環(huán)境地球化學調(diào)查中環(huán)境天然放射性測量方法探討

郭書勝

環(huán)境地球化學調(diào)查是一項基礎(chǔ)性、公益性，以服務于基礎(chǔ)建設規(guī)劃、發(fā)展與管理以及社會公眾信息需求為宗旨的地質(zhì)調(diào)查工作。近年來，隨著工業(yè)化進程不斷加快，其規(guī)模逐步擴張，其中資源短缺、環(huán)境質(zhì)量降低等問題日益突出。在環(huán)境地球化學調(diào)查工作中，有關(guān)環(huán)境質(zhì)量的放射性水平測量是其中重要內(nèi)容之一。最近幾年，部分省份逐步推進區(qū)域環(huán)境天然放射性水平調(diào)查評價工作，按照相關(guān)規(guī)范標準要求，開展環(huán)境天然放射性測量工作，有必要對放射性測量技術(shù)方法進行科學選擇，以確保天然放射性水平調(diào)查評價的準確性、可靠性，為區(qū)域環(huán)境地球化學評價提供放射性水平基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 調(diào)查評價內(nèi)容

開展環(huán)境地表γ輻射劑量率測量、放射性核素活度濃度測量、土壤氡濃度測量、水中氡濃度測量以及土壤、水中的放射性核素活度濃度檢測分析，大致查明地質(zhì)區(qū)域巖石、土壤、水體等天然放射性水平及分布特征，分析環(huán)境天然放射性的影響因素，評價天然放射性對地質(zhì)周圍環(huán)境及公眾健康造成的影響。

2 執(zhí)行標準及儀器參數(shù)

2.1 執(zhí)行標準及主要技術(shù)指標

2.1.1 《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》GB 18871-2002

公眾照射劑量限值年有效劑量不超過1mSv；放射性殘存物持續(xù)照射的劑量約束值通常應在公眾照射劑量限值10%～30%即（0.1mSv～0.3mSv）的范圍之內(nèi)。

地質(zhì)區(qū)域性土壤氡水平調(diào)查測點布置應按2km×2km網(wǎng)格布置，部分中可按1km×1km網(wǎng)格布置測點。因地形、工程施工等原因測點位置可偏移，不宜超過200m。當?shù)刭|(zhì)工程場地土壤氡濃度測定結(jié)果≥30000Bq/m3，且＜5000Bq/m3時必須按現(xiàn)行國家標準對基礎(chǔ)進行處理。當土壤氫濃度平均值≥50000Bq/m3，應采取地質(zhì)工程綜合防氡措施。

2.1.2 《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》HJ/T 61-2021

在新建設施投料（或裝料）運行之前或在某項設施實踐開始之前，對特定區(qū)域環(huán)境中已存在的輻射水平、環(huán)境介質(zhì)中放射性核素的含量，以及為評價公眾劑量所需的環(huán)境參數(shù)、社會狀況所進行的全面調(diào)查。

2.1.3 《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》HJ/T 61-2021

在新建設施投料（或裝料）運行之前或在某項設施實踐開始之前，對特定區(qū)域環(huán)境中已存在的輻射水平、環(huán)境介質(zhì)中放射性核素的含量，以及為評價公眾劑量所需的環(huán)境參數(shù)、社會狀況所進行的全面調(diào)查。

地質(zhì)工程中所是使用的主體材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度應同時滿足內(nèi)照射指數(shù)（Ira）≤1.0，外射指數(shù)（Ir）|≤l.0。

2.1.4 《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》GB/T 14583

全國性或一定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境y輻射本底調(diào)查，通常以適當距離的網(wǎng)格均勻布點。在地質(zhì)區(qū)域中的道路、草坪和廣場測量時，測點距附近高大工程的距離需大于30m，并選擇在地質(zhì)區(qū)域中的地表上lm處。

2.1.5 《地面伽瑪能譜測量規(guī)范》EJ/T 363-2012

使用伽瑪能譜儀在地表直接測定土壤或巖石中當量鈾（eU）、當量釷（eTh）和鉀（K）等核素含量。檢查工作量不少于總工作量的5%。

2.1.6 《氡及氡子體測量儀與監(jiān)測儀一般要求》GB/T 13163-1991

儀器的量程范圍應不少于四個數(shù)量級。當測量值在刻度最大值的10%～100%之間時，各種刻度方式的產(chǎn)品，對參考源活度的指示值的相對固有誤整不得超過±20%。

2.1.7 《水中氡測量規(guī)程》EJ/T 1133-2001

測氡范圍一般在0.37～3.7×103Bq/L，測量樣品時，脫氣時間3min，穩(wěn)定時間2min，一般只要求一次測量，每個氡濃度級別中超過允許誤差的樣品數(shù)量，應不超過該級別樣品總數(shù)的20%。

2.1.8 《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB/T 5749-2022

總α放射性小于0.5Bq/L，總β放射性小于1.0Bq/L，鈾小于0.03mg/L，鐳-226小于1Bq/L。

2.1.9 《擬開放場址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定（暫行）》HJ532000

本暫行標準要求所選劑量約束值能保證在場址開放后，由土壤中剩余放射性核素對公眾中關(guān)鍵居民組成員所造成的附加年有效劑量一般為公眾年劑量限值（1mSv）的1/10～1/4，即0.1mSv～0.25mSv。

2.2 儀器參數(shù)及指標

2.2.1 FD-3022-I便攜式地面多道伽瑪能譜儀

用途：地面放射性核素活度濃度測量；

儀器參數(shù)：探測器φ2"×2.4"BGO晶體；自動穩(wěn)譜；能量分辨率≤12%（對137Cs）；含量測量范圍eU：1～1000×10-6（Ur）、eTh：1～1000×10-6（Ur）、K：0.2%～100%；相 對 偏差eU≤7%、eTh≤7%、eK≤12%；使用環(huán)境溫度0℃～+50℃；相對濕度≤90%（50℃）。

相關(guān)規(guī)范要求：能量分辨率≤12%（對137Cs）；能量范圍總道0.40Mev～2.80Mev、eU1.66Mev～1.86Mev、eTh2.40Mev～2.80Mev、K1.37Mev～1.55Mev；含量檢出限鈾、釷、鉀和總道分別為1×10-6、2×10-6、0.2%、2×10-6；具有自動穩(wěn)譜功能，探頭能在500-1000nC/kg·h照射下正常工作；在3MeV以內(nèi)，能量非線性小于0.5%；在-10℃～55℃溫度范圍內(nèi)，不大于95%相對濕度條件下，相對誤差小于15%。

2.2.2 FD216環(huán)境氡測量儀

用途：土壤中氡濃度及土壤表面氡析出率測量；儀器參數(shù)：探測器為硫化鋅ZnS（Ag）和光電倍增管組合系統(tǒng)；靈敏度≥0.68cpm/（Bq/m3）；本底計數(shù)率≤0.3cpm；測量范圍300Bq/m3～300000Bq/m3；測量重復性誤差≤5%；長期穩(wěn)定性誤差≤10%；使用環(huán)境溫度-10℃～40℃；相對濕度≤90%（40℃）。

相關(guān)規(guī)范要求：量程范圍不小于4個數(shù)量級；工作溫度應在-10℃～40℃之間；相對濕度不應大于90%；不確定度不大于20%；探測下限不大于400Bq/m3；孔的深度宜為500mm～800mm，應采用專用工具打孔。

2.2.3 FD-3013H智能化χ-γ輻射儀

用途：環(huán)境地表γ輻射劑量率測量；儀器參數(shù)：探測器為NaI晶體；靈敏度≥350Cps/μSv；能量響應0.06～3.0Mev；測量范圍0.01μSv/h～200μSv/h；測量精度誤差≤10%；使用環(huán)境溫度-10℃～50℃，濕度不大于98%。

相關(guān)規(guī)范要求：量程范圍低量程1×10-8nGy/h～1×10-5nGy/h，高量程1×10-5nGy/h～1×10-2nGy/h；相對固有誤差≤15%；能量響應50keV～3MeV；使用環(huán)境溫度-10℃～+40℃；濕度不大于95%。

2.2.4 RAD7便攜式測氡儀

用途：水中氡濃度測量；儀器參數(shù)：固態(tài)的、離子植入的、平面硅α探測器；測量范圍0.1pCi/L～20000pCi/L；靈敏度為嗅探模式0.25cpm/（pCi/L）、正常模式0.5cpm/（pCi/L）；工作環(huán)境溫度0℃～50℃，相對濕度0%～100%。

相關(guān)規(guī)范要求：量程范圍低量程1×10-8nGy/h～1×10-5nGy/h、高量程1×10-5nGy/h～1×10-2nGy/h；相對固有誤差≤15%。

工作前所有測量儀器均送至具有國家級計量認證資質(zhì)的單位進行檢定，取得有效檢定證書后投入使用。儀器在使用過程中定期按照規(guī)范及設計要求進行準確性（誤差≤5%）、一致性（誤差≤10%）、穩(wěn)定性（誤差≤10%）檢查。FD-3013H環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率儀檢查周期為一個月，F(xiàn)D-3022便攜式多道能譜儀、FD216環(huán)境測氡儀及RAD7連續(xù)測氡儀檢查周期為兩個月，每日工作前后進行長期穩(wěn)定性檢查并繪制質(zhì)量控制圖，保證儀器“三性”檢查符合規(guī)范要求。

3 工作方法

3.1 環(huán)境地表γ輻射劑量率測量

實地測量地質(zhì)表面及內(nèi)部發(fā)展結(jié)構(gòu)，地表上方一定高度處（通常為1m）由周圍物質(zhì)中的天然核素和人工核素發(fā)出的γ射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率，單位為“nGy/h”。

采用網(wǎng)格法均勻布設測點，測量網(wǎng)度為0.5×0.5km，基本密度為每平方公里4個點。使用手持GPS定點，采用FD-3013H直接測出點位上的γ輻射空氣吸收劑量率瞬時值。測量時對同一網(wǎng)格內(nèi)的不同類型環(huán)境分別進行測量，每個點位測量三次，每次測量時間為1min取平均值作為該點空氣吸收劑量率值，在地質(zhì)區(qū)域中的地表、結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境測量時，測點距離附近高大工程建筑物的距離大于30m，并選擇在地質(zhì)結(jié)構(gòu)中間到地面上1m處測量。測量完成后記錄測點編號、測量值、地理特征描述及環(huán)境氣象參數(shù)等。

3.2 地面放射性核素活度濃度測量

實地測量地質(zhì)地表物質(zhì)中當量鈾（eU）、釷（eTh）、鉀（K）的活度濃度，單位為比活度“Bq/kg”。

采用網(wǎng)格法均勻布設測點，測量網(wǎng)度為0.5×0.5km，基本密度為每平方公里4個點。采用FD-3022-I便攜式多道能譜儀直接測定地表土壤或巖石中當量鈾（eU）、釷（eTh）、鉀（K）含量。野外測量時嚴格按照規(guī)范要求操作，手持GPS定點，將探頭直立在地面上或平坦的基巖上測量，要保證輻射立體角為2π，每個點位測量兩次，每次測量時間為1min，取平均值作為該點測量結(jié)果。測量完成后詳細觀察并記錄測點編號、測量值、地理特征、土壤或巖石特征及環(huán)境氣象參數(shù)等信息。

3.3 土壤中氡濃度測量

實地測量土壤中氡濃度，單位為“Bq/m3”。

采用網(wǎng)格法均勻布設測點，測量網(wǎng)度為1.0×1.0km，基本密度為每平方公里1個點。采用FD216環(huán)境氡測量儀及配件打孔測定土壤中原始氡濃度。野外測量時嚴格按照規(guī)范要求操作，手持GPS定點，到達測點后詳細觀察周圍地理環(huán)境特征及地表信息，選擇遠離水域地段打孔，孔深為70cm，成孔后迅速插入取樣器并及時將取氣器上部錐體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氡濃度，影響測量效果，并連接好取氣管路并調(diào)試儀器至工作狀態(tài)，設置抽氣時間為5min，測量時間為15min。對于測值較高測點進行重復測量。測量完成后詳細觀察并記錄測點編號、測量值、地理特征、土壤類型、土壤基本情況、溫度濕度等環(huán)境氣象參數(shù)信息。

3.4 水中氡濃度測量

實地測量地質(zhì)區(qū)域內(nèi)水體中氡濃度，單位為（Bq/L）。

氡測量選擇有代表性井水和自來水進行測量，主要涉及生活用水。測量儀器為RAD7連續(xù)測氡儀。測量時使用手持GPS導航確定測點位置，使用400ml取樣瓶用樣水清洗三次后采集。設置儀器為自動測量模式，測量時間為5min，測量次數(shù)為3次，最終以平均值作為該點水中氡濃度測量結(jié)果。測量完成后記錄測點編號、測量值、水體類型、水體規(guī)模等信息。

以上各項工作過程中若發(fā)現(xiàn)測值偏高或異常情況，應進行重復測量，并詳細說明測點情況并分析異常產(chǎn)生原因。當天工作結(jié)束后及時編寫當日測量工作小結(jié)，每日工作完成后及時將測量結(jié)果錄入電腦，并進行自互檢。各項工作根據(jù)進度適時布置檢查工作量，且不低于總工作量的5%。

4 數(shù)據(jù)處理及資料整理

4.1 數(shù)據(jù)迭代處理

首先對各項工作中采集的原始數(shù)據(jù)結(jié)果進行迭代處理，剔除離散化比較大的數(shù)據(jù)（剔除限為），對迭代處理后的數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進行正態(tài)檢驗，使數(shù)據(jù)趨于正態(tài)分布后，然后計算平均值（）、標準偏差（S）、偏度、峰度等，并將平均值（）確定為背景值。

4.2 圖件編制

應用迭代法處理后的數(shù)據(jù)，依據(jù)不同的評價標準和規(guī)范要求，分別編制各類原始點位數(shù)據(jù)圖、等值圖和輻射分區(qū)圖等。

（1）等值圖編制以調(diào)查區(qū)地理圖為底圖，內(nèi)容包括等值區(qū)、等值線、極值點位和數(shù)值及正態(tài)分布曲線圖。等值區(qū)色階按照小于、、～管理限值、大于管理限制分別采用藍、綠、黃、紅4個色系進行分區(qū)。

（2）輻射環(huán)境分區(qū)圖根據(jù)環(huán)境地表γ輻射劑量率、放射性核素活度濃度、土壤中氡濃度數(shù)據(jù)處理結(jié)果依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求分別編制，主要內(nèi)容地理圖底圖、土壤類型、地質(zhì)單元、輻射分區(qū)等。

①γ輻射分區(qū)圖依據(jù)1983-1900全國環(huán)境天然放射性水平調(diào)查研究成果（天然γ輻射水平按面積加權(quán)高組為＞70nGy/h）以及EJ/T977-1995規(guī)定的管理限值（γ輻射空氣吸收劑量率不超過174nGy/h），將調(diào)查區(qū)劃分為正常區(qū)（背景值）、偏高區(qū)（背景值～70nGy/h）、高值區(qū)（70Gy/h～174Gy/h）和異常區(qū)（＞174nGy/h）。②土壤放射性核素含量分區(qū)依據(jù)地表放射性核素活度濃度測量規(guī)程，將調(diào)查區(qū)劃分為正常區(qū)（背景值）、偏高區(qū)（背景值～背景值+2倍標準差）、高值區(qū)（背景值+2倍標準差～≤背景值+3倍標準差）、異常區(qū)（＞背景值+3倍標準差）。③地質(zhì)結(jié)構(gòu)土壤中，氡濃度分區(qū)工程地點土壤中氡濃度調(diào)查及防氡的一般規(guī)定，將調(diào)查區(qū)劃分為正常區(qū)（＜10000Bq/m3）、偏高區(qū)（10000Bq/m3～20000Bq/m3）、高值區(qū)（20000Bq/m3～30000Bq/m3、異常區(qū)（30000Bq/m3～50000Bq/m3）、綜合治理區(qū)（＞50000Bq/m3）。

4.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)成果圖件按照不同地質(zhì)單元、不同地物類型、不同土壤類型、不同地域分別進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析放射性水平分布特征，通過各類數(shù)據(jù)與不同地質(zhì)單元、地物、土壤、地域的套合疊加，分析輻射來源以及在環(huán)境中的變化及影響因素，研究其引起異常的機理機制，估算環(huán)境天然輻射對當?shù)鼐用癞a(chǎn)生的年有效劑量，綜合評價天然放射性對地質(zhì)周圍環(huán)境的影響，并提出相應的防治建議，最終形成調(diào)查評價報告。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

根據(jù)銀川市（三區(qū)二縣）放射性環(huán)境背景調(diào)查報告成果，在環(huán)境地球化學調(diào)查與評價中采用地表γ輻射劑量率測量、放射性核素活度濃度測量、土壤氡濃度測量、水中氡濃度測量以及土壤、水中的放射性核素活度濃度檢測分析方法是可行的，采集的各項數(shù)據(jù)準確性、可靠性能夠滿足工作需要，通過將不同土壤、建材和地物中的238U、232Th、40K的活度濃度、土壤氡濃度、水中放射性水平疊加分析，能夠分析其分布特征及其之間的關(guān)系，可以利用天然輻射外照射和內(nèi)照射的評價指標對區(qū)域天然放射性水平和輻射環(huán)境作出初步評價，因此文中采用的技術(shù)標準、測量儀器、工作方法可作為同類工作的借鑒。

5.2 建議

（1）環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中天然放射性水平測量工作有待加強，根據(jù)已開展的工作情況分析，天然放射性環(huán)境調(diào)查存在方法多標準不統(tǒng)一現(xiàn)象。建議盡快制定國家或地方相關(guān)規(guī)范標準。

（2）由于地質(zhì)構(gòu)造背景是決定調(diào)查區(qū)環(huán)境天然放射性水平的主要因素，對活動斷裂更應高度重視。

（3）西北地區(qū)發(fā)展了大量的蔬菜溫棚產(chǎn)業(yè)，屬于半封閉環(huán)境，作業(yè)人員比較固定，作業(yè)時間長，這種環(huán)境容易引發(fā)氡氣聚集，建議在今后工作中注意多此類環(huán)境中放射性水平的調(diào)查評價工作。

（4）在土壤中氡濃度測量過程中，在西北地區(qū)要避免在冬季出現(xiàn)凍土、農(nóng)業(yè)集中灌溉等時段開展工作，國家已開展工作發(fā)現(xiàn)，這個時間段測量結(jié)果變化很大，尤其是土壤氡濃度測量影響更大。

（5）在測氡儀的選擇上，盡量使用測量時間較快的儀器，以提高工作效率。同時對氡濃度高值區(qū)應采用多方法查明分布規(guī)律和發(fā)生機理，確定氡污染來源，正確評價天然放射性對不同人居環(huán)境的影響規(guī)律，為科學防范提供可靠的依據(jù)。