建筑材料中普遍存在着天然放射性核素。人们有80%的时间在室内, 所以建筑物内的放射性成为居民受照射的一个重要来源。建材中产生外照射的主要核素是²³²Th、²²⁶Ra及其子体和⁴⁰K的γ辐射; 造成内照射的主要是²²⁶Ra衰变的²²²Rn及其短寿命子体。建材来源除本市外, 主要来自河北省。为评价建材中的放射性的辐射剂量, 对7类建材36个品种进行了天然放射性核素²³²Th、²²⁶Ra和⁴⁰K的含量进行了测量, 并估算了所致居民的辐射剂量。

1 仪器和方法 1.1 样品制备

将采集到的建材原材料样品, 风干后碾磨经60目筛网过筛, 称取320克装入Ø75×75mm的塑料样品盒中, 装满、压实、密封待测。

1.2 测量仪器

法国DlDAC-800γ谱仪, 探头是Ø2″×2″NaI(Tl)晶体。探头置于厚10厘米的复合屏蔽铅室中。谱仪能量线性好于1%, 测量时间200分钟, 单次测量误差不大于15%。用逆矩体法进行解谱、定量分析核素。用AST286微机进行数据获取和分析并输出结果。此方法参加过卫生部工业卫生实验所组织的全国比对。

2 结果与讨论 2.1 建材中²³²Th、²²⁶Ra和⁴⁰K的含量

对7类36个样品的γ谱分析所得结果列于表 1。由表 1可以看出:²³²Th含量量高的是粉煤灰, 均值为100Bq·kg^-1, 砖和水泥居中, 最低的是石渣为1.5Bq·kg^-1; ²²⁶Ra含量最高的是粉煤灰和废渣, 天津某水泥厂的废渣高达395Bq·kg^-1, 最低的是石渣和砂子; ⁴⁰K含量最高的是砂子, 均值为844Bq· kg^-1, 最低的是石渣, 均值仅为48Bq·kg^-1。按建筑民用住房的建材配料比, 即砖为70%、砂子为20%、水泥为6.7%、石渣为3.3%。以此计算出墙体的三种核素含量列于表 1的最后一行。

2.2 室内建材辐射γ剂量率的估算

根据UNSCEAR1977年报告建议的建筑物室内剂量率估算公式^[1], 考虑门窗修正系数为0.7^[2]。于是得到估算公式:

(1)

式中C_Th、C_Ra、C_K分别为建材中²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K的比活度, Bq·kg^-1; D为室内空气γ剂量率值, 单位是10^-10Gy·h^-1。用表 1最后一行的数据代入(1)式, 求出室内γ剂量率为9.58×10-8Gy·h^-1。比天津市室外土壤地表的γ剂量率6.07×10-8Gy·h^-1高40%。

2.3 室内氡浓度的估算

住房内Ra衰变的Rn及其子体是居民主要的内照射源。UNSCEAR定义一种参考房间, 其容积200m³, 内表面积350m²。对参考房间来说, 不同氡源的相对重要性示于表 2^[3]。由此可看出, 建材是室内氡的主要来源。

建材中氡的折出率每单位浓度²²⁶Ra(Bq ·kg^-1)为10^-6~10^-4Bq·m^-2·s^-1[3], 我们取中值5×10^-5Bq·m^-2·s^-1。表 1给出²²⁶ Ra含量为34.1Bq·kg^-1, 得到建材表面氡的折出率为1.7×10^-3Bq·m^-2·s^-1。天津一般居室面积为3.3×4.4×2.7m³, 则体积为39.2m³, 表面积58.7m²。室内氡平衡时的浓度由(2)式^[2]给出:

(2)

R为单位面积上氡的折出率, S为表面积, V为室内容积, λ为年平均通风率, 取0.5h^-1[3]。Xo为8Bq·m^-3[4], 是大气本底值。将上述有关数据代入(2)式, 求得室内氡浓度为X=26.3Bq·m^-3。

2.4 建材所致居民剂量的估算

根据天津地区室外空气吸收剂量率为6.07×10^-8Gy·h^-1, 本文估算出室内空气剂量率为9.58×10^-8Gy·h^-1, 取室内、外居留因子分别为0.8和0.2, 按环境γ辐射空气剂量率与有效剂量当量的比值为0.7^[2], 可估算出室内建材对居民所致有效剂量当量为0. 47mSv, 室内外有效剂量当量为0.54mSv。

根据建材估算出天津市室内平均氡浓度为26.3Bq·m^-3。假定平衡因子F=0.5, 未结合态份额0.05, 气溶胶活性中位直径AMD=0.2μm, 则单位氡子体浓度产生的年有效剂量当量转换因子对室内外分别取0.061和0.031mSv/(Bq·m^-3)^[2], 求出天津市居民室内吸入氡及其子体所致年有效剂量当量为0.80mSv, 室内外总量则为0.93mSv。从这两项天然辐射所致居民剂量来看, 室内为1.27mSv, 室外是0.20mSv, 则室内比室外高5倍。

由于目前建材市场存在的管理问题, 有可能用高²²⁶Ra活度的材料制砖而建造住房。假定, 用天津某水泥厂的废渣制砖, 其²²⁶Ra含量已达395Bq·kg^-1, 按上述方法估算:室内γ空气剂量率为30.7×10^-8Gy·h^-1, 室内氡浓度达到181Bq·m^-3, 居民所受年有效剂量当量为7.2mSv。这将是正常普通住房居民所受剂量的6倍。

按照《建筑材料放射卫生防护标准》^[5]中的规定, 建造住房和公共生活用房的建筑材料成品的比活度应同时满足下面限制式:

(3)

(4)

式中A_Ra、A_Th、A_K分别为建材中²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K的比活度, 单位是Bq·kg^-1。表 1的废渣栏中, 天津某水泥厂和某化工厂的废渣, 均不能满足(3)式, 如建造住房, 应慎用。其它建材制品可用于建造住房。所以, 应加强建材市场的管理, 严格控制建材中天然核素的含量, 以避免给广大居民带来不必要的照射和危害。