陳 越, 劉慶成, 鄧居智, 楊亞新, 徐貴來

(1.東華理工大學,江西撫州 344000;2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

高速公路輻射環(huán)境評價研究

陳 越1,2, 劉慶成1, 鄧居智1, 楊亞新1, 徐貴來2

(1.東華理工大學,江西撫州 344000;2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

輻射環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測的重要組成部分,針對高速公路建設的特點及對其進行輻射環(huán)境監(jiān)測,特別是在鈾礦資源豐富的地區(qū)修建高速公路時,為最大限度地減少周圍環(huán)境、公眾以及施工人員受到輻射必須對放射性水平進行監(jiān)測。對福建某高速公路進行輻射環(huán)境影響評價進行討論。采用γ能譜測量方法測量放射性核素U,Th,K在土壤中的含量,從結果看比活度高于全國和世界的平均水平。根據(jù)Beck公式換算到1 m高度處的空氣吸收劑量率平均值為137.59μGy/h,低于施工人員和公眾所致照射劑量滿足個人劑量管理限值 174μGy/h。通過大氣-大地交換模型估算出平均氡濃度 122.33 Bq/m3,高于福建的平均氡濃度的水平。

環(huán)境評價;污染調(diào)查;吸收劑量率;氡的濃度

核能開發(fā)和利用、核試驗以及核武器的研制,給社會帶來巨大物質(zhì)和經(jīng)濟效益的同時也對環(huán)境造成不同程度地影響,包括大量天然存在的放射性核素,對環(huán)境和人身造成一定的輻射損傷。最近,世界范圍內(nèi)對環(huán)境放射性的水平進行監(jiān)測。根據(jù)《中華人民共和國放射性污染防治法》,在全國范圍內(nèi)開展了輻射環(huán)境監(jiān)測工作,包括在鈾礦資源豐富的地區(qū)修建高速公路時,必須對放射性水平進行監(jiān)測,最大限度地減少周圍環(huán)境、公眾以及施工人員受到的輻射 (劉華等,2008;曹斌等,2010;黃富民等,2010)。

福建武夷山地區(qū)屬于鈾礦資源比較豐富的地區(qū)之一。在修建高速公路時,特別是在靠近和穿過鈾礦發(fā)育地段或核輻射場偏高的地區(qū),大量的土石方開挖和搬運過程中,會產(chǎn)生大量輻射。在施工中也可能接觸到鈾礦化的巖石或土壤,如果不進行有效的輻射監(jiān)測,不僅對環(huán)境造成污染,對人體的健康也會產(chǎn)生危害(邱國華,2008)。由于天然放射性核素對人體造成不同程度的輻射損傷,國外在 20世紀70年代就已經(jīng)建立一套完成的控制天然核素評價體系 (Michalis et al.,2003;Sroor et al.,2001;Amrani et al.,2001)。

采用便攜式的能譜儀器測量鈾、釷和鉀的含量。國際原子能機構(I AEA)和國際輻射單位與測量委員會(ICRU)等頒發(fā)出版物中推薦了伽馬能譜測量估算地表空氣伽馬吸收劑量率的方法。美國、瑞典、前蘇聯(lián)等國已采用航空地面伽馬能譜測量資料,編制了全國地表伽馬空氣吸收劑量率圖。國內(nèi)核工業(yè)航測遙感中心應用航空伽馬能譜測量數(shù)據(jù)估算了甘肅省部分地區(qū)的地表吸收劑量率。羅達玲等用野外伽馬能譜進行了廣東高本底地區(qū)土壤伽馬照射量率測量 (王南萍等,2004)。王南萍等(2004)在廣東珠海地區(qū)開展了伽馬能譜測量用于環(huán)境電離輻射水平評價的系統(tǒng)方法技術研究。本文通過地面伽馬能譜方法測量鈾、釷和鉀含量,利用劉慶成等(1998)所提出的大氣-大地氡交換模型對高速公路中輻射環(huán)境進行評價研究。

1 方法原理及儀器設備

伽馬能譜測量采用多道伽馬能譜儀,根據(jù)鈾、釷、鉀放出的釷、鉀射線能量特征測量道和道寬。巖石或土壤中放射性核素有特征伽馬射線譜,可以達到直接測定放射性核素含量的目的,是進行環(huán)境電離輻射水平及放射性污染調(diào)查中快速、有效的方法。

本次研究選用加拿大生產(chǎn)RD-125便攜式多道譜儀、國產(chǎn) FD-3022四道γ譜儀和 BH-3103X-γ劑量率儀進行對比測量。γ譜儀經(jīng)過標定,得出該儀器的換算系數(shù),可以直接測量土壤或巖石中鈾、釷、鉀放射性核素含量及天然放射性核素能量范圍內(nèi)的總計數(shù)率。BH-3103X-γ劑量率儀采用137Cs源進行修正,用三腳架置于地面,等效測量中心位于地面 1 m高處γ吸收劑量率值。

2 數(shù)據(jù)處理及成果解釋

2.1 鈾、釷、鉀比活度的計算

通過伽馬能譜測量的方法得出沿線 U,Th,K含量測量結果。

40K,238U,232Th含量與比活度之間的換算關系(程業(yè)勛等,2005):

得出鈾、釷、鉀的比活度見表 2。

表1 U,Th,K含量測量結果Tab.1 The result of the content ofU,Th,K

表2 土壤中U,Th,K比活度Tab.2 Specific activity ofU,Th,K in the soil

從表中的數(shù)據(jù)可以看出,U,Th,K的平均值都高于全國和世界水平。

2.2 空氣γ吸收劑量率的估算

主要采用γ能譜的方法計算空氣吸收劑量率,根據(jù)Beck公式處理測量的U,Th,K含量,得出 1 m高處空氣γ吸收劑量率值的大小。用Beck公式法估算吸收劑量率時,必須滿足一定的條件:一是天然放射性核素在巖石或土壤中分布均勻,構成均勻的輻射場;二是鈾和鐳處于放射平衡狀態(tài)。離地面1 m高處的伽馬空氣吸收劑量率可由公式 1估算(王南萍等,2004)。

式中 Dλ為 1 m高處γ射線的空氣吸收劑量率(nGy·h-1);Kk,KU,KTh分別為40K,238U,232Th的換算系數(shù);AK,AU,KTh分別為40K,238U,232Th的比活度(B q·kg-1)。Kk,KU,KTh取值分別為 0.042,0.462,0.604(nGy·h-1)/(Bq·kg-1)(程業(yè)勛等,2005),得出離地面 1 m高處的伽馬空氣吸收劑量率 (表3)。

表3 離地面1 m高處的伽馬空氣吸收劑量率Tab.3 Gamm a-ray abso rption rate in the air 1 m above ground surface

2.3 環(huán)境空氣中氡濃度的估算

根據(jù)大氣-大地氡交換模型計算出環(huán)境空氣中的氡的濃度。可以為環(huán)境放射性氡水平極其輻射效應進行預測和評價。土壤氡析出率不僅與土壤氡逸出率有關,還與大氣對流速度有關 (劉慶成等,1998;王衛(wèi)星等,2005)。

式中 A=2.64×10-4ρ·Cu·Kp·α;C(Rn)為空氣中氡濃度;D1,V1分別是巖石、土壤中氡的擴散系數(shù)(cm2/s)和對流速度 (cm/s);D2,V2分別為空氣中氡的擴散系數(shù) (cm2/s)和對流速度 (cm/s);ρ為巖石、土壤密度 (g/cm3);Cu為巖石、土壤中鈾含量(%);λ為氡的衰變常數(shù) (s-1);Kp為鈾鐳平衡系數(shù);α為巖石、土壤的射氣系數(shù);η為巖石、土壤孔隙度。

根據(jù)劉慶成等 (1998)研究成果和工作區(qū)的數(shù)據(jù)進行分析。參數(shù)取值為:

X=-100 cm,D1=2.2×10 cm/s,V1=1.5×10-3cm/s,D2=0.2cm2/s,V2=5.5×10-3cm/s,D2=1.5g/cm3,KP=1,α=0.15,η=0.35,λ=2.1×10-6s-1。通過計算得出的結果如表 4.

表4 空氣中氡濃度計算結果Tab.4 The result of radon concentrati on in the air

3 結論

通過大量野外實際測量數(shù)據(jù),計算評價高速公路的輻射環(huán)境水平,得出以下幾點認識:

(1)鈾、釷、鉀的平均比活度都大于國家和世界的平均值。主要是福建武夷山地區(qū)屬于放射性含量較高的地區(qū),放射性核素含量與鈾礦位置顯著相關,說明土壤中放射性核素的含量與土壤的形成過程及核素的遷移有關。

(2)施工過程中,要求γ輻射劑量率小于 174 nGy/h(扣出本底)。采用能譜測量的方法測量隧道沿線鈾、釷、鉀的含量,換算得到 1 m高度處空氣吸收劑量率,平均值為 137.59 nGy/h。因此沒有超過限值,對于施工人員和公眾所致附加照射劑量滿足個人劑量管理限值。

(3)符合施工現(xiàn)場空氣中氡濃度不得大于 400 Bq/m3,根據(jù)大氣-大地氡交換模型計算出來的施工現(xiàn)場空氣中氡濃度平均值為 122.33 Bq/m3。

曹斌,林劍藝,崔勝輝.2010.可持續(xù)發(fā)展評價指標體系研究綜述[J].環(huán)境科學與研究,33(3):99-104.

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Environment Evaluation of Radiation from the Highway

CHEN Yue1.2, L IU Qing-cheng1, DENG Ju-zhi1, YANG Ya-xin, XU Gui-lai2
(1.East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China;2.Beijing Research Institute ofUranium Geology,Beijing 100029,China)

Radiation monitoring is one of i mportant parts of environmentmonitoring.Radiation environmentmonitoring for highway construction,especially in the region with rich uranium,is necessary to decrease the pollution to environment,public and construction workers. In this study,the radiation environment influence of a highway in Fujian province is evaluated.The content of radionuclides such asU,Th and K in the soil ismeasured using rray spectrometer.Results show specific activity is higher than mean level of China and the world.The mean irradiation index of the air above 1 m of ground surface is 137.59 uGy/H using Beck method,which is lower than standard value of 174 uGy/H for builder and public.The mean radon concentration is 122.33 Bq/m3using exchange model of air-ground higher than mean in Fujian province.

environment evaluation;pollution monitoring;absorption rate;radon concentration

X822.3

A

1674-3504(2011)02-165-03

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.02.011

2011-01-17

國家自然科學基金項目 (40774075);國防基礎科研項目(A3420060145)

陳 越 (1976—),女,講師,博士,從事放射性物探、輻射防護及環(huán)境保護等方面的教學和研究工作。E-mail:chenyue-11@163.com.