黑龍江省主要燃煤電廠粉煤灰天然放射性水平

摘要：為了解黑龍江省主要燃煤電廠粉煤灰天然放射性核素水平及其應(yīng)用情況，采用低本底HPGeγ譜儀對(duì)樣品中天然放射性核素含量進(jìn)行測(cè)量。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6566-2001，對(duì)其進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明，采集的粉煤灰中天然放射性核素水平屬于正常水平，屬A類建筑材料，不受應(yīng)用限制。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；核素;天然放射性

1 引言

粉煤灰是燃煤電廠排放的主要廢棄物，約占燃煤總量的5%-20%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)廢棄物的再利用越來(lái)越得到重視，尤其是粉煤灰產(chǎn)品二次利用和增效取得了可喜成績(jī)，但由此帶來(lái)的環(huán)境影響問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注。研究表明，煤中含微量鈾、釷、鐳等天然放射性元素，燃燒后，煤灰中的放射性物質(zhì)直接或間接排向周圍環(huán)境，污染環(huán)境。雖然大部分粉煤灰的放射性元素含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但由于煤種及燃燒過(guò)程的不同，一部分粉煤灰中的放射性元素會(huì)超標(biāo)，因此，對(duì)粉煤灰放射性的研究具有重要意義。粉煤灰主要用于建材工業(yè)、建筑工程、筑壩以及造地、造田等領(lǐng)域，近年來(lái)隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，利用各類裝修材料進(jìn)行建筑物室內(nèi)、外裝修已成為時(shí)尚。本文以黑龍江省內(nèi)主要燃煤電廠的粉煤灰為調(diào)查對(duì)象，報(bào)道了粉煤灰核素測(cè)量的全過(guò)程，并結(jié)合最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB6566-2001）進(jìn)行分類分析，對(duì)粉煤灰的綜合利用提出了合理化建議。

2 樣品采集與制備

2.1 采集樣品

在各電廠的除塵器灰斗、灰?guī)?、灰倉(cāng)等處采集粉煤灰樣品，用專用采集塑料袋密封包裝，現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)采樣記錄和貼上樣品標(biāo)簽，在一點(diǎn)連續(xù)采樣6次，每天取樣2次，間隔8小時(shí)，每次0.5Kg，3Kg作為一個(gè)灰樣，4家電廠共采集粉煤灰樣品16個(gè)。樣品運(yùn)至黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所同位素應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制備，分別編號(hào)存放于瓷托盤中，自然通風(fēng)晾干。

2.2樣品制備

對(duì)處理過(guò)的粉煤灰樣品進(jìn)行研磨、過(guò)至顆粒小于80目。將過(guò)后的粉煤灰進(jìn)行加熱、烘干48小時(shí)。將烘干后的粉煤灰裝入φ75mm×70mm的標(biāo)準(zhǔn)樣品盒內(nèi)，用天平稱重，進(jìn)行蠟封并貼好標(biāo)簽。每份樣品密封保存2周以上以備進(jìn)行測(cè)量。樣品制備使用的主要設(shè)備有：瓷托盤五個(gè)、粉碎機(jī)一臺(tái)、80 目網(wǎng)、樣品勺若干、烘箱一臺(tái)、天平一臺(tái)、電爐子一個(gè)、石蠟、標(biāo)簽及φ75mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量容器［1］。

3 測(cè)量?jī)x器及方法

3．1 標(biāo)準(zhǔn)樣品

采用國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院提供的含有已知活度238U、226Ra、232Th、40K核素的混合標(biāo)樣，其中各核素活度為：238U：645Bq·kg-1；232Th：59.9Bq·kg-1；226Ra：120Bq·kg-1g；40K：415Bq·kg-1。

3．2測(cè)量?jī)x器

測(cè)量?jī)x器為美國(guó)PGT8008多道γ能譜分析儀、高純鍺探測(cè)器、鉛屏蔽室、杜瓦瓶、DELL工作站等。系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：其能量分辨率為1.96keV（對(duì)60Co1332.5keV），相對(duì)探測(cè)效率為28%， 對(duì)137Cs 康普頓抑制系數(shù)為4.02，該系統(tǒng)已累計(jì)工作數(shù)千小時(shí)，測(cè)量了大量的樣品，在測(cè)量過(guò)程中采取了嚴(yán)格的質(zhì)量保證措施。系統(tǒng)用中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提供的60Co標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行能量刻度采取了嚴(yán)格的質(zhì)量保證措施。在測(cè)量過(guò)程中包括每個(gè)樣品測(cè)量時(shí)間24h，每個(gè)電廠測(cè)量四個(gè)標(biāo)樣，各類標(biāo)樣循環(huán)測(cè)量。

3．3 測(cè)量方法

采用最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB6566-2001。使用高純鍺(HPGe)γ能譜儀，通過(guò)對(duì)本底、標(biāo)準(zhǔn)樣品及粉煤灰樣品中的γ能譜測(cè)量，應(yīng)用能譜相對(duì)比較分析法，確定粉煤灰樣品中天然放射性核素238U、26Ra、232Th、40K的含量，進(jìn)行分類分析。

4 放射性核素含量分析

4.1 粉煤灰核素含量

天然放射性核素含量的測(cè)量結(jié)果以A表示，利用C表示測(cè)量樣品的比活度(Bq/kg)，σ表示其不確定度，按誤差傳遞公式［2］計(jì)算得出（K=2）。

樣品核素比活度計(jì)算公式為：

式中，C:檢驗(yàn)樣品比活度；A0:標(biāo)準(zhǔn)樣品比活度；nX: 檢驗(yàn)樣品計(jì)數(shù)率；n0: 標(biāo)準(zhǔn)樣品計(jì)數(shù)率；nb: 本底計(jì)數(shù)率；mX: 檢驗(yàn)樣品質(zhì)量；m0: 標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量；D: 衰變校正系數(shù)。

4.2 放射性核素含量評(píng)價(jià)指標(biāo)

放射性核素含量評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)《建筑材料放射性核素限量標(biāo)準(zhǔn)》（GB6566-2001）給出了建筑材料放射性核素的限值，對(duì)不同點(diǎn)電廠的粉煤灰進(jìn)行對(duì)比分析，來(lái)判別粉煤灰中天然放射性核素含量是否滿足國(guó)家限制標(biāo)準(zhǔn)［3］。

4.2.1 內(nèi)照射指數(shù)(internal exposure index)

內(nèi)照射指數(shù)是用建筑材料中的天然放射性核素226Ra的放射性比活度除以本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量。

表達(dá)式為:

式中: IRa-內(nèi)照射指數(shù)；

CRa-建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度；

4.2.2外照射指數(shù)(external exposure index)

外照射指數(shù)是用建筑材料中的天然放射性核素232Th、226Ra、40K的放射性比活度分別除以其各自單獨(dú)存在時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限量之和。

表達(dá)式為:

式中: Ir-外照射指數(shù)；

CRa、CTh、CK-分別為建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度；

4．3 分類分析

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6566-2001中對(duì)建筑材料的原料按其放射性水平含量多少分為三類。A類 : 建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和4OK的放射性比活度同時(shí)滿足IRa≤1.0和Ir≤1.3，A類建筑材料產(chǎn)銷與使用范圍不受限制；B類：IRa≤1.3和Ir≤1.9，B類建筑材料不可用于Ⅰ類民用建筑的內(nèi)飾面，但可用于Ⅰ類民用建筑的外飾面及其他一切建筑物的內(nèi)、外飾面；C類 :不滿足A、B類建筑材料要求但滿足Ir≤2.8的要求。C類建筑材料只可用于建筑物的外飾面及室外其他用途。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)黑龍江省內(nèi)主要燃煤電廠的粉煤灰進(jìn)行核素測(cè)試分析，所測(cè)樣品在建筑領(lǐng)域內(nèi)屬于A類產(chǎn)品，產(chǎn)品的使用和銷售不受范圍限制。盡管粉煤灰具有放射性，但可以通過(guò)一定的措施進(jìn)行改良， 將粉煤灰應(yīng)用于筑路、回填及造田，制作保溫材料，生產(chǎn)水泥等領(lǐng)域作為一種原料而得到廣泛應(yīng)用。在我國(guó)原煤中放射性核素含量低于世界其他國(guó)家，粉煤灰的應(yīng)用前景將十分樂(lè)觀。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).土壤中放射性核素的γ能譜分析方法.GB11743-89.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

［2］趙志祥，周德鄰.數(shù)據(jù)測(cè)量和評(píng)價(jià)工作中的數(shù)學(xué)處理.北京:原子能出版社，194.8

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑材料放射性核素限量.GB6566-2001.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：李北城（1953-），男，研究員級(jí)高工，主要從事核電子學(xué)與過(guò)程控制方面的研究