高速公路辐射环境评价研究

陈 越, 刘庆成, 邓居智, 杨亚新, 徐贵来

(1.东华理工大学,江西抚州 344000;2.核工业北京地质研究院,北京 100029)

高速公路辐射环境评价研究

陈 越1,2, 刘庆成1, 邓居智1, 杨亚新1, 徐贵来2

(1.东华理工大学,江西抚州 344000;2.核工业北京地质研究院,北京 100029)

辐射环境监测是环境监测的重要组成部分,针对高速公路建设的特点及对其进行辐射环境监测,特别是在铀矿资源丰富的地区修建高速公路时,为最大限度地减少周围环境、公众以及施工人员受到辐射必须对放射性水平进行监测。对福建某高速公路进行辐射环境影响评价进行讨论。采用γ能谱测量方法测量放射性核素U,Th,K在土壤中的含量,从结果看比活度高于全国和世界的平均水平。根据Beck公式换算到1 m高度处的空气吸收剂量率平均值为137.59μGy/h,低于施工人员和公众所致照射剂量满足个人剂量管理限值 174μGy/h。通过大气-大地交换模型估算出平均氡浓度 122.33 Bq/m3,高于福建的平均氡浓度的水平。

环境评价;污染调查;吸收剂量率;氡的浓度

核能开发和利用、核试验以及核武器的研制,给社会带来巨大物质和经济效益的同时也对环境造成不同程度地影响,包括大量天然存在的放射性核素,对环境和人身造成一定的辐射损伤。最近,世界范围内对环境放射性的水平进行监测。根据《中华人民共和国放射性污染防治法》,在全国范围内开展了辐射环境监测工作,包括在铀矿资源丰富的地区修建高速公路时,必须对放射性水平进行监测,最大限度地减少周围环境、公众以及施工人员受到的辐射 (刘华等,2008;曹斌等,2010;黄富民等,2010)。

福建武夷山地区属于铀矿资源比较丰富的地区之一。在修建高速公路时,特别是在靠近和穿过铀矿发育地段或核辐射场偏高的地区,大量的土石方开挖和搬运过程中,会产生大量辐射。在施工中也可能接触到铀矿化的岩石或土壤,如果不进行有效的辐射监测,不仅对环境造成污染,对人体的健康也会产生危害(邱国华,2008)。由于天然放射性核素对人体造成不同程度的辐射损伤,国外在 20世纪70年代就已经建立一套完成的控制天然核素评价体系 (Michalis et al.,2003;Sroor et al.,2001;Amrani et al.,2001)。

采用便携式的能谱仪器测量铀、钍和钾的含量。国际原子能机构(I AEA)和国际辐射单位与测量委员会(ICRU)等颁发出版物中推荐了伽马能谱测量估算地表空气伽马吸收剂量率的方法。美国、瑞典、前苏联等国已采用航空地面伽马能谱测量资料,编制了全国地表伽马空气吸收剂量率图。国内核工业航测遥感中心应用航空伽马能谱测量数据估算了甘肃省部分地区的地表吸收剂量率。罗达玲等用野外伽马能谱进行了广东高本底地区土壤伽马照射量率测量 (王南萍等,2004)。王南萍等(2004)在广东珠海地区开展了伽马能谱测量用于环境电离辐射水平评价的系统方法技术研究。本文通过地面伽马能谱方法测量铀、钍和钾含量,利用刘庆成等(1998)所提出的大气-大地氡交换模型对高速公路中辐射环境进行评价研究。

1 方法原理及仪器设备

伽马能谱测量采用多道伽马能谱仪,根据铀、钍、钾放出的钍、钾射线能量特征测量道和道宽。岩石或土壤中放射性核素有特征伽马射线谱,可以达到直接测定放射性核素含量的目的,是进行环境电离辐射水平及放射性污染调查中快速、有效的方法。

本次研究选用加拿大生产RD-125便携式多道谱仪、国产 FD-3022四道γ谱仪和 BH-3103X-γ剂量率仪进行对比测量。γ谱仪经过标定,得出该仪器的换算系数,可以直接测量土壤或岩石中铀、钍、钾放射性核素含量及天然放射性核素能量范围内的总计数率。BH-3103X-γ剂量率仪采用137Cs源进行修正,用三脚架置于地面,等效测量中心位于地面 1 m高处γ吸收剂量率值。

2 数据处理及成果解释

2.1 铀、钍、钾比活度的计算

通过伽马能谱测量的方法得出沿线 U,Th,K含量测量结果。

40K,238U,232Th含量与比活度之间的换算关系(程业勋等,2005):

得出铀、钍、钾的比活度见表 2。

表1 U,Th,K含量测量结果Tab.1 The result of the content ofU,Th,K

表2 土壤中U,Th,K比活度Tab.2 Specific activity ofU,Th,K in the soil

从表中的数据可以看出,U,Th,K的平均值都高于全国和世界水平。

2.2 空气γ吸收剂量率的估算

主要采用γ能谱的方法计算空气吸收剂量率,根据Beck公式处理测量的U,Th,K含量,得出 1 m高处空气γ吸收剂量率值的大小。用Beck公式法估算吸收剂量率时,必须满足一定的条件:一是天然放射性核素在岩石或土壤中分布均匀,构成均匀的辐射场;二是铀和镭处于放射平衡状态。离地面1 m高处的伽马空气吸收剂量率可由公式 1估算(王南萍等,2004)。

式中 Dλ为 1 m高处γ射线的空气吸收剂量率(nGy·h-1);Kk,KU,KTh分别为40K,238U,232Th的换算系数;AK,AU,KTh分别为40K,238U,232Th的比活度(B q·kg-1)。Kk,KU,KTh取值分别为 0.042,0.462,0.604(nGy·h-1)/(Bq·kg-1)(程业勋等,2005),得出离地面 1 m高处的伽马空气吸收剂量率 (表3)。

表3 离地面1 m高处的伽马空气吸收剂量率Tab.3 Gamm a-ray abso rption rate in the air 1 m above ground surface

2.3 环境空气中氡浓度的估算

根据大气-大地氡交换模型计算出环境空气中的氡的浓度。可以为环境放射性氡水平极其辐射效应进行预测和评价。土壤氡析出率不仅与土壤氡逸出率有关,还与大气对流速度有关 (刘庆成等,1998;王卫星等,2005)。

式中 A=2.64×10-4ρ·Cu·Kp·α;C(Rn)为空气中氡浓度;D1,V1分别是岩石、土壤中氡的扩散系数(cm2/s)和对流速度 (cm/s);D2,V2分别为空气中氡的扩散系数 (cm2/s)和对流速度 (cm/s);ρ为岩石、土壤密度 (g/cm3);Cu为岩石、土壤中铀含量(%);λ为氡的衰变常数 (s-1);Kp为铀镭平衡系数;α为岩石、土壤的射气系数;η为岩石、土壤孔隙度。

根据刘庆成等 (1998)研究成果和工作区的数据进行分析。参数取值为:

X=-100 cm,D1=2.2×10 cm/s,V1=1.5×10-3cm/s,D2=0.2cm2/s,V2=5.5×10-3cm/s,D2=1.5g/cm3,KP=1,α=0.15,η=0.35,λ=2.1×10-6s-1。通过计算得出的结果如表 4.

表4 空气中氡浓度计算结果Tab.4 The result of radon concentrati on in the air

3 结论

通过大量野外实际测量数据,计算评价高速公路的辐射环境水平,得出以下几点认识:

(1)铀、钍、钾的平均比活度都大于国家和世界的平均值。主要是福建武夷山地区属于放射性含量较高的地区,放射性核素含量与铀矿位置显著相关,说明土壤中放射性核素的含量与土壤的形成过程及核素的迁移有关。

(2)施工过程中,要求γ辐射剂量率小于 174 nGy/h(扣出本底)。采用能谱测量的方法测量隧道沿线铀、钍、钾的含量,换算得到 1 m高度处空气吸收剂量率,平均值为 137.59 nGy/h。因此没有超过限值,对于施工人员和公众所致附加照射剂量满足个人剂量管理限值。

(3)符合施工现场空气中氡浓度不得大于 400 Bq/m3,根据大气-大地氡交换模型计算出来的施工现场空气中氡浓度平均值为 122.33 Bq/m3。

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Environment Evaluation of Radiation from the Highway

CHEN Yue1.2, L IU Qing-cheng1, DENG Ju-zhi1, YANG Ya-xin, XU Gui-lai2
(1.East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China;2.Beijing Research Institute ofUranium Geology,Beijing 100029,China)

Radiation monitoring is one of i mportant parts of environmentmonitoring.Radiation environmentmonitoring for highway construction,especially in the region with rich uranium,is necessary to decrease the pollution to environment,public and construction workers. In this study,the radiation environment influence of a highway in Fujian province is evaluated.The content of radionuclides such asU,Th and K in the soil ismeasured using rray spectrometer.Results show specific activity is higher than mean level of China and the world.The mean irradiation index of the air above 1 m of ground surface is 137.59 uGy/H using Beck method,which is lower than standard value of 174 uGy/H for builder and public.The mean radon concentration is 122.33 Bq/m3using exchange model of air-ground higher than mean in Fujian province.

environment evaluation;pollution monitoring;absorption rate;radon concentration

X822.3

A

1674-3504(2011)02-165-03

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.02.011

2011-01-17

国家自然科学基金项目 (40774075);国防基础科研项目(A3420060145)

陈 越 (1976—),女,讲师,博士,从事放射性物探、辐射防护及环境保护等方面的教学和研究工作。E-mail:chenyue-11@163.com.