为调查北京城区环境中放射性水平, 我们在北京城区中由北到南均匀设置了6个采样地点, 采集土壤样本对土壤的总α、β放射性比活度和三种放射性核素(²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K)的比活度进行测量。

数据显示, 北京常住人口1 961.2万人, 与10年前相比增加604.3万人, 平均每年增加60.4万人, 年平均增长率为3.8%^[1], 可见北京城区人口数量大, 人口数量增长快。北京地区被环境保护部批准颁发辐射安全许可证的单位有27家。其中中国原子能科学研究院拥有大型研究堆、微型堆和零功率反应堆若干座, 清华大学核能与新能源技术研究院有超过一座的核反应堆在运行, 还有中国人民解放军军事医学科学院、中国科学院高能物理研究所、北京肿瘤医院等25家单位拥有各类放射、射线装置、非密封放射性物质工作场所。因此北京地区的放射性物质的监测显的尤为重要。

1 实验方法 1.1 测量总α、β放射性比活度的实验方法

总α、β放射性比活度用CLB-102型α、β测量仪进行测量, 低本底α、β检测仪是一种测量低水平α、β放射性的精密仪器。可用于水、土壤、建材、矿石、气溶胶、食品等的总α、总β放射性测量; 辐射防护、环境保护中进行的α、β放射性检测; 还有科研、医疗、生物、农业等领域对放射性监测。

测得的数据按下面两式^[2]计算总α、β。

土壤样品中总α放射性浓度:

1)

式中: I_α =土样α放射性浓度(Bq/kg); C_α =试样的α计数; C_β =试样的β计数; k_βα = β射线对α计数的干扰率; T =测量时间(s); B_α =测量装置的α本底计数率(cps); ε_α =测量装置的α计数效率(cps/Bq); W_s =用于测量的土样质量(g)。

土壤样品中总β放射性浓度:

2)

式中: I_β =土样β放射性浓度(Bq/L); C_β =试样的β计数; C_α =试样的α计数; k_αβ = α射线对β计数的干扰率(串道比); T =测量时间(s); B_β =测量装置的β本底计数率(cps); ε_β =测量装置的β计数效率(cps/Bq); Ws =用于测量的土样质量(mg); η_β =化学处理β放射性的回收率。

1.2 测量3种放射性核素的比活度实验方法

3种放射性核素的比活度用NaI(Tl)探测器和MCR2500R型γ能谱仪, 用γ能谱测量法^[3-5]进行测量。用最小二乘拟合法^[6]进行计算, 权重最小二乘法本质上是逆矩阵法的引伸, 它把谱的每一道的计数作为一个特征道区, 每道的计数由所有核素在此道中影响的迭加。

2 样品的采集和制备 2.1 采集记录

我们于2012年4月16日下午分别到6个测量点进行取样工作, 采样当天下午温度为19 ℃, 采样时均选择无植被的地方, 并在土壤表面5 cm以下进行取土。这6个测量地点分别是:西二旗地铁站附近、五道口地铁站附近、西直门地铁站附近、复兴门地铁站附近、陶然亭地铁站附近、角门西地铁站附近。

2.2 样品的制备

采集的地点应选在平坦、开阔的地面, 宁可有草覆盖, 但不要有隐蔽植被或建筑物的遮挡, 应在没有降雨或者下小雨时采样; 用取样工具钻取5 cm深或耕种深度的土地样品; 大约采5个样芯(总的表面积约为200 cm²), 并组合制成一个样品, 装入塑料袋中, 贴上标签, 记录好采样时间、采样地点、天气情况、采样人姓名等信息。

样品去除植物的根、茎和石子, 用低温干燥箱(70℃)加速干燥, 干燥时间大概为24 h。用研钵把土壤样品磨成一定大小的颗粒, 再通过80目(或60目)筛孔过筛。取一个样品盒, 用两位电子天平进行称重, 记录好的空样品盒的质量(带盖)。将处理好的样品装入样品盒中, 尽量装满。旋上盖子, 清洁样品盒的表面, 再次称重, 记录装土后的总重。测量3种放射性核素的样本已经制作完成。

准备6个干净的样品盘, 并给每个样品盘上贴上标有采样地点的标签。在其中一个样本里取一定量干燥冷却后的土壤, 过60目筛, 用天平称量土壤约100 mg的放入相应的样品盘里, 记录土壤样品实际的质量, 重复上述步骤直到称量完6个样本。向样品盘中滴入适量的无水乙醇(乙醇的量应该能够覆盖整个盘面, 但又不能过多, 防止液体携带土壤流出, 造成土壤质量的损失), 用玻璃棒将土壤粉末尽量铺匀, 在红外灯下烘烤至干, 测量总α、总β的样本已经制作完成。

3 结果与结论 3.1 北京城区土壤放射性水平(表 1) 3.1.1 总α放射性比活度

总α放射性比活度在189.29 Bq/kg~376.85 Bq/kg之间分布, 平均值为316.13 Bq/kg。总α放射性比活度在中心城区相对较低, 测量点西直门和复兴门比平均值分别低40.1%和25.1%。

3.1.2 总β放射性比活度

总β放射性比活度在883.97 Bq/kg~1 211.3 Bq/kg之间分布, 平均值为999.01 Bq/kg。总β放射性比活度在西直门测量点相对较低, 比平均值低11.5%。

3.1.3 ²²⁶Ra的含量

²²⁶Ra的放射性比活度在18.17 Bq/kg~19.73 Bq/kg之间分布, 平均值为22.00 Bq/kg和北京郊区的平均值22.6 Bq/kg^[7]相差不大, 远比全国的平均值37.5 Bq/kg^[8]低。²²⁶Ra的放射性比活度在郊区相对较低, 最北面的测量点和最南面的测量点测的放射性比活度比6个测量点的平均值分别低17.45%和10.32%。

3.1.4 ²³²Th的含量

²³²Th的放射性比活度在29.86 Bq/kg~40.65 Bq/kg。平均值为35.88 Bq/kg和北京郊区的平均值34.6 Bq/kg^[7]相差不大, 远比全国的平均值54.6 Bq/kg^[8]低。²³²Th南部比活度相对较低, 在最南部的测量点测量的放射性比活度比平均值小16.78%。

3.1.5 ⁴⁰K的含量

⁴⁰K放射性比活度测量值范围是605.29 Bq/kg~660.25 Bq/kg, 平均值为637.44 Bq/kg, 比北京郊区的平均值649.6 Bq/kg^[7]略低, 比全国平均值584 Bq/kg^[8]略高.

3.2 结论

总的来说, 北京城区的土壤放射性属于本底水平, 没有受城区内含有放射性的场所带来的影响, 也没有发现异常的核素。总体维持在本底范围之内。