江西某地區(qū)水中總α，總β放射性測(cè)量及評(píng)價(jià)

劉庭立， 張懷強(qiáng)，2

(1. 東華理工大學(xué)核工程與地球物理學(xué)院，江西 南昌 330013;2. 東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，江西南昌 330013)

隨著工業(yè)發(fā)展和同位素的廣泛應(yīng)用，水源受到放射性污染的可能性愈來(lái)愈大(胡秀蘭等，2001)。環(huán)境中放射性物質(zhì)主要經(jīng)吸入和食入途徑進(jìn)入人體，危害身體健康(林炳興等，2009a，2009b)?？偊?、總β 放射性活度能直接反映水樣的放射性物質(zhì)總含量(劉衛(wèi)紅等，1990)，依據(jù)水中總α、β 的控制水平對(duì)水進(jìn)行放射衛(wèi)生檢驗(yàn)，不但方法可靠，而且快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)(林炳興等，2009)。世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則(WHO. 1993)以及我國(guó)新修訂實(shí)施的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749—2006)(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2006a)把總α、總β 放射性列為常規(guī)項(xiàng)目之一，限定總α、總β 放射性分別不得超過(guò)0.1 Bq/L和l.0 Bq/L。為了解該地區(qū)水中的放射性水平，保證公眾的生命安全，采集了該地區(qū)的井水與河水水樣，對(duì)其總α，總β 放射性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2006b)中給出的方法處理，比對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(α ＜0.1 Bq/L，β ＜1 Bq/L)，分析水樣的總α、總β放射性是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要做進(jìn)一步檢測(cè)并持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

將采集到的水樣經(jīng)轉(zhuǎn)移、洗滌、灼燒、馬弗爐灰化后，準(zhǔn)確稱(chēng)取灰化后的樣品質(zhì)量，并從中稱(chēng)取160 mg 置于樣品盤(pán)中，鋪平、壓勻，采用相對(duì)測(cè)量方法，把已知比活度的標(biāo)準(zhǔn)源［241Am(10.1 Bq/g)和40K(14.4 Bq/g)］與經(jīng)過(guò)處理后的樣品源在BH1216低本底α、β 測(cè)量?jī)x中進(jìn)行測(cè)量，得到樣品中總α，總β 的比活度。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品預(yù)處理

用石墨乙烯電熱板加熱濃縮3 L 水樣，待水樣蒸發(fā)到50 mL 左右后冷卻;將已縮的溶液轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，而后將濃縮液冷卻到室溫后，加1 mL 硫酸，并攪拌均勻，把蒸發(fā)皿放在紅外燈下，小心蒸干放入馬弗爐中，經(jīng)500 ℃高溫灰化2.5 h 后，將高溫灰化后的粉末研細(xì)至150 μm 以下，置于干燥器中以備測(cè)。

2.2 BH1216 儀器及相關(guān)參數(shù)設(shè)置

BH1216 儀器對(duì)于同一種樣品進(jìn)行一次測(cè)量可以同時(shí)給出樣品中總α，總β 活度，α 進(jìn)入β 道的計(jì)數(shù)率≤2 %，β 進(jìn)入α 道的計(jì)數(shù)率≤0.1 %，反符合效率≥99 %。對(duì)于β 輻射的探測(cè)靈敏度為10 ～30 mBq，對(duì)于α 輻射的探測(cè)靈敏度為0.4 mBq。儀器各閾值的選擇原則是:在保證β 效率條件下，盡可能提高β 低閾值，在保證α 進(jìn)入β 道的指標(biāo)前提下，盡可能提高β 高閾值與α 低閾值，以將β 進(jìn)入α 道的效率降低到最小。相關(guān)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 儀器參數(shù)設(shè)置Table 1 Setting of instrument parameter

2.3 標(biāo)準(zhǔn)源的選擇及效率刻度

由于粉末源更能接近實(shí)際，故用其作為標(biāo)準(zhǔn)源(許平，2003)。本文以241Am(10.1 Bq/g)和40KCl(14.4 Bq/g)分別作為總α 和總β 的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。將一個(gè)清潔的Ф45 mm 的不銹鋼樣品盤(pán)送入儀器內(nèi)測(cè)量本底計(jì)數(shù)率，測(cè)量15 次，每次3 600 s。被測(cè)總量應(yīng)略大于0.1 Amg，此處A 為樣品盤(pán)面積，mm2(中華人民共和國(guó)核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1998)。此次選擇的是Ф45 mm 的不銹鋼樣品盤(pán)，面積為1 589. 625 mm2。取出準(zhǔn)備好的241Am(10. 1 Bq/g)α 標(biāo)準(zhǔn)源和40KCl(14.4 Bq/g)β 標(biāo)準(zhǔn)源各160 mg 于樣品盤(pán)中，送入儀器內(nèi)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)源的計(jì)數(shù)率，各自測(cè)量10次，每次測(cè)量3 600 s。

標(biāo)準(zhǔn)源效率刻度:

式中，η 為標(biāo)準(zhǔn)源效率(%);Rs為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)源平均計(jì)數(shù)率(s-1);R0為儀器的本底計(jì)數(shù)率(s-1);As為標(biāo)準(zhǔn)源比活度(Bq/g);Ms 為被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)源質(zhì)量(mg)。測(cè)量計(jì)算結(jié)果如表2，表3 和圖1。

表2 本底計(jì)數(shù)率及標(biāo)準(zhǔn)源效率計(jì)數(shù)率Table 2 Count rate of background and standard source

表3 標(biāo)準(zhǔn)源效率刻度Table 3 Efficient calibration of standard source

圖1 標(biāo)準(zhǔn)源效率刻度曲線Fig.1 Efficient calibration curve of standard source

2.4 樣品測(cè)量

準(zhǔn)確稱(chēng)取灰化后水樣殘?jiān)馁|(zhì)量，并從中稱(chēng)取160 mg 置于樣品盤(pán)中，用酒精均勻鋪平，紅外燈下烤干后放入BH1216 儀器中測(cè)量樣品的α/β 計(jì)數(shù)率，每個(gè)樣品測(cè)量10個(gè)周期，每個(gè)周期為3 600 s。

2.5 計(jì)算方法

采用相對(duì)測(cè)量法，以241Am(10.1 Bq/g)和40K(14.4 Bq/g)分別作為總α 和總β 的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)?？偦疃葷舛?

式2 中，c 為測(cè)得的樣品中總活度濃度(Bq/L);Rb為測(cè)量的樣品中總計(jì)數(shù)率(s-1);R0為儀器的本底計(jì)數(shù)率，(s-1);η 為標(biāo)準(zhǔn)源效率(%);V 為水樣體積(L);m 為從V 升水樣處理后所得的總殘?jiān)?mg);mb 為裝入樣品盤(pán)中被測(cè)樣質(zhì)量(mg);A為校正系數(shù)，在默認(rèn)情況下，A=1。

3 結(jié)果與分析

分別對(duì)所制樣品中的20個(gè)河水、20個(gè)井水水樣進(jìn)行總α，總β 測(cè)量，得到的結(jié)果如表4，表5 所示(s 為標(biāo)準(zhǔn)誤差)。

表4 20個(gè)河水水樣總α、β 測(cè)量結(jié)果Table 4 Measurement results of total α，β of the 20 river water samples

表5 20個(gè)井水水樣總α、β 測(cè)量結(jié)果Table 5 Measurement results of total α，β of the 20 well water samples

(1)樣品測(cè)量誤差與其組成成分有關(guān)，對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)源組成成分相近的樣品測(cè)量誤差較小，反之，誤差較大(程紅軍，2005)。同時(shí)由于樣殘?jiān)煞钟胁町?，與同一標(biāo)準(zhǔn)源比較可能存在誤差(顧俊等，2011)，檢測(cè)結(jié)果中井水和河水中有少數(shù)幾個(gè)(＞30%)誤差較大，大部分(＜30%)是符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的;

(2)井水水樣總β 放射性平均值0.110 2 Bq/L符合我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)(β ＜1 Bq/L)，總α 放射性平均值0.045 9 Bq/L 符合我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)(α ＜0.1 Bq/L)，樣品6、12 號(hào)總α 放射性高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(α ＜0.1 Bq/L);

(3)河水水樣總β 放射性平均值0.146 8 Bq/L符合我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)(β ＜1 Bq/L)，總α 放射性平均值0.079 9 Bq/L 符合我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)(α ＜0.1 Bq/L)，樣品4、8、10、14、19、20 號(hào)總α 超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(α ＜0.1 Bq/L)。

導(dǎo)致水樣α 放射性水平異常高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有如下因素:

(1)測(cè)量因素:①剛制備好的樣品源每次測(cè)量總α 計(jì)數(shù)率變化很大，總α 放射性不穩(wěn)定;②來(lái)自宇宙射線的α 發(fā)射體，周?chē)h(huán)境的微弱天然放射性，是可變量，導(dǎo)致本底不穩(wěn)定;③水樣濃縮制備過(guò)程中加酸過(guò)多，灰化后樣品殘?jiān)Y(jié)在蒸發(fā)皿底部，導(dǎo)致稱(chēng)取的總殘?jiān)|(zhì)量減小;④儀器工作環(huán)境、電子儀器燥聲、儀器穩(wěn)定性、源與探測(cè)器間的吸收物質(zhì)等都對(duì)測(cè)量構(gòu)成影響(郭照河等，2003)。

(2)環(huán)境因素:①放射性核素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、和科學(xué)研究中的應(yīng)用增加了環(huán)境的放射性;②磷礦通常與鈾共生，隨著磷肥的廣泛生產(chǎn)和使用，一部分鈾系的放射性核素就從礦層中轉(zhuǎn)入到環(huán)境中;③降水對(duì)土壤的洗滌和浸取作用以及大氣中放射性核素向地表水的沉降作用(高艷玲等，2005);④當(dāng)?shù)赝寥乐蟹派湫院怂氐暮枯^高，核素衰變時(shí)釋放出α、β 射線多，導(dǎo)致水中總α，總β 放射性高。

4 結(jié)語(yǔ)

水樣結(jié)果表明，被測(cè)水樣總β 放射性水平全部符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，部分少量的井水水樣和河水水樣的總α 放射性水平超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。α、β 射線會(huì)傷害人體組織，導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生，為了減少放射性對(duì)人體的傷害，確保人們的生命安全，對(duì)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值的水要做進(jìn)一步的詳細(xì)調(diào)查，在排除是測(cè)量過(guò)程的因素導(dǎo)致水樣結(jié)果不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，要分析是哪種放射性核素導(dǎo)致水中放射性水平不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)水中的放射性水平。

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