¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等人工放射性核素是核弹、核武器试验和核反应堆内核裂变产物, 环境¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等人工放射性核素主要来源于核爆及核电站。大气层核爆试验产生的大量¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等成为环境人工放射性核素来源的主要部分, 随着¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等的衰变, 以及海水的稀释等作用, 核试验¹³⁷Cs等对环境本底的影响已逐渐弱化; 核电来源主要是1986年4月26日前苏联发生切尔诺贝利核电站事故, 造成¹³⁷Cs等在内的大量放射性物质泄漏; 2011年3月11日日本发生福岛核事故, 福岛以东、东南方向的西太平洋海域均受到¹³⁷Cs等在内的放射性物质影响; 目前随着全球核电增长, 核电产生的¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等放射性核素通过三废排放的份额虽不高, 但对海水环境影响不可忽视。核电站周边环境辐射本底调查是环境保护工作的一项重要基础工作, 核电运行前周边海水中¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等人工放射性核素的活度浓度的本底调查对监测核电运行阶段放射性核素的排放对周围海水环境影响提供本底检测数据。本文依据《水中放射性核素的γ能谱分析方法》(GB/T 16140-1995)^[1], 对海阳核电厂运行前周边海水中¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等人工放射性核素的活度浓度进行了分析测量。

1 实验材料和方法 1.1 实验材料

浓盐酸; 浓氨水; 磷钼酸铵; 电解纯MnO₂(100~200目)。

1.2 仪器和设备

搅拌器; GEM-FX8530P4型高纯锗γ谱仪(美国ORTEC公司), 相对效率:> 52%。

1.3 实验方法 1.3.1 样品采集 1.3.1.1 采样设备

采样用自制采水器; 美国GARMIN制造GPSMAP60CSX型GPS (卫星定位仪)等; 20L塑料桶。

1.3.1.2 采样点的选择要求

采样点主要分布在近海海域, 在距离排放口至2 km内采集样品。

1.3.1.3 采样方法

用自制采水器采集水样, 采样前洗净采样设备, 采样时用原水洗涤三次后采集。用自制采水器采集海水, 装入样品容器, 直至获得所需数量的水样。采好后立即盖好容器, 严密封固。

1.3.2 样品的制备

依据GB/T 16140-1995, 得到磷钼酸铵沉淀、MnO₂沉淀样分别制样测量。

1.4 测量

样品使用HPGe-γ谱仪测量24-48 h; 使用相似基质的标准源测量24 h进行效率刻度。

1.5 结果计算 1.5.1 活度浓度计算 1.5.1.1 相对比较测量法

¹³⁷Cs活度浓度计算使用相对比较测量法, 其活度浓度(Bq/L)计算公式为:

式中:C_e为A_e/a_e, 刻度系数, 其中A_e为刻度源核素活度(Bq), a_e为选择一个或几个加权的特征全能峰净峰面积计数率(s^-1); A_s为从测量样品开始到结束时所获得的核素特征峰净面积(计数); F₂为样品相对于刻度源γ自吸收校正系数, 如果样品密度和刻度源的密度相同或相近, F₂可取1;T为样品测量活时间, s; V-测量样品的体积, L; Δt为核素衰变时间, 即从采样时刻到样品测量时刻之间的时间间隔, s; λ为放射性核素衰变常数, s^-1; F₁为按下式计算的样品测量期间的衰变校正因子, 如果被分析的核素半衰期与样品测量的时间相比大于100, F₁可取为1。

如果设T_c为测量样品的真实时间(不是活时间T), 则短寿命核素在测量期间的衰变校正因子F₁为:

1.5.1.2 刻度效率曲线法

¹³⁴Cs、⁵⁸Co、⁶⁰Co、⁵⁴Mn和¹⁰³Ru等人工放射性核素其活度浓度(Bq/L)计算公式为:

式中:F₃为γ符合相加修正系数, 对发射单能γ射线核素, 或估计被分析γ射线的的相应修正系数不大时, 可取F₃为1, 否则应估算F₃; ε为相应能量γ射线的全能峰效率; P为相应能量γ射线发射几率; 其他符号和上式中符号意义相同。

1.5.2 标准差计算公式

式中:S为计数标准差(cps); A_t为样品测量总计数; T_t为样品测量的时间(s); A_b为本底测量计数; T_b为本底测量的时间(s)。

1.5.3 探测下限(MDL)计算公式:

式中符号和上述式中符号意义相同, 对未检出样品, 上式使用样品中该核素相应特征峰的总计数来计算探测下限。

2 实验结果及分析

在2010年11月4日和2012年2月29日分别对海阳核电厂周边海水进行了样品采集。使用上述仪器设备和方法, 海阳核电厂周边海水中¹³⁴Cs、⁵⁸Co、⁶⁰Co、⁵⁴Mn和¹⁰³Ru等人工放射性核素活度浓度均小于该方法的探测下限, 分别处在1.5、1.5、1.9、1.4和1.6 mBq·L^-1水平; ¹³⁷Cs活度浓度数据多数高于该方法的探测下限, 其活度浓度测量结果见表 1, 其中寨前、凤城镇分别在2010年11月4日、2012年2月29日进行了平行样测量。¹³⁷Cs的活度浓度范围为＜0.64~2.86 mBq·L^-1, 最低值出现在2011年11月4日小滩处, 最高值出现在2011年11月4日凤城镇处; 算术平均数为1.32 mBq·L^-1(小于MDL的以MDL/2计算), 标准误为0.11 mBq·L^-1。

3 讨论

本次海阳核电厂周边海水中¹³⁷Cs放射性处活度处在1995-2009年我国渤海海域海水中¹³⁷Cs的调查范围(0.02~9.0 mBq·L^-1)^[2], ¹³⁷Cs的活度浓度算术平均数低于1995-2009年的均值(2.5 mBq·L^-1)^[2], 说明随着¹³⁷Cs等的衰变、海水的稀释等, 海阳核电厂周边海水¹³⁷Cs仍处在一定的本底水平, 2012年2月¹³⁷Cs的活度浓度的调查结果未能说明2011年3月11日日本福岛核事件对该海域的¹³⁷Cs放射性水平的造成影响。海阳核电厂周边海水中¹³⁴Cs、⁵⁸Co、⁶⁰Co、⁵⁴Mn和¹⁰³Ru等人工放射性核素活度浓度均小于该方法的探测下限, 均处于本底水平。

本次海阳核电厂运行前周边海水中¹³⁷Cs、¹³⁴Cs、⁵⁸Co、⁶⁰Co、⁵⁴Mn和¹⁰³Ru等人工放射性核素的放射性水平调查, 为评价海阳核电站周边海水中天然放射性核素水平提供了¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等的本底测量数据。