1 引言

目前世界各国都比较重视电厂煤灰的综合利用，有些国家如日本、丹麦对煤灰的利用率已高达90%以上，波兰、法国、美国为50~70%, 我国燃煤电厂年排煤灰量约4000万吨，而我国对煤灰的综合利用率仅9%左右。因此消纳电厂产生的粉煤灰，使其在国民经济中发挥作用，这是个很重要的课题。粉煤灰可用作农业肥料，另一重要用途可作建筑材料，还可改进建材的性能。自然界的煤中含有一定量的天然放射性核素，而燃烧后的煤灰中的天然放射性核素的浓度要比煤高，因此在利用粉煤灰作建筑材料时必须进行卫生评价，了解它的放射性含量及对人体造成的放射性照射如何。本文仅就有掺粉煤灰的预应力混凝土上水输水管道的放射性影响进行研究。

2 方法和设备 2.1 粉煤灰和混凝土中天然放射性核素的分析

由北京西郊电厂采集了粉煤灰样品及我国部分地区的混凝土样品经粉碎后用γ能谱仪分析样品中Ra-226、Th-232、K-40的比活度。

2.2 粉煤灰和混凝土的氡发射率的测量

利用真空干燥器收集样品发射的氡、然后转移到抽真空闪烁瓶中，用测氡仪测定浓度，由氡和镭浓度计算氡发射率^[1]。

2.3 输水管表面的γ照射量率

使用FD-71剂量率仪测量1米高处的空气吸收剂量率。

2.4 输水管中放射性核素的溶解度测量

水在输水管道中是流动的，在实验室完全模拟流动下的溶解度较困难，为此在实验室中用混凝土模块在超声波作用下和静止水中两种情况下做了溶解度实验。

3 结果和讨论 3.1 粉煤灰的放射性核素的分析

一般情况下天然放射性核素在煤里的含量比地壳中的低，有关文献报道^{[2, 3, 4]}，中国煤中的Ra-226、Th-232和K-40的平均水平分别为27、26、69(Bq/kg)，其它国家如澳大利亚、巴西、加拿大、美国等Ra-226为4~100Bq/kg，Th-232为17 ~110Bq/kg，K~40为52~440Bq/kg。煤在炉中燃烧，较重的灰与未完全燃烧的有机物成为底灰和炉渣，飞灰通过烟道释放到大气，在不可燃烧的矿物质中的放射性核素就分配在底灰和飞灰中，因此灰中的放射性比活度要明显的高于煤中放射性比活度。中国61个电厂粉煤灰中U-238、Th-232和K-40的平均比活度分别为150、121和350(Bq/kg)。而其它国家如澳大利亚、西德、波兰、美国、苏联的^[2]Ra-226为225 Bq/kg，Th-232为44~ 70Bq/kg，K-40为240~520Bq/kg。

本研究主要分析测量了北京某厂的粉煤灰和我国部分地区水泥管原材料(混凝土)中的放射性核素水平，表 1列出了部分地区输水管混凝土中天然放射性核素比活度。表 2列出北京粉煤灰和北京输水管混凝土及掺粉煤灰的混凝土中的放射性核素水平。

输水管混凝土的放射性比活度强弱决定于混凝土中的水泥、砂和石子等的放射性比活度。由表 3数据可看出，北京的输水管混凝土的放射性比活度较低，在混凝土中掺入不同量的北京地区粉煤灰，分析其天然放射性核素比活度的的测量值可看出，粉煤灰的放射性比活度要高于混凝土浓度，U-238、Ra-226、Th-232的活度分别是空白混凝土的4, 10, 8倍。掺不同比例的粉煤灰混凝土的各种放射性活度相差不大，但要高于空白混凝土的水平。与表 1中其它地区的输水管混凝土的放射性水平相比并不算高，根据有关文献报道，混凝土中Ra-226、Th-232、K-40的典型值分别为50、48、590 (Bq/kg)，远高于掺粉煤灰的混凝土。因此就放射性影响角度看，上述掺粉煤灰的输水管混凝土是可接受的。

3.2 射氡率的分析

用掺有粉煤灰的混凝土制成的上水管道，需要考虑该输水管的氡通过饮水进入人体或室内，对人体产生的潜在辐射剂量，因此需要了解这些材料的射氡率。表 3列出了各种混凝土的射氡率。

由所测数据可知，掺粉煤灰的混凝土的射氡率是15.7~26.6%。不掺粉煤灰的为20.6%, 这与UNSCEAR1986年报告中采用的20%相一致。如果考虑测量误差，掺与不掺煤灰混凝土样品的射氡率是在一倍标准差范围内一致。

由上述所测掺粉煤灰的混凝土屮的Ra-226的浓度及射氡率可计算氡浓度

式中：R为管半径(cm), d为管壁厚(cm)

ρ为混凝土密度(克/cm³) η为射氡率(%)

C_Ra为Ra-226的比活度

根据所测数据及上水管的实际尺寸取：C_Ra=18Bq/kg,

η=27/%, d = 7cm, R = 80cm, ρ= 2.4克/cm³可计算氡浓度为2.04Bq/L，而北京地区自来水的氡浓度在几Bq/L到几百Bq/L范围内，由此计算出的氡浓度水平是比较低的，计算相应的年有效剂量当量约为14μSv对人体造成的潜在辐射剂量是较小的。

3.3 输水管表面剂量率

用FD-71测量了掺有粉煤灰和普通输水管的管内、外的剂量率分别为：8.18×10^-8Gy/h(管内壁)7.36×10^-8Gy/h (管外壁)和8.04×10^-8 Gy/h(管内壁)，7.49×10^-8Gy/h(管外壁)。其结果基本相同，与周围环境7.98×10^-8Gy/h无明显差别。

3.4 在水中的溶解度

水在输水管中流动，这样可能会有少量混凝土进入水体，进入水体的混凝土的一部分会溶于水。可能进入水体的混凝土的量取决于混凝土输水管的性能，水与输水管作用的强度和作用时间。为此将掺有粉煤灰和不掺粉煤灰的混凝土模块，在实验室使用其静止于水中和模拟流动水的情况下进行溶解度和水中的总α总β放射性测量。

不掺粉煤灰的混凝土粉末在水中的溶解度为0.31g/L, 掺有粉煤灰的样品为0.45g/L左右，要高于不掺粉煤灰的样品，但对模块，掺粉煤灰的样品在水中的溶解度低于或最少不大于掺粉煤灰的模块。掺15%、30%粉煤灰和不掺粉煤灰模块在振动情况下，水的总α分别为0.002，0.001和0, 006(Bq/L)、总β为1.87，1.37和1.93(Bq/L)不掺粉煤灰的高于掺粉煤灰的，这可能是由于掺粉煤灰后混凝土的致密性和粘结性能提高了，一般饮用水的总α和总β分別在0.001~3.1、0.005~2.4Bq/L^[5]范围内，上述测量结果在一般饮用水的浓度范围之内。

综上述研究结果可看出，混凝土输水管中掺30%以下的粉煤灰，并不増加对人体的辐射剂量，无损于公众健康。相反，消纳了部分电厂废渣，有利于环境保护。