秦山核电基地外围水体环境中14C水平和分布

王钟堂，胡 丹，许 宏，郭秋菊，＊

（1．北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室，北京 100871；

2．浙江省辐射环境监测站，浙江杭州 310012）

秦山核电基地外围水体环境中14C水平和分布

王钟堂1，胡 丹2，许 宏2，郭秋菊1，＊

（1．北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室，北京 100871；

2．浙江省辐射环境监测站，浙江杭州 310012）

为了解和评价运行20余年的秦山核电基地外围环境水体中14C的水平和分布，本文研制了水体中溶解态无机碳提取装置，并结合加速器质谱法对秦山核电基地外围环境中采集的水体样品进行了14C活度的测量。测量结果表明，距排放口5km内的海水样品14C比活度为（203．4±5．6）Bq／kg，分布范围为196．8～206．5Bq／kg，与参照点（本底）处于同一水平，未观察到显著的浓度分布规律。另外，也未观察到地表水、井水及地下水样品中14C浓度与参照点相比有显著增高。本次水体采样调查结果表明，核电站排放的冷却水未引起近海岸海水中14C浓度增高，无14C富集现象。

14C；秦山核电基地；水体环境；溶解态无机碳

14C是核电站正常运行时向环境中排放的放射性核素之一，由于其扩散流动性强、易进入生物链、可参与生命循环，是核电站周围公众所受辐射剂量的主要贡献者，而受到广泛关注［14］。正常运行时，核电站产生的14C主要通过两种途径排入外部环境：通过烟囱的气态排放和通过废水管道的液态排放。IAEA421报告［5］中指出：对于压水堆，14C液态排出是气态排出的1%；对于重水堆，液态排出量更少。液态流出物中的14C量虽少，但由于14C在局域水体中的扩散较气态14C在大气中的扩散要差，同时由于大气中的14C会向水体转移，有增加核电站周边水体中的14C含量的可能。因此，对核设施周边环境水体中14C水平的调查分析是环境安全评价的科学基础之一。

目前关于国外围绕核设施开展的水体中14C测量的文献非常有限［6－7］，国内有关核电站排放14C的研究主要集中在气态14C、植物中14C分布等方面［8－11］，液态排放14C的相关研究很少。2011年颁布的国家标准GB 6249—2011［12］中明确规定了核动力厂通过液态途径排放到环境中的14C的限值，使得国内核电站排放废水及周围水体中14C水平的监测有了迫切的需求，但目前有关在役核电站周边水域中14C水平调查的数据非常有限。

为调查研究核电站运行对其周围水域中14C水平的影响，本文将已运行了20余年的秦山核电基地外围环境水体作为调查对象，建立加速器质谱法测量水样品中14C活度的方法及装置，并利用该方法对秦山核电基地外围的海水样品和淡水（地表水、地下水及饮用水）样品进行测量，以期为评价秦山核电基地排放的液载14C对周边水系的影响提供依据。

1 材料和方法

1．1 秦山核电基地简介

秦山核电基地位于浙江省海盐县杭州湾北岸的秦山山麓，该基地有3座核电厂，即秦山核电厂、秦山第二核电厂和秦山第三核电厂（简称一期、二期、三期）。目前共有5个压水堆和2个重水堆机组在役，包括1个一期压水堆（300MWe）、4个二期压水堆（600MWe）和2个三期重水堆（700MWe）。3个核电厂产生的废液将通过各自的排水口排出。含14C的废液并非连续排放，而是核电厂根据情况适时排放。

1．2 样品采集

为得到核电厂废液排放口14C的浓度、近海岸海水中14C的分布（判断有无14C的富集）及14C向深海扩散的情况，设置了海水采样布点（S1～S15），同时在废液排放口设置取样点SⅠ、SⅡ和SⅢ，如图1所示。淡水样品在最靠近核电基地的居民区采集，也在图1中标注。海水的参照样品于离秦山核电站9km左右的海边采集，淡水样品的参照样品均于上海地区采集（北纬31°24′58″，东经121°17′44″）。2013年5月27—28日进行了海水样品和淡水样品的采集。每个样品用2个1L的广口瓶采集，采样操作依据美国加州大学碳循环AMS实验室的海水样品采样规范［13］。

图1 采样点分布Fig．1 Geographic position and water sample location of Qinshan NPP

1．3 化学处理

在进行加速器质谱测量前，所有水样品需经过溶解态无机碳（DIC）提取和石墨制备两个步骤。水样品无机碳提取是制样过程的一个难点，要求在操作过程中样品不能与空气接触（避免发生碳交换）。本研究中样品DIC的提取在实验室搭建的DIC提取装置中进行，装置原理如图2所示。该装置右端与真空系统相连，整个系统的真空度达2Pa。水样品DIC提取操作流程如下：1）在手套箱中将300mL水样置于图2的反应烧瓶中，并用分液漏斗向DIC提取系统装入适量磷酸；2）除去系统中的空气后，将氮气（流速450mL／min）经过液氮冷阱除去其中可能含有的CO2气体；3）打开分液漏斗阀门，将平板磁力搅拌器温度控制在80℃，水样品中DIC遇磷酸后反应生成CO2，随载流气体进入干冰冷阱；4）气流中混杂的水蒸气被干冰冷阱吸收，在后面的真空系统中得到进一步的纯化和定量，最终将3．7mg左右的CO2转移到装有Fe粉、Zn粉和TiH2粉末的还原管中；5）用火焰将还原管烧封好后，置于马弗炉中，在540℃下反应8h，石墨样品将在Fe粉表面生成［14］。

图2 水样品DIC提取装置原理示意图Fig．2 Principle diagram of DIC extraction device from water sample

1．4 加速器质谱测量

样品经过上述过程转化为石墨后，用1．5SDH－1加速器质谱仪进行测量。该加速器质谱仪样品测量精度达0．4%，本底可达4× 10－16［15］。与样品一起测量的还有空白样品和标准样品，空白样品采用的是煤样品（不含14C），用于测量本底及扣除处理。标准样品采用的是美国国家标准技术研究院提供的草酸样品（SRM－4990C），用于调整仪器状态及对加速器质谱仪进行校准，并标定样品中14C的活度。用加速器质谱仪测量得到的是样品中14C／12C和13C／12C，最终的测量结果采用式（1）～（3）［12］计算获得：

标准差σ的计算公式如下：

2 结果与讨论

海水样品中14C的分析结果列于表1，淡水样品中14C测量结果列于表2。表2中本底值为两参照样品比活度的平均值。由表1可见，海水样品中14C的比活度范围为196．8～206．5Bq／kg（平均203．4Bq／kg），与参照样品14C比活度（205．9±1．8）Bq／kg相比，无明显差异。

结合采样点分布图（图1）不难看出，沿海岸线采集的样品14C比活度全部与本底接近，而在垂直海岸线往深海方向的样品14C比活度低于本底。值得注意的是，参照样品也是海边采集的。由表1可知，海边海水样品的14C比活度高于非海边海水样品的14C比活度。这一现象的可能原因是：海边海水受入海淡水中14C的影响，而表2中地表水的14C浓度要高于海水的。因此，海边海水中因为淡水的流入而使14C浓度升高，但这种影响随着往深海方向深入而减弱。类似的现象在Shen等［16］的研究中也有发现。

表1 海水样品14C的分析结果Table 114C results of seawater samples

核电厂的废液并非持续排放，且排放时间也不确切。由于没有获得准确的排放时间，该次采样时并没有废液的排放。SⅠ、SⅡ、SⅢ分别为一期、二期和三期核电厂排水口的样品，这3个样品的14C比活度也在本底范围内，与其他位置海边的样品比活度一致。通过分析这些数据的分布规律可认为，在核电站没有废液排放时，附近海域的海水中14C比活度在本底水平上下波动；核电基地附近海域无14C的富集。目前的测量结果表明，核电站排放的含14C废液得到了很好的稀释与扩散。

由表2可见，秦山地区的地表水（河水、池塘水和露天井水）较上海参照地区的地表水中的14C浓度略高。秦山地区地表水14C浓度的增加可能是由于核电站排放的气态14C（14CO2）与地表水进行碳交换导致的（根据未发表的空气样品的结果，地表水采样点附近空气中14CO2比活度约为240．6Bq／kg）。

表2中地下水（压水井水）和自来水中14C比活度数据表明，秦山地区和上海地区的14C比活度在同一水平，没有观察到秦山地区的增高。通常认为地下水由于处于封闭的地下环境中，不能与外界的14C进行交换，其14C浓度会由于14C的衰变而变小，且地下水中溶解了许多矿物质（碳酸盐、碳酸氢盐），这些矿物质中14C含量极低，从而会导致地下水的14C比活度降低。罗马尼亚核电站地下水的结果［6］很好地说明了这一点。但秦山地区和上海地区的地下水中14C水平并不低于地表水，一个可能的解释是：我国南部雨水充沛、水井较浅，露天水井和压水井中的地下水从雨水中得到了补充，导致地下水中14C浓度与外部地表水中的处于同一水平。

表2 淡水样品14C测量结果Table 214C specific activities of fresh water samples

3 结论

本工作建立了一种测量水样品无机14C活度的方法，该方法由水中DIC提取装置和加速器质谱法组成，具有所需样品量少、测量精度高等特点，适用于核设施周边水环境中无机14C的研究。在此基础上，以液体流出物的排放口为关注点，分别对海水、地表水、井水和地下水进行了采样测量。在实验室进行化学处理后，采用加速器质谱仪对样品进行了测量。根据测量结果分析，可得到如下结论。

1）在核电站非废液排放期间，核电厂排放口排出的冷却水和近海岸海水中14C浓度相当；未观测到附近海域有14C的富集，说明核电站排放的含14C废液得到了很好的稀释与扩散。

2）秦山核电基地附近的地表水14C水平略高于对照地区。

3）与对照地区相比，未观察到秦山地区饮用水（井水、自来水）及地下水中14C浓度升高。

对北京大学物理学院AMS实验室丁杏芳、刘克新及中国科学院上海应用物理研究所刘卫、王广华等的悉心帮助表示感谢。

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Concentration and Distribution of14C in Aquatic Environment around Qinshan Nuclear Power Plant

WANG Zhong－tang1，HU Dan2，XU Hong2，GUO Qiu－ju1，＊
（1．State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology，School of Physics，Peking University，Beijing100871，China；
2．Environmental Radiation Monitoring Center of Zhejiang Province，Hangzhou310012，China）

In order to study the concentration and distribution of14C in aquatic environment in the vicinity of Qinshan Nuclear Power Plant（NPP）after twenty years’operation，an apparatus extracting dissolved inorganic carbon from water was set up and applied to pretreat the water samples collected around Qinshan NPP．The14C concentration was measured by accelerator mass spectrometer（AMS）．The results show that the14C specific activities in surface seawater samples range from 196．8to 206．5Bq／kg（（203．4±5．6）Bq／kg in average），which are close to the background．The14C concentrations in cooling water discharged from Qinshan NPP are close to the14C values in near shore seawater samples out of liquid radioactive effluent discharge period．It can be further concluded that the14C discharged previously is diluted and diffused well，and no14C enrichment in seawater is found．Also，no obvious increment in the14C specific activities of surface water and underground water samples are found between Qinshan NPP region and the reference region．

14C；Qinshan NPP；aquatic environment；dissolved inorganic carbon

TL75

：A

：1000－6931（2015）03－0404－05

10．7538／yzk．2015．49．03．0404

2013－12－12；

2014－06－24

国家自然科学基金资助项目（11275015）

王钟堂（1987—），男，湖南邵阳人，博士研究生，粒子物理与原子核物理专业

＊通信作者：郭秋菊，E－mail：qjguo＠pku．edu．cn