龍泉青瓷瓷土天然放射性核素分析

葉銀鵬，葉偉平，周 虎

(浙江省青瓷及日用陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心，龍泉市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，浙江 龍泉 323700)

0 引 言

隨著社會(huì)生活的不斷發(fā)展，環(huán)境中的各種輻射源引起人們的廣泛關(guān)注[1]。天然本底輻射是環(huán)境輻射水平的主要貢獻(xiàn)者，也是人類(lèi)所受年有效劑量的主要來(lái)源[2]。瓷土作為各種建筑材料以及陶瓷制品的主要原料，其放射性元素的分布及含量直接影響陶瓷制品的放射性水平。

瓷土又名高嶺土，是以高嶺石或多水高嶺石為主要礦物成分的土狀或泥狀的巖石，其化學(xué)成分以富鉀、高硅、貧鋁、低鐵為特征。瓷土中的天然放射性物質(zhì)主要包括232Th、226Ra、和40K三個(gè)天然衰變系及其他放射性核素，這些核素在不同地域、不同巖石類(lèi)型、不同土壤類(lèi)型和不同水域中的含量差別很大。龍泉有中國(guó)青瓷之都的美譽(yù)，是全國(guó)的主要青瓷生產(chǎn)基地。然而，目前對(duì)于龍泉青瓷瓷土的放射性核素水平分析的研究非常少。為此，本文通過(guò)對(duì)龍泉市瓷土礦中放射性核素含量的研究反映該區(qū)域的瓷土礦輻射水平，進(jìn)而評(píng)估青瓷制品的放射性含量水平。

1 概 況

龍泉市位于浙江省西南部的浙閩贛邊境，地理坐標(biāo)北緯27° 42′-28° 20′，東經(jīng)118° 42′-119° 25′。由于受到地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的抬升影響，龍泉是浙江省內(nèi)海拔最高的山地地貌區(qū)域之一，東南和西北部山脈綿亙，龍泉溪從西南向東北貫穿中部，群山平行于河谷對(duì)稱(chēng)分布，西北部為仙霞嶺山脈，東南部為洞宮山脈，中部為龍泉溪大小不一的河谷小盆地。龍泉境內(nèi)地形中，低山占總面積的69.17%，丘陵盆地占27.92%，河谷平原占2.91%，故有“九山半水半分田”之說(shuō)。

龍泉是我國(guó)著名的青瓷產(chǎn)區(qū)，擁有極為豐富的制瓷原料，儲(chǔ)量豐富，分布廣闊。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的大大小小的瓷土礦產(chǎn)地達(dá)到50多處，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量在800多萬(wàn)噸，瓷土礦礦石量占全國(guó)瓷土礦資源量的0.57%，占浙江省瓷土礦資源量的26.17%[3]。龍泉瓷土礦點(diǎn)主要分布于寶溪、上垟、查田、小梅、道太等地，各地所產(chǎn)原礦，質(zhì)量相差較大。龍泉地區(qū)瓷土礦形成與酸性脈巖極為密切，為風(fēng)化殘積型，酸性脈巖風(fēng)化亞類(lèi)型礦，原巖受強(qiáng)烈的風(fēng)化，但絕大部分仍保持原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。根據(jù)目前開(kāi)采的原礦及礦點(diǎn)的地質(zhì)特征，可分為：風(fēng)化土狀礦石、半風(fēng)化塊狀礦石、弱風(fēng)化微密塊礦石等三個(gè)類(lèi)型。

2 樣品的采集與處理

2.1 樣品采集

根據(jù)龍泉市瓷土礦的分類(lèi)與分布，采集主要分布于上垟、寶溪、竹垟、八都、小梅、道太、西街等地區(qū)，共7個(gè)礦點(diǎn)。每個(gè)礦點(diǎn)采集瓷土1 kg左右，并對(duì)每個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)定位，及對(duì)該礦點(diǎn)簡(jiǎn)要的地理形貌進(jìn)行描述。表1為龍泉市瓷土取樣分布表。

2.2 樣品處理

為了消除氣候、溫濕度以及瓷土形狀尺寸等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采集的樣品經(jīng)以下步驟進(jìn)行處理： (1)將野外采集來(lái)的瓷土樣品剔除雜草、枯葉等異物后在 110 ℃的恒溫烘箱中烘烤24 h 至恒重，使其充分干燥；(2)用振動(dòng)磨將烘干后瓷土樣品進(jìn)行粉粹形成顆粒直徑小于 60目(0.25 mm 孔徑)的粉末；(3)用電子天平稱(chēng)量標(biāo)準(zhǔn)樣品盒重，樣品盒尺寸為直徑為15 cm、高為7 cm；(4)將待測(cè)瓷土放入標(biāo)準(zhǔn)樣品盒，裝滿(mǎn)、壓實(shí)、密封、貼上標(biāo)簽；(5)用電子天平稱(chēng)量各瓷土樣品，并計(jì)算土壤凈重。

2.3 樣品測(cè)定

測(cè)量?jī)x器為CIT-3000F數(shù)字化低本底多道γ能譜儀(四川新先達(dá)測(cè)控技術(shù)有限公司)，其技術(shù)指標(biāo)為：數(shù)字化多道分析器(1024/2048)；分辨率優(yōu)于6.9%(Cs-137)；重復(fù)性：＜2.0%；穩(wěn)定性：＜1.0%。用40K進(jìn)行能量刻度，1.461 MeV 能量峰對(duì)應(yīng)的道址為425道；用226Ra進(jìn)行能量刻度1.764 MeV能量峰對(duì)應(yīng)的道址為511道。

本實(shí)驗(yàn)選用鐳、釷、鉀標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，然后根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對(duì)鐳、釷、鉀的含量和比活度進(jìn)行計(jì)算，探測(cè)時(shí)間為1800秒，樣品重量為500 g。測(cè)量環(huán)境為：溫度 20 ℃ ，濕度52%。

3 結(jié)果分析

龍泉市上垟、寶溪、竹垟、八都、小梅、道太、西街等地區(qū)，共7個(gè)礦點(diǎn)中232Th、226Ra、和40K的含量7份瓷土樣品采集地點(diǎn)以及樣品中天然放射性核素含量調(diào)查結(jié)果列于表2。由表2可知，所采集樣品區(qū)域礦點(diǎn)中232Th、226Ra、和40K的比活度范圍分別為(57.4-195.2)Bg·kg-1，(1.2-54.6)Bg·kg-1，(576.9-926.0)Bg·kg-1，可見(jiàn)所測(cè)天然放射性核素含量在合理范圍內(nèi)[4]。其中226Ra比活度最低和最高的礦點(diǎn)分別是D071竹垟村碗笠下礦點(diǎn)(1.2 Bg·kg-1)和D100小梅大窯村礦點(diǎn)(54.6 Bg·kg-1)；232Th比活度最低和最高的礦點(diǎn)分別是D055寶溪礦點(diǎn)(57.4 Bg·kg-1)和D147西街街道新茶村礦點(diǎn)(195.2 Bg·kg-1)；40K比活度最低和最高的礦點(diǎn)分別是D147西街街道新茶村礦點(diǎn)(576.9 Bg·kg-1)和D076八都楓錦村礦點(diǎn)(926.0 Bg·kg-1)。此外，7個(gè)礦點(diǎn)瓷土的內(nèi)外照射指數(shù)范圍分別為(0.0-0.3)和(0.4-0.9)。

表1 龍泉市瓷土分類(lèi)取樣分布表Tab.1 Distribution of celadon clay samples in Longquan City

表2 龍泉市不同礦點(diǎn)瓷土的放射性水平Tab.2 Radioactivity levels of clay samples from diあerent mineral deposits in Longquan City

為了進(jìn)一步了解龍泉青瓷瓷土礦的放射性核素含量的水平值，將7個(gè)礦點(diǎn)的檢測(cè)均值與浙江省以及全國(guó)的土壤天然放射性核素含量監(jiān)測(cè)均值進(jìn)行了比較。由表3可知，對(duì)于226Ra的比活度，龍泉市低于全國(guó)和浙江省的平均監(jiān)測(cè)值；232Th的比活度，龍泉市均高于全國(guó)和浙江省的平均監(jiān)測(cè)值；40K的比活度，龍泉市與浙江省平均監(jiān)測(cè)值處于同一水平，高于全國(guó)平均監(jiān)測(cè)值。

礦點(diǎn)瓷土中天然放射性含量的高低主要取決于產(chǎn)生瓷土的母巖巖性、構(gòu)造、土壤母質(zhì)形成后的轉(zhuǎn)化作用、化學(xué)及生物化學(xué)相互作用等[5]。此外，不同地區(qū)的降雨量、植被分布差異也在一定范圍內(nèi)影響了天然放射性核素在瓷土中的遷移與分布。龍泉屬山區(qū)縣地處三江之源，山地占69.17%，森林覆蓋率達(dá)78.4 %。龍泉屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量1699.4 mm，平均相對(duì)濕度79%，年日照時(shí)數(shù)1850 h。獨(dú)特的地理位置、自然環(huán)境和氣候條件形成了龍泉青瓷瓷土礦的天然放射性含量水平。

4 放射性水平評(píng)價(jià)

我國(guó)目前沒(méi)有制定關(guān)于瓷土原料放射性核素的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，與陶瓷制品放射性物質(zhì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》、SN/T 2716-2010 《進(jìn)出口建筑材料天然放射性核素檢測(cè)方法》、SN/T 3722-2013《進(jìn)出口陶瓷制品放射性安全控制規(guī)范》。其中SN/T 2716-2010和SN/T 3722-2013標(biāo)準(zhǔn)都是檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有放射性核素的限量值，故瓷土放射性核素限量值只能依據(jù)GB 6566-2010標(biāo)準(zhǔn)中的建筑主體材料中的放射性限量值進(jìn)行評(píng)價(jià)。GB 6566-2010標(biāo)準(zhǔn)要求建筑主體材料中的天然放射性核素232Th、226Ra、和40K的放射性比活度應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足內(nèi)照射指數(shù)IRa≤ 1.0和外照射指數(shù)Ir≤ 1.0。通過(guò)計(jì)算龍泉市7個(gè)不同礦點(diǎn)中232Th、226Ra、和40K的內(nèi)外照射指數(shù)可以看出，7個(gè)批次瓷土的內(nèi)外照射指數(shù)均未超過(guò)1.0，表明龍泉青瓷原料放射性核素總體情況較好。

5 結(jié) 論

表3 龍泉市瓷土226Ra、232Th、40K比活度Tab.3 Radioactive levels of 226Ra, 232Th, and 40K for diあerent Longquan celadon clay samples

本文采集了龍泉市上垟、寶溪、竹垟、八都、小梅、道太、西街等7個(gè)瓷土礦點(diǎn)樣品，并對(duì)其放射性核素含量進(jìn)行了檢測(cè)與分析：

(1)龍泉市7個(gè)瓷土礦點(diǎn)中232Th、226Ra、和40K的比活度范圍分別為(57.4-195.2)Bg·kg-1，(1.2-54.6)Bg·kg-1，(576.9-926.0)Bg·kg-1，且天然放射性核素含量在合理范圍內(nèi)。

(2)與全國(guó)和浙江省的平均監(jiān)測(cè)值相比，龍泉市瓷土226Ra的比活度較低，而232Th的比活度較高，40K的比活度與浙江省平均監(jiān)測(cè)值處于同一水平，高于全國(guó)平均監(jiān)測(cè)值。

(3)龍泉市7個(gè)批次瓷土的內(nèi)外照射指數(shù)均未超過(guò)1.0，符合GB 6566-2010 《建筑材料放射性核素限量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，表明龍泉青瓷原料放射性核素總體情況較好。