沉降物（降尘）是指在空气环境条件下，靠重力自然沉降在集尘缸中的颗粒物^[1]，可分为干沉降物和湿沉降物。干沉降是气体流体中的固体微粒在仅受自身重力、气体浮力和两者相互运动产生的阻力作用，自由沉降下来的大气颗粒物；湿沉降是发生降水事件时（包括雨、雪、雹、雾等），随降水沉降到地面的大气颗粒物^[2]。在发生降雨或降雪时仍会发生干沉降过程，但在这种情况下，湿沉降的影响要大得多，放射性核素的沉积速率远高于干沉降^[3]。受测量灵敏度的限制，有时难以通过环境γ辐射剂量率的测量观察到因核设施运行、远距离核爆试验和核事故的放射性物质释放引起的剂量水平的变化，辐射水平主要基于气溶胶和沉降物中放射性核素测量结果进行估算^[4]。根据相关文献报道，2011年日本核电事故所致我国境内公众（成人）有效剂量约有70%来源于沉降物的贡献^[5]。因此，沉降物中放射水平的测量对于评价核设施、核爆试验和核事故中放射性物质释放引起的剂量贡献有非常重要的意义。

沉降物的采样通常使用专门的沉降物采样器，收集土壤或植物上的污染物也是一种沉降物采集方法^[6-7]。广义上来说，对地表放射性污染的直接测量也是一种沉降物取样监测^[6]。通过对沉降物中放射性水平的监测，可以评估沉积食入内照射和沉积外照射水平，对于评价辐射环境质量水平、评估核与辐射设施运行及核事故对公众造成的剂量贡献具有重要意义，因此从上世纪开始就已经有关于上海^[8]、深圳^[9-10]、西宁^[11]等地区沉降物中放射性水平监测的报道，但是主要针对监测结果的讨论，关于沉降物采样、制样及分析方法方面的讨论较少。

本文对目前的辐射环境质量监测活动中沉降物样品的采集方式、制备方法及结果分析等环节存在的问题进行了梳理，并给出了部分建议。

1 国控网沉降物测量现状

目前，我国沉降物中放射性的环境质量监测主要由生态环境部设置在全国31个省的国控辐射环境空气自动监测站进行采样。采样方法为高罐法和水盘法相结合的方式。沉降物采样器（图1）由干、湿双采样桶、雨感器、雨水盖、自动补水泵、加热系统和控制系统等组成，采样桶深30 cm，直径为0.56 m，采集面积为0.25 m²。沉降物的采集是通过累积方式进行采样，累积时间为1次/季度。采样时通过感雨器自动切换沉降物的采样类型将干、湿沉降分开采集。干沉降通过在采样容器内加入蒸馏水或去离子水对落下来的沉降物进行收集，湿沉降则直接采集降水。

采集的样品进行γ能谱分析和放化分析（⁹⁰Sr、¹³⁷Cs）。由于目前干沉降物累积采样周期为一季度，样品量较少，用于开展伽玛谱核素分析的样品为干、湿沉降物合并成的总沉降，用于⁹⁰Sr和¹³⁷Cs放化分析的样品为全年累积样。样品采集后不加固定剂，各单位前处理都是通过蒸发减容后再烘干，然后铺样进行伽玛谱仪或放化分析。

根据2019—2021年全国辐射环境质量报告的监测结果（表1）^[12-14]，全国范围内总沉降物中天然放射性核素⁷Be日沉降量范围为0.01～12 Bq·m⁻²，⁴⁰K日沉降量范围为0.01～1.5 Bq·m⁻²，检出¹³⁷Cs的沉降物样品中¹³⁷Cs的日沉降量范围为0.06～7.0 mBq·m⁻²，检出⁹⁰Sr的沉降物样品中⁹⁰Sr的日沉降量范围为0.03～11 mBq·m⁻²，沉降物中短半衰期人工放射性核素¹³⁴Cs和¹³¹I均未检出，说明由于放射性核素的衰变以及沉降作用，上世纪大气层核试验和切尔诺贝利核事故后滞留在大气中的人工放射性核素影响已经逐渐减弱，目前国内在运行的核设施及研究堆对沉降物中人工放射性核素基本没有贡献，沉降物中放射性水平主要为天然核素和宇生放射性核素的贡献。

2 存在的问题

因为缺少沉降物中放射性水平分析相关的采样和测量规范或标准，根据对各省辐射环境监测机构开展沉降物监测的调研情况，各监测机构在沉降物样品采集、样品制备和结果分析环节存在各种不同的问题，亟需得到进一步的规范或统一。

2.1 样品采集环节 2.1.1 样品损失问题

在通常的环境质量监测中，大气沉降物中的放射性核素含量本来就非常的低。为了获得足够量的沉降物分析样品，降低样品中放射性核素的检出限，通常采集时间都比较长。目前各国控辐射环境质量监测站点的沉降物累积采样周期为一季度，而不同季节和不同地域范围内的环境温度和湿度差异非常大，导致干沉降物采样桶内滞留介质水的蒸发速度随季节和地域的差异很大，人工补水的时间很难把握，经常出现干沉降采样桶缺水导致干沉降量的损失，虽然站点配置有自动补水泵，但是受备用水桶容量的限制，也只能一定程度上减少缺水的次数；同样湿沉降采样桶在雨季也会因为长时间降雨或者短时间局部暴雨导致采集的雨水溢出，使得湿沉降样品损失。针对上述问题目前只能通过增加人工巡查频次，最大限度减少类似问题发生的次数。但是部分省份幅员辽阔或者一些处于偏远地区的站点，完全靠增加人工巡检频次发现问题很不现实，也不经济。

2.1.2 采样累积时间问题

各省监测站点的沉降物采样器都是采取干、湿沉降物分开采集的方式，受到采样量和仪器探测限的限制，目前只对总沉降进行分析。如果需要进一步对干、湿沉降物的日沉降量分别进行分析，就必须分别统计干、湿沉降物的累积采样时间。通过手动统计无法应用于长时间累计采样的情况，但现有站点的沉降物采样器都不具备自动累计干、湿沉降物采样时间的功能，无法分别对干、湿沉降物的日沉降量进行准确统计。

2.1.3 采样结冰问题

因为干沉降的干法采样使用硅油或甘油作为滞留介质，而硅油或甘油对样品的后处理造成困难，所以目前各监测站点均使用湿法采样收集干沉降，这需要采样桶一直保持有1～2 cm深度的蒸馏水或去离子水^[6]。但是水作为滞留介质到了冬季就因为结冰导致无法有效对干沉降进行收集，即使是配置了干沉降采样桶自加热的采样站点，也会因为气温变化的无常、增加能耗、加热设备故障等原因导致其实际使用的效果并不好。

2.1.4 样品酸化保存问题

采集后的沉降物样品如需要放置一段时间后再进行前处理，对为了减少样品在保存和蒸发过程中的附壁效应，需要用硝酸或盐酸酸化至pH值 < 2。但是绝大多数单位沉降物的主要前处理方式都是通过蒸发减容法，经过酸化的样品在处理过程中会吸水严重，影响样品制备。因此大部分的监测单位都选择采样后不对沉降物样品进行酸化处理尽快开展前处理，这就对样品前处理的时效性要求较高，否则就需要对沉降物样品后处理方法或分析方法进一步优化和完善以更好地解决样品的保存问题。

2.1.5 沙尘影响

由于各国控辐射环境质量监测站点的沉降物采集高度都为1.5 m，且未采取相应的防止再悬浮干扰的措施，导致诸如西北等地区沙尘天气较多的点位采集的沉降物样品中放射性核素监测结果受天气影响较大，监测结果不能如实反映实际环境中大气颗粒物的沉降情况，需要对这些区域的采样器高度进行优化或采取合适的防沙尘干扰的措施。

2.2 样品的制备环节

通过伽玛谱测量沉降物样品的优势在于可以对沉降物中所有的伽玛核素进行分析，因此对于样品的前处理就需要尽量保留样品中原有的伽玛放射性核素。但是目前缺乏理想的前处理方法，例如过滤法无法对溶于水中的核素进行收集，而常用的化学分离方法如共沉淀、萃取法，离子交换法和色沉法都是针对某一种或几种元素进行分离浓缩，同样不能保证分离后的样品保留了原样品中所有的伽玛放射性核素，因此普遍还是采用蒸发减容的方法，由此也导致了一些前处理过程中的问题。

2.2.1 前处理耗时问题

虽然蒸发减容的操作过程不复杂，但是通常采集一个季度的干、湿沉降物样品的总体积一般都不少于40 L，雨季时尤其多。因此蒸发减容的方式非常耗费时间，导致样品数量多的情况下无法全部及时进行前处理，并且对于没有加酸的样品，长期的存放还会存在放射性核素附壁损失的情况。

2.2.2 易挥发核素损失问题

通过蒸发制样不可避免的会导致易挥发的核素损失，虽然通过控制蒸发的温度可以一定程度减少易挥发核素的损失，但还是无法准确了解易挥发核素在制样过程中的回收率，降低了测量结果的准确性。

2.3 样品的测量分析环节 2.3.1 符合修正

大部分情况下经蒸发烧干后的沉降物的灰量都很少，为了提高伽玛谱仪对样品的探测效率，提高对沉降物中各种核素的检出能力，需要尽可能把待测样品贴近探测器表面以减少伽玛射线的衰减或者通过井型伽玛谱仪增大测量立体角来提高探测效率。但是这2种方法都会导致级联符合效应的增强，不利于级联衰变核素的测量，因此需要对测量结果进行级联符合修正。

2.3.2 几何修正和质量修正

因为沉降物样品的采样点位以及采样季节的差异，不同样品蒸干后的灰量以及样品的组成成分均会存在不同程度的差异，导致难以制备适合用于分析所有沉降物样品的参考样，使得测量结果需要考虑几何修正和质量修正问题。虽然在沉降物的量很少时质量和组分的差异对结果的影响较小，但是样品的几何修正仍然不得不考虑。解决几何修正最直接的办法就是制备不同几何规格的参考样品，然后通过拟合效率和高度曲线的方法来解决，但是其缺点就是需要制备不同规格的标准样品，工作量大，费用高。正是因为沉降物测量的各种修正问题难以通过简便的方法有效解决，目前大部分情况都是通过模拟计算的方式解决，但这需要购置昂贵的分析软件，并且要求分析人员有较丰富的模拟计算的实践经验，对修正结果的准确性也难以保证。

3 改进的措施

由于沉降物伽玛谱测量方面相关标准和规范的缺乏，相关的研究也较少，导致各单位在工作的开展中存在各种困难，但各单位在实际工作中开发了一些好的方法，总结了相关的有益经验：

（1）样品损失和采样时间累积问题，进一步完善辐射环境自动站平台软件的远程报警功能，接入沉降物采样器的缺水和溢水的报警信号，实现干沉降采样器缺水和湿沉降溢水状态远程提醒，以便运维人员及时处置。

（2）结冰问题采用乙二醇和水以1∶1的体积比混合代替蒸馏水或去离子水，既可以防冻，又可以保持采样器底部湿润，还能抑制生物和藻类的生长，实际的使用效果较好，北方寒冷地区推广使用。

（3）在沉降物样品烘干后使用酒精进行清洗再铺样，大大减少了样品在制样转移过程中的灰量损失，也减少了铺样的难度，提高了铺样的质量和工作效率。

（4）为了解决沉降物样品灰量不足，影响后续样品的一致性问题，可以参考 《总β放射性的测定 厚源法》（HJ 899—2017）^[15]中的方法，对样品灰量少的样品加入一定量的不溶性的低放射性空白基质，统一待测样品的质量，避免了制作不同规格的参考源和几何修正。

（5）针对采样期间收集的雨水量较多时，通过蒸干方式制备沉降物样品非常耗时的问题，可以采用化学沉淀法进行处理。

（6）优化沉降物测量项目，由于国控网沉降物采样周期为3个月，建议取消沉降物中¹³¹I、¹⁴⁰Ba等短半衰期核素的监测，对相关核素沉降情况评价可以通过采集气溶胶和地表土壤的方式代替，增加²¹⁰Po、²¹⁰Pb这两个天然核素，通过这两个核素的测量可以更加全面的了解环境沉积情况。

4 讨　论

综上所述，由于γ辐射剂量率随着距离衰减严重，对于一定距离外的核设施运行、核爆试验和核事故所引起的放射性物质释放情况的监测主要基于沉降物和气溶胶中的放射性水平分析。通过对沉降物放射性水平的监测，还可以评估沉积食入内照射和沉积外照射，因此对于评估核设施、核爆试验和核事故所致公众有效剂量具有非常重要的作用。但是目前国控网沉降物的采样、前处理和分析过程都存在各种不可控的问题，因此加大对沉降物测量相关研究，抓紧开展大体积样品的制备方法研究，尽快制定沉降物采制样和分析方法的标准或规范，统一沉降物样品采集、制备和测量的过程是非常迫切的。