《Journal of Environmental Radioactivity》：Laboratory investigation of the relationship between soil surface radon exhalation rate and temperature under high-humidity stable conditions
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氡排放率受土壤表面温度显著影响，实验室模拟显示降温阶段（30-15.5°C）与升温阶段（11.3-24.4°C）均呈现负相关，温度越低排放率越高。该研究通过控制湿度与封闭式测量系统，揭示了低温促进氡释放的机制，为环境监测提供新依据。
陈曦祖|易海波|范中凯|谢若梅|徐宏波|杨新月|罗世成|毛先发|肖峰|袁宏志|谭彦良
湖南衡阳师范学院物理与电子工程学院，中国湖南省衡阳市421008
摘要
土壤中的氡是室内氡的主要来源，其表面释放速率受多种环境因素控制，其中温度起着关键作用。本研究旨在探讨在受控实验室条件下土壤表面温度对氡释放的影响。使用土壤模拟装置对积累室内的氡浓度进行连续测量。在达到浓度平衡之前，通过将物理释放模型拟合到时间浓度数据上来获得氡的释放速率。达到平衡后，利用实时氡浓度模型计算温度依赖的氡释放速率。实验分为两个阶段：冷却阶段和加热阶段。在冷却阶段，温度从30°C降至15.5°C，温度与氡释放速率之间的皮尔逊相关系数为-0.667；在加热阶段，温度从11.3°C升至24.4°C，相关系数为-0.955。结果表明土壤表面温度与氡释放速率之间存在显著的负相关关系。总体而言，该研究证明了较低的土壤表面温度会增强氡的释放，为土壤氡行为的温度依赖性提供了更明确的证据，并对氡风险评估和环境监测具有实际意义。
引言
氡（222Rn）是一种天然存在的放射性气体，无色、无味、无臭。它是由放射性同位素22?Ra持续衰变产生的（Wells, 1990）。氡暴露占人体接受的总电离辐射剂量的半以上（联合国原子辐射效应科学委员会，1996年）。根据世界卫生组织的数据，氡是仅次于吸烟的第二大肺癌致病因素，长期吸入氡会导致约8-25%的肺癌死亡病例（世界卫生组织，2009年）。
土壤中的氡浓度通常较高。室内氡主要来源于土壤和供水系统，通过土壤进入室内的氡量通常远大于通过水进入的氡量（Duggal等人，2014年）。氡从多孔介质迁移到大气中的过程称为氡释放，氡释放速率常用于量化多孔材料向环境中释放氡的能力（Ye等人，2019年；Nazaroff，1992年）。
影响氡从土壤扩散到空气中的因素包括：（1）土壤和岩石中的铀和镭浓度；（2）地面的辐射强度；（3）土壤或岩石的孔隙率；（4）界面之间的压力梯度；（5）土壤含水量和水分饱和度；（6）其他环境变量（附件和联合国原子辐射效应科学委员会，2000年；Mahmood等人，2014年；Zhang等人，2019年）。最近的研究还强调了微观土壤结构和孔隙连通性在调节氡传输行为中的重要性（Kemski等人，2001年；Tanner，1978年）。
温度也是影响氡释放的关键因素，因为它影响扩散系数、辐射效率和土壤气体的运动（Seyis等人，2022年）。先前的研究关于温度与氡释放速率之间的关系得出了不一致的结果。Stranden等人观察到土壤温度与氡释放速率之间存在弱正相关（Stranden等人，1984年）。相比之下，Yang等人发现氡释放速率与空气温度之间的相关系数仅为-0.04，表明两者关系几乎可以忽略不计（Yang等人，2017年）。Ashok等人报告称氡释放速率与环境温度之间存在负相关（Ashok等人，2011年）。在不同地质环境中进行的实地研究中也观察到了类似的不一致现象，一些测量结果显示温度升高时释放速率增加，而其他研究则显示释放速率下降或无显著趋势（Arvela等人，2016年；Xie等人，2015年；Papastefanou，2007年）。这些差异很大程度上可归因于自然环境条件的复杂性，包括昼夜温度波动、土壤湿度变化、气压变化以及土壤结构的异质性（Porstend?rfer，1994年；?elikovi?等人，2022年）。
本研究旨在探讨在受控实验室条件下土壤表面温度对氡释放速率的影响。使用土壤模拟装置在不同环境温度下连续测量氡的释放速率。通过空调系统调节土壤表面温度，并在测量室内放置一杯水以保持高且稳定的湿度。使用温湿度计记录土壤表面的温度和湿度，从而详细分析土壤表面温度对氡释放的影响。本研究中的所有氡释放测量均使用放置在土壤表面的封闭积累室进行。因此，测得的释放速率代表的是基于表面的氡通量，而非体积释放速率。
材料与方法
实验前，RAD7仪器在南华大学的标准氡参考室进行了校准（Qiu等人，1992年；Li等人，2006年）。为保持长期准确性和测量稳定性，该仪器每两年进行一次常规校准。参考室内的氡浓度由AlphaGUARD PQ2000 PRO连续监测，该设备每年由中国国家计量院按照国家计量标准进行校准
结果与讨论
进行了两组实验：加热实验和冷却实验。在冷却实验中，使用闭环测量系统在26°C的环境温度下测量土壤氡的释放速率。连续测量时间为3小时。RAD7的测量周期为10分钟，即每10分钟记录一个浓度数据点。测量结果总结在表2中。
结论
利用设计的土壤模拟装置和积累室，在稳定高湿度的受控实验室条件下研究了温度对土壤表面氡释放速率的影响。通过空调系统调节温度。在高湿度条件下进行了两项实验：冷却实验和加热实验。在冷却实验中，平均氡释放速率从31 mBq m?2 s?1增加到
作者贡献声明
陈曦祖：撰写——原始草稿，方法论设计。易海波：验证。范中凯：验证。谢若梅：验证。徐宏波：监督，数据管理。杨新月：项目管理。罗世成：项目管理。毛先发：项目管理。肖峰：监督，数据管理。袁宏志：监督，数据管理。谭彦良：方法论设计，概念构思。
资助
本工作得到了湖南省研究生科学研究创新项目（项目编号：CX20221289）、湖南省研究生科学研究创新项目（项目编号：CX20231259）和湖南省自然科学基金（项目编号：2023JJ50091）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
