居室氡的遷移特征和數值模擬第一頁，共十五頁，2022年，8月28日

居室氡的遷移特征和數值模擬

ThetransportationcharacteristicandnumericalsimulationofRadonindoor

理論意義和應用價值研究動態和發展趨勢研究內容和關鍵問題研究方法和技術路線預期目標和技術創新論文工作計劃第二頁，共十五頁，2022年，8月28日理論意義和應用價值(一)氡是一種在自然界普遍存在的天然放射性氣體，它對人體的危害已受到普遍重視。人體吸入的氡子體沉積在呼吸道內，主要對支氣管上皮產生輻射劑量，同時氡子體的危害還在于吸入氡后使肺部組織受到照射，增加肺癌的危險性。美國估計每年約有萬例肺癌患者是與室內氡暴露有關，室內氡子體引起的肺癌占肺癌總發病率的10%左右。氡氣測量在環境工作中的應用起步雖較晚，卻倍受重視，環境氡氣測量尤其是建材氡氣測量已經成為當今一項新的注意點，這是因為氡對人體危害嚴重．十幾年前，美國環保局（ＥＰＡ）在《ＮＡＴＵＲＥ》雜志上公開指出：氡是關系到公共健康的大眾問題：氡氣作為自然放射物存在于土壤、磚、水泥、花崗巖等主要的建筑裝修材料中，被認為是僅次于吸煙的第二大致癌因素，世界衛生組織已將氡列為使人致癌的１９種最主要的物質之一。第三頁，共十五頁，2022年，8月28日理論意義和應用價值(二)土壤中氡濃度平均比地面上空氣高1000倍，高濃度土壤氡一般以擴散與對流方式尤其是對流遷移方式通過水泥的縫隙和裂隙向室內遷移。一般地基堅固密封的房屋，土壤氡進人室內的速率比較低，當地板有裂縫而且土壤中天然放射性活度高時，土壤氡進入室內的速率則高。為了研究土壤氡與室內氡的關系，必須研究土壤氡的析出率和建筑物所處的地質環境。土壤中鈾、鐳含量高，若氡的析出率不大則土壤氡對室內氡的貢獻也不會大;建筑物場地裂隙發育，有利于氡的遷移，研究表明位于構造帶上的建筑物室內氡濃度比位于非構造帶地區的室內氡高。隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提高，對室內空氣環境質量有了更高的要求。自上世紀九十年代以來，國家相繼制定和頒布了一系列有關氡的控制標準，如1995年我國頒布了《住房內氡濃度控制標準》(GB/T16146-1995)、1996年頒布了《地下建筑氡及其子體控制標準》(GB16356-1996)等中都對氡規定了明確的控制標準。因此，研究氡氣的傳輸過程對室內降氡、防氡，具有重要的意義。第四頁，共十五頁，2022年，8月28日研究動態和發展趨勢(一)對于氡的遷移機制及室內氡對人體危害的研究，前人已經做了很多工作,如：自1546年“斯尼伯格礦山病”(肺癌)第一份報告提出以來，人們一直認為是個謎。1900年氡被發現后，人們從各種角度開始認為，氡是致“斯尼伯格礦山病”，即肺癌的主因。然而直到1951年，Bale提出關于氡的衰變產物才可能是氡致病因素。Bale進一步認為，氡短壽命子體產生的劑量可能大大超過氡氣本身及其在支氣管內由氡形成的衰變產物所產生的輻射劑量。之后的3～4年，不少學者完成了有關吸人的Rn和釷射氣衰變產物在肺中沉積和滯留的實驗研究。自氡被發現以來，氡氣的釋放和運移就是研究內容之一。最早由Flugge和Zimens（1936年）提出氡運移是擴散引起的。它是建立在Fick定理基礎上用于解釋氡氣運移的一種理論，至今仍被認為是氡運移的重要機制。隨著氡氣測量的廣泛應用與深入研究，人們發現用擴散理論是不能解釋所觀測到的眾多現象的。為此，國內外又提出了其它一些假說，主要有：對流作用；地下水的作用；潮汐作用；抽吸作用；伴生氣體的拖拽作用；滲流作用；地熱作用；地應力作用等等。第五頁，共十五頁，2022年，8月28日研究動態和發展趨勢(二)自80年代中期，賈文懿為揭示氡及其子體自身固有的運移規律，從實驗入手，在實驗室較理想的條件下，研究了氡及其子體的運移規律，從而發現了一些認識不夠或未發現的現象，并在各種學術期刊和論著上發表有關氡運移規律及團簇運移機制的論文討論有關問題。成都理工大學的樂仁昌也研究了氡的釋放和運移規律及機制，采用靜態、累積、高靈敏度的測氡方法，發現氡及其子體的分布具有明顯的方向性，其縱向運移能力遠大于橫向運移能力，向上運移能力也大于向下運移能力。還借助鈾礦石產生的氡和液體鐳源產生的氡形成的氦之差異，進一步驗證了氡-氦團簇運移現象，為研究室內氡遷移提供了很好的幫助。第六頁，共十五頁，2022年，8月28日研究動態和發展趨勢(三)1998年劉慶成利用巖石、土壤中鈾的含量分布與空氣中氡濃度水平間的理論模型對江西二個地區的區域空氣氡濃度水平作了預測,取得了初步成效,為利用現有地質資料研究區域環境氡開辟了一條新途徑。后又在北京市城區400km范圍內,研究了放射性元素在空間分布上的歷史演化,從理論上預測了城區土壤中氡濃度分布規律,同時對北京市環境空氣中氡濃度水平作了大量的實際測量工作,得到了北京市地面建筑室內氡分布的一些特點和地下建筑(如地鐵)中氡的濃度水平值,為城市氡危害防治工作提供了重要依據。由于氡氣遷移的機制受到諸多因素的影響，本論文只是通過模擬討論了居室內裂縫的大小以及氡氣運移參數對居室內氡濃度大小的影響。而其他諸如建筑物的選材，室內通風條件等對居室氡濃度的變化也有很大影響。因此，對于居室內氡濃度的遷移特征和數值模擬問題的研究具有很大的理論意義和應用價值。

第七頁，共十五頁，2022年，8月28日研究內容（一）論文研究的主要內容有：討論居室內存在氡的危害性，以及居室內氡氣的主要來源。根據氡在居室內的遷移規律，以及前人的工作及實驗數據總結出的氡的遷移特征及遷移方式，建立居室內氡遷移的三維物理模型。根據物理模型，建立穩定條件下居室內氡濃度分布的數學模型。第八頁，共十五頁，2022年，8月28日研究內容（二）推導三維介質中氡的遷移方程，并用有限差分法對其進行數值計算，求出一定邊界條件下氡濃度分布在居室中的模擬結果。第九頁，共十五頁，2022年，8月28日研究內容（三）對不同參數條件下的居室氡濃度分布進行數值模擬。計算氡濃度分布與居室內裂縫大小參數、氡氣運移參數的關系曲線簇，并討論各參數對氡濃度分布的影響及其原因。討論對居室內氡濃度分布進行數值模擬的意義，為人類環境監測和氡污染防治提供指導。第十頁，共十五頁，2022年，8月28日關鍵問題論文研究中數值模擬和參數探索是關鍵問題。因為在數值模擬中會涉及到諸如邊界條件的確定、方程解法的選擇、程序的編制以及用經實測數據校正后模型的完善等重點及難點問題。而且，由于氡氣在居室中的遷移受到多種因素的影響，對各種參數對氡濃度在居室中分布影響的探索也顯得尤為重要。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日研究方法和技術路線論文研究擬采用物理建?！獢祵W建?！嬎銠C模擬—參數探討的研究方法。技術路線如下：

1.建立穩定條件下居室中氡氣的運移方程；

2.建立居室中222Rn濃度分布的三維物理模型；

3.根據物理模型中的邊界條件，結合氡氣運移方程，建立氡氣運移的數學模型；

4.利用有限差分法，將數學模型中的微分方程變為差分方程，為計算機編程做準備；

5.利用Matlab進行編程，實現對居室中氡濃度分布的數值模擬；

6.對模型中涉及到的不同參數進行探索，給出不同參數條件下的模擬結果,并總結各個參數對模擬結果的影響，討論其原因；

7.將實測數據與模擬結果進行比較，進一步完善模型。第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日預期目標和技術創新通過論文研究，預期達到順利完成物理模型及數學模型的建立、編制程序并實現對氡濃度在居室中分布的模擬、給出不同參數條件下的模擬結果并繪制圖形以及討論各參數對氡濃度分布的影響等內容。論文用氡及母體元素的微粒理論和氣體的對流與擴散作用來解釋氡從深部運移到地表的過程，賦予氡及其母體元素長距離遷移，從而可以解釋室內氡濃度的異常變化。論文對居室中氡氣運移方程的解法進行了改造，運用有限差分法對其求解。對氡濃度在居室中的分布進行模擬，繪制了氡濃度分布的各種圖形，并對不同參數條件下的各種情況進行模擬和討論。第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日論文工作計劃2006.09~12查閱和收集資料，學習有關數值計算方法和編程語言2007.01~05歸納總結收集的資料，提出氡遷移的物理模型，推導氡遷移三維微分方程，