石島灣前沿站環(huán)境實(shí)驗(yàn)室監(jiān)督性監(jiān)測(cè)介紹

（山東省核與輻射安全監(jiān)測(cè)中心，山東濟(jì)南市，250022）韓玉龍 韓 松 楚 瀚

石島灣前沿站位于位于榮成市王連街道王連醫(yī)院東鄰，距離石島灣核電廠直線距離14.3km，占地17.4畝，總建筑面積約3900m2，其中環(huán)境實(shí)驗(yàn)室約2640m2。2015年9月15日，《華能山東石島灣核電廠輻射環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案》經(jīng)過國家核安全局批準(zhǔn)；2016年8月，石島灣前沿站開工建設(shè)；2018年4月完成主體工程建設(shè)，2018年9月18日，山東省核與輻射安全監(jiān)測(cè)中心派員進(jìn)駐石島灣前沿站參與實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試工作；2019年1月，全面開始儀器設(shè)備性能測(cè)試工作，2020年12月11日，石島灣前沿站通過了生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站組織的預(yù)驗(yàn)收，是國內(nèi)第一個(gè)在核電廠投料運(yùn)行前完成預(yù)驗(yàn)收的前沿站，為核電廠投料發(fā)電安全生產(chǎn)提供了保障。

石島灣前沿站實(shí)驗(yàn)室配有P型高純鍺γ能譜儀、低本底α、β測(cè)量儀、低本底液體閃爍計(jì)數(shù)器、熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)，以及配套輔助設(shè)備共230余臺(tái)。石島灣前沿站目前配有在編人員12人，負(fù)責(zé)環(huán)境樣品采集工作、前處理及樣品分析等工作。每年年初根據(jù)《華能山東石島灣核電廠輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)方案》制定本年度的石島灣前沿站環(huán)境監(jiān)測(cè)工作方案，監(jiān)測(cè)任務(wù)主要包括：空氣、水體、土壤(泥)、指示生物等，以及γ累積劑量監(jiān)測(cè)，所需采集、分析的環(huán)境樣品及頻次如表1所示。

1 P型高純鍺γ能譜儀

高純鍺γ譜儀是一種用于環(huán)境科學(xué)技術(shù)及資源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的核儀器，主要應(yīng)用于測(cè)量氣溶膠、沉降灰、土壤、水、指示生物等介質(zhì)中放射性核素[1]。放射性核素產(chǎn)生的γ光子和X射線，由于其不帶電荷，通過物質(zhì)時(shí)不能直接使物質(zhì)產(chǎn)生電離，不能直接被探測(cè)到，因此γ和X射線的探測(cè)主要依賴于其通過物質(zhì)時(shí)與物質(zhì)原子相互作用，并將全部或部分光子能量傳遞給吸收物質(zhì)中的一個(gè)電子，產(chǎn)生的次級(jí)電子再引起物質(zhì)的電離和激發(fā)，形成電脈沖流，電脈沖的幅度正比于γ和X射線的能量。在高純鍺γ能譜儀中，探測(cè)器實(shí)際上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，將光子的能量轉(zhuǎn)變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過譜儀放大器將該脈沖成形并線性放大，再送入模數(shù)變換器中將輸入信號(hào)根據(jù)其脈沖幅度轉(zhuǎn)變成一組數(shù)字信號(hào)，并由相關(guān)軟件形成譜圖并進(jìn)行分析[2]。

石島灣前沿站實(shí)驗(yàn)室選用的是ORTEC公司生產(chǎn)的P型高純鍺γ能譜儀（GEM60P4-83型），用于環(huán)境樣品的γ核素分析及總γ計(jì)數(shù)率測(cè)量。探測(cè)器類型為P型同軸型高純鍺探測(cè)器；測(cè)量能量范圍為50keV～10MeV；相對(duì)測(cè)量效率：60%；能量分辨率：<2.1keV(在1.33MeV處)；峰康比：≥45:1(在1.33MeV處)；通道數(shù)：≥16384道；本底：<3cps。

表1 前沿站環(huán)境實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)任務(wù)

2 低本底α、β測(cè)量儀

低本底α、β測(cè)量儀一種測(cè)量低水平α、β放射性強(qiáng)度的儀器，可用于水、土壤、氣溶膠、沉積物等樣品的總α、總β、90Sr放射性測(cè)量[3-4]。探測(cè)器是以氣體作為帶電粒子電離或激發(fā)的介質(zhì)，在氣體電離空間置有兩個(gè)電極，外加電場(chǎng)并保持一定的電位差，當(dāng)帶電粒子穿過氣體時(shí)與氣體分子軌道上的電子發(fā)生碰撞，使氣體分子產(chǎn)生電離而形成離子對(duì)，在電場(chǎng)中電子向正極移動(dòng)，電子在平均自由程內(nèi)獲得的能量足以與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生新的離子對(duì)，同樣新的電子又被加速再次與氣體發(fā)生電離碰撞，這就是氣體放大過程。正離子向負(fù)極移動(dòng)，最后到達(dá)負(fù)電極被收集，使電子線路上引起瞬時(shí)電壓變化（電壓脈沖），由后續(xù)的電子儀器記錄。

石島灣前沿站實(shí)驗(yàn)室選用的是ORTEC公司生產(chǎn)的低本底α、β測(cè)量儀（ORT-MPC-9604型），用于環(huán)境樣品中低水平總α、總β放射性活度測(cè)量，能同時(shí)測(cè)量α、β活度。探測(cè)器類型：流氣試正比計(jì)數(shù)器；測(cè)量通道數(shù)為4個(gè)，每個(gè)通道均有獨(dú)立的探測(cè)器、10cm鉛屏蔽和電子學(xué)單元，氣路系統(tǒng)采用并聯(lián)方式，各路之間完全獨(dú)立，互不影響，同時(shí)具有自動(dòng)扣除本地功能；探測(cè)器有效面積：≥20cm2；α、β計(jì)數(shù)器本底測(cè)量結(jié)果范圍滿足α≤0.1cpm、β≤1cpm的要求；效率測(cè)量結(jié)果范圍滿足α≥40.0%、β≥50.0%的要求；串道比：α對(duì)β：≤1%，β對(duì)α：0%。

3 低本底液體閃爍計(jì)數(shù)器

低本底液體閃爍計(jì)數(shù)器主要用于測(cè)定發(fā)生β核衰變的放射性核素，用于測(cè)量水體、指示生物中的氚、14C等核素，依據(jù)射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光效應(yīng)。首先是閃爍溶劑分子吸收射線能量成為激發(fā)態(tài)，再回到基態(tài)時(shí)將能量傳遞給閃爍體分子，閃爍體分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，發(fā)出熒光光子。熒光光子被光電倍增管(PM)接收轉(zhuǎn)換為光電子，光電子再經(jīng)光電倍增管倍增，倍增的電子流形成電壓脈沖，以脈沖信號(hào)形式輸送出去。將信號(hào)符合、放大、分析、顯示，表示出樣品液中放射性強(qiáng)弱與大小。

石島灣前沿站實(shí)驗(yàn)室選用的是PE公司生產(chǎn)的低本底液體閃爍計(jì)數(shù)器（Quantulus GCT 6220），對(duì)于低活度α和β放射性具有較高的靈敏度和檢測(cè)能力，可以用于環(huán)境樣品水中氚、氡、鐳和鈾的測(cè)量，核電廠氚和14C輻射的評(píng)估。能量范圍:0～2MeV；測(cè)量效率(對(duì)于密封的充氮、無猝滅的有機(jī)樣品):3H≥60%，14C≥95%；本底計(jì)數(shù):＜1.5cpm(20mL樣品瓶)。

4 熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)

輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中累積測(cè)量可提供輻射劑量數(shù)據(jù)資料，有利于評(píng)價(jià)輻射環(huán)境質(zhì)量和相關(guān)人群所受核設(shè)施排出物造成的外照射劑量，以LiF（Mg,Cu,P）為材料的熱釋光劑量計(jì)，常用于環(huán)境累積劑量測(cè)量[5-7]。當(dāng)熱釋光材料受到電離輻射照射時(shí)，電子獲得足夠能量，由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶并在價(jià)帶中形成空穴。電子或空穴在晶格內(nèi)運(yùn)動(dòng)，自由電子可能被導(dǎo)帶俘獲，空穴被激發(fā)能帶俘獲。當(dāng)把受照過的熱釋光材料加熱后，被俘獲的電子獲得足夠的能量逃逸出來與空穴結(jié)合，同時(shí)多余的能量以光輻射的形式釋放出來，其強(qiáng)度與從陷阱中釋放的電子數(shù)成正比，因而與磷光體吸收的劑量成正比并且隨溫度變化而變化，所以通過熱釋光可測(cè)輻射劑量。

石島灣前沿站實(shí)驗(yàn)室選用的是銳比公司生產(chǎn)的熱釋光讀數(shù)器（360A自動(dòng)型），具備測(cè)讀熱釋光或光釋光兩種能力，可以有效測(cè)量封裝在劑量盒內(nèi)的熱釋光和光釋光元件吸收的輻射劑量。能量范圍：12keV～7MeV；能量響應(yīng)：≤20%；測(cè)量范圍：1uSv～10Sv；熱釋光計(jì)量讀數(shù)器；溫度穩(wěn)定：±1%；高壓穩(wěn)定性：±0.005%；測(cè)讀時(shí)間：30s/片；讀數(shù)器集成的自動(dòng)進(jìn)樣和退樣系統(tǒng)，可以自動(dòng)讀取劑量元件200個(gè)。

5 結(jié)語

核電站外圍環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，石島灣前沿站按照“借鑒經(jīng)驗(yàn)、提前介入、全程參與、確保質(zhì)量”的工作原則，自石島灣前沿站規(guī)劃開始，就參與了前沿站設(shè)計(jì)方案審查，以及選址、建設(shè)、設(shè)備采購、安裝調(diào)試的全過程，先后多次派人到核電廠相關(guān)部門進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，共同研究解決前沿站建設(shè)、設(shè)備安裝調(diào)試過程中的矛盾和問題。石島灣前沿站2020年12月順利通過生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站組織的預(yù)驗(yàn)收，前沿站的順利、穩(wěn)定運(yùn)行，認(rèn)真履行監(jiān)督性監(jiān)測(cè)職能，確保了華能石島灣核電廠周邊區(qū)域環(huán)境安全和公眾安全，促進(jìn)了核電廠與地方的和諧發(fā)展。