滨海新区位于天津东部临海地区, 地处京津和环渤海两大城市带的交汇点, 与日本、韩国隔海相望, 是我国对外开放的重要窗口和通道。新区包括天津港、经济技术开发区、天津港保税区三个功能区, 塘沽区、汉沽区、大港区三个行政区和东丽区、津南区的部分区域, 面积2270平方公里, 当前常驻人口约180万。新世纪初期, 中央把规划和建设好天津滨海新区作为国家区域经济发展战略的重要组成部分, 要求发挥带动天津经济加快发展, 振兴环渤海乃至北方地区经济的重要作用, 为新区发展创造了重大历史机遇。土地作为经济社会的承载者得到充分利用, 从服务滨海新区发展、建设角度, 按照要求于2009年8月~12月对滨海新区天然放射性核素进行了测量。

1 Beck公式

土壤、岩石中存在许多天然放射性核素, 其衰变辐射形成了对人类辐射的外辐射场, 就剂量而言, 主要的原生放射性核素有⁴⁰K、²³²Th和²³⁸U以及²³²Th和²³⁸U起始的两个衰变链是最重要辐射来源。土壤中天然放射性核素的衰变在土壤中产生γ -β辐射场通过土壤-空气界面对人产生照射。有两种方法评估天然放射性核素产生的外照射。第一种方法是直接测量空气γ剂量率, 减去宇宙射线产生的剂量率, 第二种方法是测量土壤中相关核素的含量, 计算空气中的γ外照剂量率。为确定土壤中放射性寒素含量, 已进行过普查。这些结果可以通过在地表 1m高处估测土壤中每单位含量的核素所产生的空气剂量率得到, 多年来, 国际上主要依赖Beck的计算结果。

原野γ辐射水平(扣除宇宙射线的贡献)是由陆地土壤中的放射性核素产生。当土壤采样布点具有充分的代表性时, 陆地原野γ辐射水平可以用Beck公式^[1]来估算。

式中Dr为离地表 1m高处空气的γ辐射吸收剂量率, nGy/ h; C_k、C_Th、C_U分别为⁴⁰K、²³²Th和²³⁸U的放射性比活度, Bq/kg。根据资料显示^[1-3], 公式成立必须满足以下基本假设:①土壤中天然放射性核素随深度均匀分布, 构成无限大平面的辐射场; ②铀和钍系的所有子体处于放射性平衡状态; ③土壤密度及组分均匀并已知, 含水量假设为10%;④其他核素的贡献可以忽略。

由于自然界环境中的实际情况与假设的条件并不完全相同, 因此估算结果与实测结果可能存在一定的差异, 根据以往调查的结果, 我国大部分省市按照上述公式估算的结果与实际的结果相差10%以内。UNSCEAR的报告认为, 在基本满足公式的条件下, 若实测值与计算值相差超过30%, 则至少有一种方法不可靠^[1]。

2 数据监测

分析结果见表 1。根据工作需要, 滨海新区的监测点位共设50余个, 但因监测区域的快速发展, 致使监测点位无法设立在原生土上、无法远离水源等, 因此根据Beck公式适用的条件, 选择与上述条件较为一致的14个点位进行分析。

上述核素的分析是由有资质的单位进行分析的; γ空气吸收剂量率测量条件为距离地面1m, 探头放于三角架上, 监测时人尽量远离探头; 仪器测量计算值是按照D=K_γ×K×1/η-D_宇 ^[4]进行计算的, 其中D为仪器测量计算值, K _γ为仪器测量值, K为仪表在档的校准因子, η为仪表在辐射场测量时的效率修正因子, D_宇为宇宙射线的计算值。仪器测量计算值已经去除宇宙射线。

3 数据分析

根据文献[2]附件一的叙述, 根据《中国环境天然放射性水平调查》统计, 估算结果比直接测量值高5%, 上述14个数据中估算值的个数高于计算值的个数, 但大多数高于5%。

根据文献[2]的叙述, 如果按照10%的误差进行控制, 则有28.6%的数据符合要求, 如果按照20%的误差控制, 则有50%的数据符合要求, 如果按照30%的误差控制, 则有85.7%的数据符合要求。应该看到有部分(14.3%)超过了30%的误差, 因此按照文献[1]的叙述, 上述部分数据不可靠。

4 结论

在使用Beck公式估算γ空气吸收剂量率时, 适用条件是比较苛刻的, 天津平均海拔为3.8m, 大部分为2~5m, 沿渤海的地区更是不足2m, 因此土壤的含水量高于10%;其次由于测量地区的低洼水体较多, 土壤很难构成无限大平面的辐射场。

因此用Beck公式在滨海新区或者其他相似的地区, 估算γ空气吸收剂量率是不适宜的。