稀土矿石中一般伴生有铀钍系放射性物质, 而自然界中的²²²Rn/²²⁰Rn分别来自铀系和钍系。在人类所受到的整个天然辐射所致剂量中, ²²²Rn/²²⁰Rn及其子体的贡献占到了50%以上, 因此对环境中²²²Rn/²²⁰Rn及其子体水平的测量, 是评价公众剂量必不可少的内容。

该次调查的稀土化工厂位于上海市北郊, 于1960年建厂, 是国内一家最早从事稀土冶炼及产品深加工的企业, 产品主要包括稀土氧化物、三基色灯用荧光粉、彩电荧光粉和磁性材料。现在, 该厂面临退役, 为对其环境放射性水平有大致了解, 中国原子能科学研究院辐射安全部联合北京大学于2009年8月12 ~ 13日对其厂区周围环境中²²²Rn、²²⁰Rn子体浓度水平及土壤析出率进行了测量。

1 测量方法及质量保证 1.1 测量仪器

测量²²²Rn/²²⁰Rn子体浓度使用德国Tracerlab公司生产的BWLM-PLUS-S氡钍子体测量仪, 该仪器采用脉冲电离室法通过测量²²²Rn/²²⁰Rn子体衰变产生的α粒子给出²²²Rn/²²⁰Rn子体的浓度, 测量下限是0.01Bq/m³, 测量范围在0.01 ~ 2×10⁶Bq/m³。有三种测量方式可供选择:快速测量、慢速测量、核素测量。短周期的测量, 如在矿山环境, 测量时间可以选择1, 2, 5, 10, 30min; 在本次测量中, 采用continue模式, 测量时间周期选择10min, 个别测点为1h。

1.2 ²²²Rn/²²⁰Rn析出率测量方法

²²²Rn析出率的测量使用Tracerlab公司生产的ERS-2氡析出率仪, 集衰变计数室、PIPSα探测器、256道α谱仪和微机控制系统于一身的连续静电式氡/钍射气采样器。氡进入密封于被测表面的集氡腔后, 氡及其子体衰变产生的α粒子在衰变室壁+2500V的高压的作用下被收集到探测器表面, 256道α谱仪根据探测到的α粒子的不同能量给出α能谱, 微机控制系统根据α能谱识别出Po-218特征峰, 并根据系统参数计算出²²²Rn浓度。氡析出率的计算, 将在PC机上通过Tracerlab公司提供的数据处理软件ERSEval完成。该软件读入超级终端保存好的数据文本, 经过计算后给出以mBq/(m²s)为单位的²²²Rn析出率值。对于²²²Rn析出率的计算, 软件提供线性拟合、指数拟合两种方法。本次测量时间设为10min, 每个测量点测量4 ~ 5个周期。测量²²²Rn析出率时使用RAD-7氡测量仪加自制取样器测量, 测量时间为2min。测量结果经过拟合处理后由公式得出析出率。

1.3 质量保证

BWLM-PLUS-S曾与北京大学、疾控中心(CDC)、原子能院计量站的氡子体测量仪进行过²²²Rn/²²⁰Rn子体浓度的测量比对, 从数据的波动性上, 几台仪器的测量结果趋势基本完全一致, 说明该仪器的稳定性较好。ERS-2氡析出率测量仪及RAD-7测氡仪之前均在南华大学标准氡室进行了刻度, RAD-7测氡仪的刻度因子为1.02。

1.4 查布点

本次对²²²Rn和²²⁰Rn子体浓度的调查共设立了15个监测点, 其中厂区周围室外测点5个, 室内测点10个, 析出率监测点6个。调查点的选择着重于能代表整个厂区范围内的情况, 如车间区域和办公区域等以获得有代表性的数据, 在测量期间对测量地点的情况进行了记录, 如通风或密闭等状况。调查点的分布见表 1。

2 测量结果与分析^[2] 2.1 ²²²Rn/²²⁰Rn子体浓度的测量

表 2列出了此次调查的测量结果。从表中可以看出, 厂区室内²²²Rn和²²⁰Rn子体浓度平均值分别是8.58Bq/m³和0.09Bq/m³, 室外环境中²²²Rn和²²⁰Rn子体浓度平均值分别为1.08Bq/m³和0.06Bq/m³, 厂区室内²²²Rn和²²⁰Rn子体浓度都要高于室外环境中²²²Rn和²²⁰Rn子体的浓度。

根据场所用途, 将厂区室内测量点再分为车间和办公室, 我们进一步对²²²Rn和²²⁰Rn子体浓度进行比较分析, 比较结果见表 3。从表 3中可以看出, 车间内²²²Rn子体浓度平均值为14Bq/m³, 办公室内²²²Rn子体浓度平均值为3.16Bq/m³, 车间内的平均浓度约是办公室内的4倍。车间内²²⁰Rn子体浓度平均值为0.13Bq/m³, 办公室内²²⁰Rn子体浓度平均值为0.05Bq/ m³, 车间内²²²Rn和²²⁰Rn子体的浓度均高于办公室。

上海当地环保部门在1988 ~ 1990年间开展了上海地区空气中氡水平的调查工作^{[3, 4]}, 测得的室外空气中²²²Rn子体浓度平均值为3.5Bq/m³, 室内空气中²²²Rn子体浓度平均值为4.6 Bq/m³。与此相比, 本次测量的厂区室内和车间内²²²Rn子体浓度为8.58Bq/m³和14Bq/m³, 要高于上海典型环境室内的浓度水平, 而厂区室外²²²Rn子体浓度平均值为1.08Bq/m³, 比环境室外水平要低。

UNSCEAR2000年报告^[5]给出的世界室内、室外²²²Rn平均值为39Bq/m³和10Bq/m³, 室内、室外的平衡因子分别为0.4和0.6, 可以算出世界室内、室外氡所致EECRn浓度分别为15.6Bq/m³和6Bq/m³; ²²²Rn的室内、外的EEC浓度分别为0.3和0.1Bq/m³。可见, 在该化工厂室内外测得的²²²Rn/²²⁰Rn子体平衡当量浓度除个别点外, 都在世界室内、外平均水平之下, 未见明显异常。

2.2 土壤中²²²Rn/²²⁰Rn析出率的测量

室外环境空气中²²²Rn/²²⁰Rn及其子体的浓度水平与土壤中的²²²Rn/²²⁰Rn的析出率有紧密的关系, 而土壤²²²Rn/²²⁰Rn浓度与室外环境中²²²Rn/²²⁰Rn浓度的关联度较小。因此, 土壤²²²Rn/²²⁰Rn析出率的大小, 能更直接反映土壤中²²²Rn/²²⁰Rn对人们的危害。

我们对6处不同地方的土壤表面进行了测量, 测量地点在道边、花园等有土壤的地方, 各测点分布在厂区内外。表 4列出了土壤表面²²²Rn/²²⁰Rn的析出率。

从表中可以看出, ²²⁰Rn析出率远远高于²²²Rn析出率。²²²Rn析出率在不同的地点变化范围较大, 平均值为18.9mBq/ (m²s), 在世界土壤的平均值16 ~ 26mBq/(m²s)范围内^[1]; ²²⁰Rn析出率的变化范围也相当大, 平均值为0.41Bq/(m²s)。其中, 以厂区内稀土研究所门前土壤中的²²²Rn/²²⁰Rn的析出率最高, ²²²Rn的析出率为63.9mBq/(m²s), ²²⁰Rn的析出率为1.72Bq/(m²s)。

3 结论

通过对稀土化工厂进行环境放射性水平的调查, 对其辐射现状有了初步的了解。²²²Rn²²⁰Rn子体平衡当量浓度室内要高于室外环境。车间的²²²Rn/²²⁰Rn子体平衡当量浓度要高于办公室, 不过都在世界室内、外²²²Rn/²²⁰Rn子体浓度平均水平之下, 未见明显异常。

总体来说:只在一车间东侧测到²²²Rn/²²⁰Rn子体浓度偏高, 与当时此车间还在进行生产有关。稀土研究所门前土壤的²²²Rn/²²⁰Rn的析出率较高, 怀疑其土壤已经遭受污染。除此之外, 其他测点各测量值均属正常范围, 没有发现本底区域、办公区域与车间操作区域有明显异常的情况。

此外, 析出率的测量还受到气象条件的影响。比如, 温度、湿度、气压、风速、降水等对析出率有重要的影响作用。本次在析出率的测量过程中没有考虑到这些因素, 因此尚不足以代表整个测量范围内的平均水平, 为准确测量析出率, 应尽量在有利条件下测量。