引言

近年来, 我国居民室内使用釉面瓷砖装饰地或墙的越来越多。为了掩盖胚质, 改善色泽, 并使釉面砖表面光洁, 易于清洗, 避免侵蚀, 彩釉砖生产厂家采用了在釉面料中加入放射性比活度较高的锆英砂作为乳浊剂的生产工艺。由于我国建筑陶瓷行业使用的大都是国产锆英砂, 其γ放射性比活度超过了我国现行国家标准《放射卫生防护基本标准》对"放射性物质"的定义值(7 ×10⁴ Bq/kg); 也超过了国际原子能机构(IAEA) 1997年发布的新标准《国际电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准》(IBSS)对天然放射性的豁免值(1 Bq/g)^[1]。再加上彩釉砖使用时又粘贴于建筑物表面, 这就使得它与一般建材对消费者的辐射途径和特点不同。那么, 彩釉砖通过什么途径对用户造成辐射, 这些辐射必须控制在什么范围才能符合放射防护体系的要求呢?

1 彩釉砖对用户的辐射途径

彩釉砖的基质材料与一般建筑材料的取材基本一致, 其釉面由于加入了放射性比活度较高的锆英砂, 致使成品釉面中²²⁶Ra含量较高, 因此, 彩釉砖对消费者的辐射途径一是来自原材料的天然γ、β外照射, 由于β射线的穿透性较弱, 因此本研究忽略β射线对人外照射剂量的贡献; 二是来自釉面料中²²⁶Ra衰变产生的氡及其子体对人体的照射(由于氡为α衰变, 釉面料的紧密结构充当了屏蔽物, 阻止了基质材料中氡的析出, 使得整个彩釉砖对室内氡的贡献仅为表层釉面析出的氡)。三是超过使用寿命(一般8 a左右)或人为损坏后脱落的釉面料尘被人体吸入或食入而造成的体内照射。

基于上述分析, 我们对各厂生产的釉面砖的γ外照射水平, 表面α、β辐射水平, 成品及釉面料的核素放射性比活度、釉面砖表面氡析出率及装饰居室的室内氡等进行了测量。

2 测量仪器和方法

γ外照射量率用FD-71微伦仪在成品堆(厚度大于0.5 m, 面积大于2 m×2 m)表面10 cm处测量; 表面α、β辐射用FJ -2201 α、β表面沾污仪在面积大于300 cm²的釉面砖成品表面进行测量; 核素分析用美国EG & G ORTEC公司的HPGe ADCAM^TM 918型γ谱计算机系统, 将采集的各个样品干燥后研碎成60目的粉末, 分别混匀装满Φ75 mm ×75 mm的样品盒内封存14 d后用γ谱全能峰法分析测量, 釉面料均采自生产线上已配好正在喷涂的釉料; 釉面砖表面氡析出率按国家标准《建筑物表面氡析出率的活性炭测量方法》进行; 室内空气中氡浓度的测量是选择同一住宅楼同一面积的装瓷砖和没装瓷砖的居室, 选出的房间均关闭门窗两小时, 按国家标准《空气中氡浓度的闪烁瓶测量方法》进行测量。

3 测量结果

釉面砖的原材料及成品的放射性水平及其他各项测量结果分别列于表 1~表 7。

4 讨论与建议 4.1 彩釉砖与普通建材的区别

由表 2, 表 3可看到:彩釉砖与普通建材(其放射性为天然存在, 非人为加入, 且放射性在产品中均匀分布)不一样, 表层釉面和基质的放射性水平相差较大。高的达两个数量级; 其成品表面的氡析出率也较普通建材高(表 5); 彩釉砖表面α、β污染水平超过豁免限值的, 核素分析结果却未超过建材标准; 装彩釉砖的居室内的氡浓度普遍较未装釉面砖的室内氡浓度高(表 7); 装釉面砖和未装釉面砖的室内γ外照射量率差异无显著性。说明对彩釉砖产品及其装饰居室的放射性测量和限值不能套用我国现行《建筑材料放射卫生标准》。另一方面, 现行建材标准使用公众限值来推导核素比放射性活度限制式, 而ICRP 60和IBSS (1997)都明确指出, 对公众的限值不适用于天然放射性; 制定现行建材标准在做建材氡的释出率时^[6], 是将建材样品粉碎成一定粒度, 烘干后密封于玻璃瓶内一段时间, 测量单位重量建材排出颗粒表面这部分氡的平衡浓度来计算氡的释出率, 这种方法得出的释出率不是成品建材表面的释出率, 而是"稀释"了的一定粒度的建材样品的体释出率。这种方法和现行国家标准《建筑物表面氡析出率的活性炭测量方法》(GB/T 16143-1995)对"表面氡的析出率的定义也是不一致的。因此, 我们认为, 不管将彩釉砖划归哪一类, 都应尽快制定彩釉砖的专项放射卫生标准, 以适应当前国际放射防护的发展趋势。

4.2 彩釉砖的放射性限值建议

釉面砖在我国广泛使用, 是近十年的事。在国外, 它的历史要长些。但发达国家的釉面砖一般仅用于厨房、卫生间、洗衣间的装饰, 在这些地方人们的居留时间很短, 所以国外虽然也有关于釉面砖放射性的报道, 却至今未见有关釉面砖的放射性限值报道。在我国, 釉面砖普遍用于家居客厅和卧室甚至办公室的装饰。由于人们尤其是城市居民在室内活动的时间很长(一般为19~22 h), 对釉面砖中使用了锆英砂的彩釉砖成品及加入锆英砂的天然放射性进行控制就成了亟待解决的课题。

本研究认为^{[7, 8]}, 当彩釉砖成品中天然放射性核素²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K的放射性比活度C_Th、C_Ra、C_K (单位Bq/kg)满足:

即:

同时, 釉面料中²²⁶Ra的比活度C_Ra ≤1200时, 我们就认为该彩釉砖可用于室内装修; 否则, 须减少釉料中锆英砂的加入量, 直到符合上述限值。

该建议对釉面料中的²²⁶Ra比活度进行了限制, 这就使建筑陶瓷熔块生产厂家的产品同时受到了限制。这些陶瓷熔块生产厂家的锆英砂用量较大, 一般每年为200~2000吨, 而所用锆英砂原料的放射性比活度大部分都超过了7×10⁴Bq/kg, 其等效年用量都达到了现行《放射卫生防护基本标准》乙级工作场所的水平, 应按放射工作场所进行管理。

4.3 室内装饰彩釉砖的放射性测量和评价

从前述表 3可见, 装彩釉砖和没装彩釉砖的室内γ水平几乎没有差别, 这是因为釉面砖占整个建筑的质量份数很小, 即使它本身的放射性比活度很高, 但对整个室内γ的总贡献很小。如果仅根据室内γ水平来判断装饰材料的放射性水平的高低, 必然会引起错误。对此, UNSCEAR 1993年报告引入了一个新的量-放射性利用指数来计算装饰材料的附加剂量^[9], 但该方法的前提是已知各装饰材料中²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K的放射性比活度, 而对已装修的居室, 要采样作核素分析就可能要引起损坏。考虑到²³²Th、²²⁶Ra为α衰变、⁴⁰K为β衰变, 我们对彩釉砖的表面α、β辐射水平和它们相应的²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K放射性比活度的关系进行了研究。结果发现, 当表面α辐射水平低于8×10^-3Bq·cm^-2且表面β辐射水平不超过2×10^-1Bq·cm^-2时, 装饰材料的内、外照射都在安全范围以内; 当表面α或β辐射水平超过上述值时, 才考虑采样进行核素分析(这种情况在实际发生的几率很低大部分情况下都不超标)这样不仅直观、方便, 也避免了采样损坏室内装修。

4.4 对锆英砂操作场所及相关的放射性管理建议

锆英砂(ZrSiO₄)作为UNSCEAR 1993年报告定义的重矿砂, 在工业上有广泛的用途。如生产陶瓷、耐火材料、铸造和研磨材料、催化剂、油漆、核反应堆的燃料包壳和结构材料。锆英砂矿基质多为独居石, 含有少量磷、钇等杂质。矿石本身含有较高的天然放射性。国际放射防护委员会(ICRP)1997年发布的第75号出版物就明确指出^[10]:含天然放射性较高的锆石、二氧化锆矿、氧化锆、磷酸盐岩等, 只要母体的活度浓度在1~10Bq/g, 它们引起的辐射就应认为是"职业照射"。针对锆英砂为干粉、且其²²⁶Ra的放射性比活度较高的特点, 本研究建议^[11]:锆英砂的堆放地周围应用防护屏蔽并有专人负责保管; 对操作锆英砂的场所应作为开放型放射性工作场所进行定期监测; 工人在操作锆英砂干粉时, 应戴防尘口罩等作内照射防护; 另一方面, 由于锆英砂中²²⁶Ra的比活度很高, 它对锆石开采工人及周围居民形成的高氡水平的照射和由于矿砂粉末的吸入引起的内照射都应引起放射防护管理部门的关注。