表1
2. 四川省辐射环境管理监测中心站
2. Sichuan Management and Monitoring Center Station of Radioactive Environment
天然存在的氚是由高能宇宙射线与大气中的氮和氧相互作用产生的，但核爆炸试验和人工核裂变的释放是目前环境中氚的主要来源。20世纪50-60年代密集的大气层核爆试验使得环境中氚水平在60年代达到峰值，之后随着国际禁核试验条约出台，环境中氚水平在20世纪90年代接近天然本底水平[1-3]。而近年来全球原子能工业的发展让环境中氚水平再次受到关注。
核反应堆释放的氚以各种化学形态存在，而四川省高通量工程试验反应堆(以下简称HFETR)排放物中的氚主要是以氚水(HTO)形式存在的，从HFETR燃料元件包壳中泄漏到一回路冷却剂里的氚经稀释排放到环境中[4]。为了调查HFETR外围环境中氚浓度水平，四川省辐射环境管理监测中心站一直对HFETR进行着连续的监督性监测。本文根据四川省辐射环境管理监测中心站多年来对外围环境介质中氚浓度的监测结果，分析了2010年-2014年HFETR外围环境氚水平及其对周围居民的健康影响。
1 环境中氚浓度 1.1 监测布点图HFETR外围环境空气中、各类水体中(江水、浅井水和降水)氚的采样点布设见图 1。
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图 1 监测布点示意图 |
1号点位布设空气和降水采样点，距离反应堆直线距离约0.92 km；2号点位布设空气和降水采样点，距离反应堆直线距离约1.83 km；3号点位布设空气和降水采样点，距离反应堆直线距离约4.11 km；4号点位布设上游江水采样点，距离反应堆直线距离约4.6 km；5号点位布设排放口下游江水采样点，距离反应堆直线距离约2.31 km；6号点位布设浅井水采样点，距离反应堆直线距离约1.64 km。
1.2 分析方法HFETR地处西南湿润地区，采用冷凝法捕集空气中HTO，样品量满足分析要求[5]。由于空气中氚的分析目前没有国家标准，冷凝形成的水样同样按照GB 12375-90《水中氚的分析方法》[6]进行处理。
1.3 江水和浅井水中氚浓度2010-2014年HFETR外围江水和浅井水中的氚浓度见表 2。从监测结果来看：上游江水中年均氚浓度范围在1.21~2.04 Bq/L，下游江水中年均氚浓度范围在1.41~2.12 Bq/L，浅井水中年均氚浓度范围在1.33~2.03 Bq/L。相比于90年初四川江河水的平均氚浓度值3.24 Bq/L[1]，江水无论是上游还是下游均有所降低，最大氚浓度为2.12 Bq/L。同样，浅井水也低于90年代初的2.58Bq/L[1]。说明环境水样中的氚浓度还是天然本底水平，HFETR的运行并没有增加环境水样中的氚浓度。
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表 1 样品分析方法 |
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表 2 2010－2014年HFETR外围江水和浅井水中的年均氚浓度(1 s, Bq/L) |
2号和3号点位空气的年均氚浓度低于90年代初四川空气的平均氚浓度6.35 Bq/L[1]；而相比90年代初降水的平均氚浓度2.56 Bq/L[1]，只有距离HFETR 4.7 km的3号点位低于此值。随着监测点位与HFETR的距离增加，空气和降水氚浓度均明显下降，1号点位>2号点位>3号点位。这说明排放出的氚化水蒸汽遇到恶劣的天气或者长期排放易在局部地区浓集。见表 3。
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表 3 2014年HFETR外围空气和降水中氚浓度 |
人体可通过各种途径摄入氚，如呼吸、皮肤吸收、饮水和食物等。各种途径进入体内的氚的总量称为氚摄入量。对氚摄入量估计而言，这几种途径是相互独立的。本文暂且只考虑空气和饮水，每年氚的总摄入量I可以用下式估计：
| $ I = {Q_w}{C_w} + {Q_a}{C_a} $ | 1) |
式中，I为每年氚的总摄入量，Bq/a；Qw为每年通过饮水摄入的水量，L/a；Cw为饮水中氚浓度，Bq/L；Qa为每年通过呼吸(含皮肤吸收)摄入的水量，m3/a；Ca为大气中氚浓度，Bq/m3。
计算依据：①呼吸空气体积Qa，不同年龄段人员的呼吸率数据[7]见表 4。
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表 4 不同年龄组成员的呼吸率典型值(m3/d) |
② 饮用水量，各年龄成员饮用水的年摄入量数据[8]见表 5。HFETR外围环境中乡镇居民的饮用水源情况比较复杂。在摄入量计算时假定村民的饮用水由15%的浅井水和85%的江水组成。
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表 5 不同年龄组成员对水的年摄入量(L/a) |
氚水进入体内后迅速而均匀的分布在体液中，故组织或器官剂量系数与全身的剂量系数相同。在环境水中氚浓度平衡的情况下，每年摄入氚所致的组织或器官待积当量剂量与全身待积有效剂量一致，不同年龄组经吸入和食入两种途径摄入的单位氚化水量所致的待积有效剂量见表 6[9]。
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表 6 公众成员经吸入和食入摄入单位氚化水量所致的待积有效剂量e(g)ij(Sv/Bq) |
HFETR外围5 km范围内居民的居住点有2号、3号、4号、5号和6号点位。考虑2号、6号和5点位距离接近，采用5号点位江水、6号点位饮用水与空气中氚浓度较高的2号点位数据列入一组计算；3号和4号点位接近，列入一组计算。根据以上这些调查数据，结合各种途径的摄入量数据，通过剂量估算模式计算，得出2014年度HFETR外围各采样点位、各年龄组氚平均年摄入量和氚的待积有效剂量，见表 7。
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表 7 2014年各采样点居民不同年龄组经各种途径的氚摄入量与待积有效剂量 |
从表 7可以看出，对于HFETR 5 km范围内的居民来讲，距离HFETR较近的2号、5号和6号点位居民平均每年通过呼吸吸入(含皮肤吸收)、饮水的氚摄入量较高，摄入量顺序为成人>少儿>幼儿。由于2号、5号、6号与3号、4号点位之间在摄入量上并没有太大差异，造成的待积有效剂量一致。
3 结论HFETR 1 km范围内空气和降水中氚浓度最高，随着监测点位与HFETR的距离增加，氚浓度呈明显下降趋势。江水和浅井水中氚浓度均处于正常水平，说明HFETR氚的排放对环境造成的影响较小。
根据HFETR外围各环境样品中氚浓度监测数据，结合HFETR外围关键居民组的生活及饮食习惯，选取我国居民的空气、饮水的年摄入量数据，计算出HFETR外围公众经各种途径的氚年摄入量。其中成人年摄入量最高，为1.25×103Bq/a。根据ICRP 72号出版物推荐的目前最新剂量系数，计算成人经各种途径的年待积有效剂量为2.1×10-8 Sv/a。此待积有效剂量仅占公众年剂量限值的2‰左右(GB 18871-2002 《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定公众年剂量限值为1 mSv)[10]。由此得出，在试验堆的正常运行情况下，HFETR排放的氚对外围公众的影响很小。
| [1] |
任天山, 赵秋芬, 陈炳如, 等. 中国环境水氚浓度及其变化[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2001, 21(5): 381-387. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2001.05.025 |
| [2] |
张琳, 王莹, 刘福亮. 近二十年我国大气降水氚浓度及其变化[J]. 南水北调与水利科技, 2008, 6(6): 94-96. DOI:10.3969/j.issn.1672-1683.2008.06.028 |
| [3] |
Patrick A Harms, Ate Visser, Jean E Moran, et al. Distribution of tritium in precipitation and surface water in California[J]. Journal of Hydrology, 2016, 534: 63-72. DOI:10.1016/j.jhydrol.2015.12.046 |
| [4] |
许利华. 含氚废水的处理与处置[J]. 核动力工程, 1990, 11(3): 86-89. |
| [5] |
陈前远, 龚传德, 胡丹, 等. 核电厂外围辐射环境监测中空气中氚的取样方法初探[J]. 核电子学与探测技术, 2012, 32(11): 1348-1352. DOI:10.3969/j.issn.0258-0934.2012.11.029 |
| [6] |
国家环境保护局.GB 12375-90水中氚的分析方法[S].北京: 中国标准出版社, 1990.
|
| [7] |
中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB/T 17982-2000核事故应急情况下公众受照剂量估算的模式和参数[S].北京: 中国标准出版社, 2000-01.
|
| [8] |
潘自强. 中国核工业30年辐射环境质量评价[M]. 北京: 原子能出版社, 1990.
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| [9] |
梁海燕, 马永福, 倪士英, 等. 秦山核电基地排放氚所致公众内照射剂量估算[J]. 辐射防护, 2010, 30(3): 160-163. |
| [10] |
中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京: 中国标准出版社, 2002.
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