陶瓷制品的放射性及應(yīng)對策略

童玉

摘要：近年來，陶瓷制品日漸增多，但其內(nèi)放射性核素所產(chǎn)生附加的內(nèi)外照射不容忽視。因此，基于存在輻射所致隨機效應(yīng)，我們的責任，不是要變更標準，而是要開展相應(yīng)研究，爭取在合理達到的條件下，盡可能減少陶瓷制品中放射性核素含量。本文對陶瓷制品的放射性及應(yīng)對策略進行了相關(guān)的論述，以期對大家以后的工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：陶瓷制品；放射性；應(yīng)對策略

引 言：人類大多數(shù)在室內(nèi)度過他們一生中的大部分時間，人們在室內(nèi)活動時受到建筑材料中天然放射性核素產(chǎn)生的內(nèi)外照射。近代人為活動有可能使這種輻射照射劑量增加。從現(xiàn)行劑量-效應(yīng)關(guān)系無閾理論考慮，任何輻射劑量增加都將帶來潛在的健康危害。

1 放射性概述

1.1 放射性和放射性衰變

放射性是一種自然現(xiàn)象，世界上萬物都是由“原子”這類微小粒子構(gòu)成的，原子包括原子核、質(zhì)子、中子和電子，大多數(shù)物質(zhì)的原子核是穩(wěn)定的，但有些物質(zhì)的原子核不穩(wěn)定，它會形成同位素，會發(fā)生“衰變”，我們將不穩(wěn)定核素自發(fā)地放射出粒子或輻射的性質(zhì)稱為“放射性”。將放射性核素通過放射出粒子或輻射自發(fā)地轉(zhuǎn)變成其它核素的變化稱為“放射性衰變”。將放射性物質(zhì)在單一的放射性衰變過程中，原放射性物質(zhì)減少到其原有量的一半所經(jīng)歷的時間叫做半衰期，用T1/2來表示。各種放射性元素的半衰期相差很大，在人造核素中，有的半衰期不到1秒，而在天然核素中，有的半衰期長達1015年。其中和我們陶瓷及相關(guān)材料有關(guān)的核素主要是天然核素，天然核素的種類不多，主要有以下兩種：

（1）釷系（原子質(zhì)量數(shù)A=4n，即釷系的母體和各子體的質(zhì)量數(shù)能被4除盡，故又稱為4n放射系）。

天然核素232/90Th的放射性衰變?nèi)缦拢?/p>

（2）鈾-鐳系（原子質(zhì)量數(shù)A=4n+2）

天然核素238/92U的放射性衰變?nèi)缦拢?/p>

其中，釷和鈾是錒系元素中兩種天然豐度最大的元素，釷大量存在的是232/90Th，它放射出α粒子，半衰期為1.4×1010年，主要存在于獨居石等礦物中；鈾大量存在的是238/90U，主要存在于晶質(zhì)鈾礦和瀝青鈾礦中。

原子核放射α粒子（4/2He，即氦原子核）的放射性衰變稱為α衰變，原子每發(fā)生一次α衰變后原子序數(shù)減少2，其質(zhì)量降低4個單位，即其在元素周期系中的位置向左移動兩格，如：

原子核放射出電子，其質(zhì)量不變，但變成另一種原子核的衰變稱為β-衰變，原子核每發(fā)生β-衰變后，其原子序數(shù)增加1，即在元素周期系中的位置向右移動了一格，如：

在β-（放出電子）衰變過程中。原子核中有一個中子變成了質(zhì)子。與β-衰變相對應(yīng)的還有β+ 衰變，在這種衰變過程中，原子核放射性放出正電子，即有一個質(zhì)子變?yōu)橐粋€中子，原子每發(fā)生一次β+衰變，原子序數(shù)少1，即在元素周期系中的位置向左移動一格，如：

α粒子束和β-電子束、β+ 正電子束又稱為α射線和β射線，在α衰變和β衰變的過程中，往往還伴隨著有γ射線的放射，因為原子核在放射出α射線或β射線后，常處于激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)通過發(fā)射出γ光子就可以躍遷到基態(tài)，即穩(wěn)定態(tài)，此時原子核的質(zhì)量數(shù)和原子序號都不發(fā)生變化，只是能量狀態(tài)發(fā)生變化。α射線、β射線和γ射線對人體都是有害的，其貫穿能力是γ>β>α。天然放射性物質(zhì)在地球形成時就存在，如天然礦物中的獨居石中就存在有放射性元素，如238U、232Th、40K等，自然界中任何物質(zhì)都含有天然放射性元素，環(huán)境中的土壤、水、甚至空氣中都會含有放射性元素；此外，建筑材料如水泥、鋼材、石材、陶瓷磚、衛(wèi)生陶瓷中也會含有放射性元素，關(guān)鍵在于其含量有多大，會不會對人造成傷害。

1.2 放射性強度及其單位

天然和許多人工核素都能自發(fā)地發(fā)射出各種射線，有的發(fā)射α射線，有的發(fā)射β射線，有的則在發(fā)射α或β射線的同時也發(fā)射γ射線，有的三種射線都有。衡量物質(zhì)的放射性強度通常不用質(zhì)量單位，因為質(zhì)量的多少不能從根本上反映出其放射性大小，一般使用放射性物質(zhì)的放射性活度（即單位時間內(nèi)放射性物質(zhì)的衰變數(shù)）的大小作為衡量單位。

（1）放射性活度和放射性比活度

過去，放射性活度的單位采用的是“居里”（簡記為Ci）或“盧瑟福”（簡記為Rd），1975年國際計量大會通過決議，對放射性活度單位作了新的命名，稱為“貝可勒爾”（Becquerel），其意思為每秒發(fā)生一次衰變，簡記為Bq，它與“居里”和“盧瑟福”的關(guān)系如下：

1Ci=3.7×1010Bq

1Rd=1×106Bq

我國國家標準規(guī)定，放射性活度的法定計量單位是Bq，Rd已廢棄使用，Ci也將淘汰，通常我們在對放射性相關(guān)的檢驗報告中用到的放射性強度單位是放射性的比活度，即某種核素的放射性活度除以所在物質(zhì)的質(zhì)量后所得之商：C=A/m

式中：

C——放射性比活度，Bq·kg-1

A——核素的放射性活度，Bq

m——含核素物質(zhì)的質(zhì)量，kg

放射性比活度1Bq·kg-1的含義是：在1秒內(nèi)，1kg的放射性物質(zhì)發(fā)生一次核衰變。

（2）內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)

在建筑材料放射性核素限量標準（Gb6566-2001）中，內(nèi)照射指數(shù)（internal exposure index）特定是指：建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度除以本標準規(guī)定的限量而得的商，內(nèi)照射指數(shù)無量綱，其表達式為：IRa=CRa/200

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，Bq·kg-1

200——僅考慮內(nèi)照射情況下，本標準規(guī)定的建筑材料中放射性核素鐳-226的放射性比活度限量，Bq·kg-1

外照射指數(shù)在GB6566-2001中是指建筑材料中，天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40的放射性比活度分別除以其各自單獨存在時，本標準規(guī)定限量而得的商之和。Ir=CRa/370 + CTh/260 + CK/4200 式中：

Ir——外照射指數(shù)（無量綱）

CRa、CT、Ck—— 分別為建筑材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40的放射性比活度，Bq·kg-1

370、260、4200——分別為僅考慮外照射情況下，本標準規(guī)定的建筑材料中，天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40，在其各自單位核素放射性下比活度規(guī)定的限量，Bq·kg-1

可以認為內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)是指針對建筑材料參照執(zhí)行的相對放射性比活度。

3陶瓷原輔材料的放射性

這里以鋯砂為例，純的鋯砂（ZrSiO4）并沒有放射性，鋯（Zr）、鉿（Hf）、硅（Si）都不是放射性核素，但與鋯砂共生的獨居石礦物中則含有放射性核素（232Th、238U、40K等）；眾所周知，獨居石是稀土和釷、鈾等的磷酸鹽（La、Ce、Th、U、Ra）PO4，包括磷釔礦（Y、Th、U……）PO4等，由于世界各地的成礦條件和地質(zhì)構(gòu)造的差異以及選礦水平的高低，使得鋯英石（鋯砂）精礦中的放射性也不同，一般而言澳大利亞鋯砂（簡稱澳砂）的放射性最低，南非砂和印尼砂次之，而海南、兩廣和越南鋯砂礦中，由于Th、U在礦物中，呈細粒分布狀態(tài)，在選礦過程中難以分離，從而導致Th、U含量較高，因而放射性比活度也比較高，經(jīng)分析比較后得出以下結(jié)論：

（1）澳砂質(zhì)量穩(wěn)定，ZrO2≥65%（即65度），Th、U總量不超過500ppm，其放射性比活度在5.6Bq/kg以下；

（2）南非砂的放射性比活度，大致接近澳砂；

（3）越南砂的放射性比活度接近7Bq/kg，而海南砂則超過7.8Bq/kg。

目前隨著選礦水平的不斷改進和提高，海南礦的放射性比活度有希望進一步下降。此外鋯砂精加工系列產(chǎn)品如電熔鋯、化學鋯、硅酸鋯在不同的加工工藝中，放射性比活度都大幅度得以降低，因此，通過改進工藝均可達到或接近國際上規(guī)定的對放射性物質(zhì)的豁免規(guī)定。

4 陶瓷制品的放射性應(yīng)對策略

陶瓷制品的放射性關(guān)系到人們的身體健康，必須引起高度的重視和認真對待。國家一系列相關(guān)標準的出臺說明了我國政府對此的重視，對此既要重視，又要以科學的態(tài)度去認識和對待，不要輕信片面的渲染和夸大。要嚴格控制陶瓷制品用原輔材料的放射性比活度，超標的不采用或經(jīng)過一定處理達標后才能使用，對放射性元素及其相關(guān)的廢渣、廢水必須做到嚴格的相應(yīng)處理，達到環(huán)保部門的要求。

5 結(jié)束語

總之，我們應(yīng)以科學的態(tài)度去認識和對待陶瓷產(chǎn)品的放射性，對放射性核素及其放射原理和危害要有正確的認識。在此基礎(chǔ)上，國家制定出相關(guān)標準和檢驗方法來嚴加控制，盡可能減少陶瓷制品中放射性核素含量。

參考文獻：

[1] GB 16353- 1996，含放射性物質(zhì)消費品的放射衛(wèi)生防護[S] .

[2] GB 6566- 86，建筑材料放射衛(wèi)生防護標準[ S] .