着的子体通常具有约1纳米的中位直径。这些未附着的子体随后会附着在空气中的气溶胶颗粒上，形成附着部分，其平均直径一般在100纳米到200纳米之间（Mostafa等人，2021）。附着速率受环境中气溶胶浓度的影响。由于颗粒性质，未附着和附着的子体在吸入后都会沉积在呼吸道的不同区域。随后，这些沉积的子体会发生放射性衰变，释放出α、β和γ射线。例如，来自214Po的7.69 MeV α粒子会对呼吸组织造成局部较大的α剂量。因此，222Rn子体是自然吸入剂量的主要贡献者。相比之下，由于222Rn处于气态且半衰期相对较长，大部分在吸入后会被呼出，肺部吸收较少（Mostafa等人，2021；Mehra等人，2015）。
222Rn子体在室内表面的沉积是将它们从空气中去除的主要机制，从而降低了空气中的浓度，进而减少了吸入剂量（Prajith等人，2022）。因此，222Rn子体通过表面沉积机制从室内环境中去除的程度影响了居住者所受的辐射剂量。沉积速率是一个关键参数，它描述了空气中的颗粒沉积到表面的速度。因此，了解这一参数对于估算气溶胶在表面上的沉积量至关重要。颗粒大小、空气湍流、表面特性、通风率和环境条件等因素都会影响空气中原子子体的沉积速率（Prajith等人，2022；Porstend?rfer，J.，1994；Guiseppe等人，2011；Skubacz和Wo?oszczuk，2019）。
由于未附着的222Rn子体颗粒直径较小，其沉积速率大约是附着子体的100倍，因为它们的扩散系数更大。Mayya等人（2010）报告称，湍流参数增加十倍会导致未附着子体的沉积速率增加十倍，而附着子体的沉积速率受湍流的影响较小。Mishra等人（2009a）证明，在职业环境中增加空气交换率会导致有效沉积速率的增加，因为未附着颗粒的比例增加。相反，随着气溶胶浓度的增加，附着子体的活性增加，导致有效沉积速率降低，这反映了未附着和附着子体对总沉积速率的贡献（Mishra等人，2009a）。此外，光滑表面的沉积速率通常低于粗糙表面，因为颗粒撞击和拦截较少（Stevanovic等人，2009）。
已有许多研究报道了222Rn子体的沉积特性和沉积速率。Jacobi（1972a）和Porstend?rfer等人（1978）的早期理论工作强调了气溶胶附着、通风和墙面沉积在确定室内暴露水平中的作用。Scott（1983）和Bigu（1985）等实地研究提供了关于有人居住的建筑物和矿山中222Rn子体沉积的数据。Leonard（1996）、Cheng（1997）和Leonard（2004）研究了在高222Rn浓度和湍流条件下封闭室内的沉积增强现象。Morawska和Jamriska（1996）以及Hussein等人（2009）使用222Rn室研究了表面特性、通风和湍流强度对颗粒沉积的影响。Mishra等人（2009a）和Prajith等人（2022）在受控和自然室内环境中测量了不同表面方向、通风率、气溶胶浓度和湿度条件下的沉积速率，结果与理论值吻合良好。
尽管有许多研究调查了222Rn子体的沉积速率，但其对环境参数、湍流和222Rn浓度的依赖性仅在少数情况下得到探讨。特别是关于气流方向和局部湍流如何影响不同表面沉积的实验数据尚缺乏。这类研究对室内环境具有直接相关性，因为在室内环境中，由通风系统、吊扇和人员移动形成的气流模式强烈影响子体的附着和沉积。因此，量化局部湍流条件下的222Rn子体沉积机制至关重要，此类研究生成的数据库为完善剂量系数提供了宝贵的输入，从而提高暴露和风险评估的准确性。
在本研究中，222Rn子体的沉积速率是通过沉积原子通量（原子/平方厘米/秒）与总空气中原子浓度（原子/立方厘米）的比值来实验确定的（Mishra等人，2009a）。实验在222Rn浓度、湿度和温度稳定的条件下进行，使用的是一个体积为22.7立方米、表面积与体积比为2.1平方米的步入式校准室。使用如此大的实验室比小实验室更有利于子体研究，因为子体原子容易在实验室墙壁上快速附着和沉积，可能导致小实验室中子体分布不均匀。本研究评估了湍流对222Rn子体沉积速率的影响，分为两种实验条件：（i）面对湍流方向的表面；（ii）与湍流方向相反的表面。
章节摘录
在室内实现、维持和测量所需的222Rn浓度
实验在曼加洛尔大学环境放射性高级研究中心（CARER）的步入式222Rn校准室设施内建立的稳定实验室条件下进行。该设施体积为22.7立方米，配备了先进设备，可以生成特定环境条件并持续很长时间。温度范围为5°C至50°C，相对湿度范围为30%至95%
室内维持的222Rn浓度和环境条件
实验在三种不同的222Rn气体浓度下进行，以确定步入式校准室内222Rn子体的沉积速率。表1详细列出了每次实验所达到的222Rn浓度及维持的环境参数。表1中报告的时间平均222Rn浓度是通过AlphaGuard在整个48小时暴露期间记录的所有读数平均值获得的
结论
本研究提供了关于在体积为22.7立方米的步入式校准室内，不同222Rn气体浓度下222Rn子体沉积速率的宝贵见解。无论222Rn气体浓度（低、中、高）如何，室内观察到的子体沉积速率都是一致的。面对湍流的表面的沉积速率为0.0200 ± 0.0002厘米/秒（0.720 ± 0.007米/小时），而
CRediT作者贡献声明
Vijith A P：撰写——初稿、可视化、验证、资源、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Rosaline Mishra：撰写——审阅与编辑、验证、方法论、正式分析。Sapra B K：撰写——审阅与编辑、验证。Mayya Y S：撰写——审阅与编辑、验证、方法论。Karunakara N：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源、方法论、调查、正式分析、数据管理
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：不适用。
致谢
作者感谢印度孟买的Bhabha原子研究中心（BARC）提供了本研究中使用的一些测量设备。其中一位作者（Vijith AP）感谢曼加洛尔大学环境放射性高级研究中心（CARER）提供研究奖学金以完成这项研究。
