核设施周围环境土壤中Sr-90的测量及评价

秦文超，赵仝，邹凯

（中国核电工程有限公司，北京100840）

核设施周围环境土壤中Sr-90的测量及评价

秦文超，赵仝，邹凯

（中国核电工程有限公司，北京100840）

Sr-90属裂变产物中对人体危害较大的放射性核素，在核设施运行前及运行期间的流出物及环境监测中对Sr-90测量和评价意义重大。通过对土壤中Sr-90的来源及测量方法进行简要介绍，说明制样过程中需注意的问题，对13个地区、274个数据进行统计分析结果表明土壤中Sr-90的放射性活度浓度主要分布在0.15～13.00 Bq·kg-1，0.15～5.0 Bq·kg-1的数据占比96%以上，该分析结论可在核设施周围环境土壤中Sr-90的活度浓度水平测量方法建立、测量结果分析及评价时参考使用。

土壤；Sr-90；统计分析；数据分布

锶（Sr）属碱土族金属元素，化学性质与钙相似，进入人体后易沉积在骨骼上［1］。Sr-90同位素半衰期较长，属裂变产物中对人体危害较大的放射性核素，因此在核设施运行期间的环境影响评价中对Sr-90的测量及评价意义重大，在应急行动水平中对于食物中的Sr-90活度有明确要求［2］。人体摄入Sr-90的途径主要包括吸入及食入，其中食入的植物中的Sr-90主要来源于土壤中Sr-90的转移［3］。在我国国家标准、核行业技术规范、环保部技术规范中对核设施周围环境土壤样品中Sr-90的测量提出了明确的要求［4-5］，对其测量方法也给出了详细规范［6］。尤其对于我国正在大力发展的核动力厂建设，在核动力厂厂址选择阶段的辐射环境本底初步调查、首次装料前的辐射环境两年本底调查、运行期间的辐射环境常规测量中均要对土壤中的Sr-90进行取样测量。

随着我国核工业及核环境辐射监测的发展，核设施周围环境土壤中Sr-90的测量工作也在逐步研究完善，并形成了监测要求、技术规范、质量保证措施等相关标准规范。近年环境土壤中Sr-90测量设备及手段的更新，对环境土壤中Sr-90的测量过程中的关键步骤有了新的研究结果。但对环境土壤中Sr-90的本底水平分布情况缺少数据支持，对各地区环境土壤中Sr-90活度浓度水平的分析评价缺少基准。

笔者简要说明了土壤中Sr-90的来源及测量方法，通过部分省市的环境土壤样品中Sr-90的测量结果数据进行分析，重点说明土壤中Sr-90的水平分布，以期对土壤中Sr-90的评价提供数据支持，为核设施环境实验室建设提供技术参考。

1 Sr-90 的来源及特性

Sr-90是核裂变产物中的重要核素。核设施周围环境土壤中的Sr-90主要来源于核爆炸试验的沉降灰沉降、核事故的沉降灰沉降、核设施排出的气载流出物跟随沉降灰沉降、核设施废液排放后的生物圈循环及迁移等［7］。Sr-90为纯β放射性核素，半衰期为28.79 a，其β衰变子体为Y-90（半衰期为64.2 h），通常通过测量与Sr-90处于平衡的子体Y-90的活度来推算Sr-90的活度［8］。

2 测量流程及方法

2.1 土壤样品的采样方法

土壤样品的采样，使用土壤采集器或专用采样铲，在相对开阔的未耕区采取垂直深10 cm的表层土。一般在10 m×10 m的范围内，采用梅花形布点或根据地形采用蛇形布点进行采样，单个样品的采点不少于3个。每个样品取2～3 kg土壤。在现场取出石块、草根等杂物后装在双层塑料袋内密封，再置于同样大小的布袋中保存。采样完成后填写采样记录表［5］。

2.2 样品预处理

样品运至实验室，除去沙石、杂草等，然后称重。置于搪瓷盘中摊开晾干，碾碎过120目筛，105℃恒温干燥至恒重，计算样品失水量。于已经编号的广口瓶中密封保存，备用［5］。

2.3 样品制样

鉴于环境土壤样品中Sr-90的放射性活度浓度水平较低，通常需将待测目标从环境样品中进行分离、提纯、浓缩等制样处理后再进行测量。目前环境土壤样品中Sr-90的制样主要有两种方法，分别为发烟硝酸法和萃取色层法，后者目前在国内应用较多［8］。萃取色层法的主要处理流程可参见图1。

图1 萃取色层法主要处理流程图Fig.1The main steps and flows of the extraction chromatography method

在环境土壤样品Sr-90的制样过程中，应注意以下几点：1）色层柱材质选择：是制样实验过程中的关键步骤之一。在原行业标准EJ/T 1035—1996中采用的色层粉，在EJ/T 1035—2011采用了P204翠淋树脂［9］；2）制样过程中需对Bi-210进行去除，以避免对Sr-90测量的影响。Bi-210在环境土壤中的含量为8～222 Bq·kg-1，如不考虑Bi-210的影响，Sr-90的分析结果会大大偏高［8］；3）在进行草酸盐沉淀时应注意pH值的控制，以保证Sr、Y定量沉淀，不破坏其平衡［8］；4）制样过程中还需注意Sr、Fe的含量对Sr回收率的影响［8］。

2.4 物理测量

Sr-90的测量一般采用低本底α/β测量仪进行测量，单个样品需测量24 h。近年部分科研院所及实验室尝试利用低本底液体闪烁体计数器进行Sr-90的测量工作。此外，也有利用高纯锗γ谱仪探测器进行Sr-90测量的研究报道。

3 测量数据分析与评价

随着我国近年核工业的发展，尤其核电站的建设及运行，积累的大量环境土壤样品中Sr-90的测量数据。笔者共收集了13个地区、274个环境土壤样品中Sr-90的放射性活度浓度测量结果，所有测量结果均采用萃取色层法得到，13个地区分布见图2。鉴于篇幅关系未给出274个测量结果详细列表，仅给出各地区的土壤中Sr-90放射性活度浓度测量统计结果范围，详见表1。需要说明的是由于执行测量的单位不同，其采样量、样品处理及制样环节、测量时间等不同，导致其探测下限、测量结果的误差略会有不同。

图2 土壤Sr-90测量数据所属的13个地区分布图Fig.2The 13 regions distribution of the measurement results of the Sr-90 in environment solid

通过对274个测量结果数据分析，各地区测量结果年均值统计分布对比见图3，274个数据的统计分布结果见图4。由以上分析可知，所获取数据中的环境土壤样品、Sr-90的放射性活度浓度主要分布在0.15～13.0 Bq·kg-1之间。图3表现出各地测量水平范围的大小差异较大。测量结果范围中昌江地区、秦山地区等数据变化范围较小。嘉峪关、龙游等地区测量结果范围较大，原因为个别点位测量结果较高。如嘉峪关地区，10个测量值中仅有一个点位的测量结果为12.60 Bq·kg-1，其余测量结果基本在1.05～3.97 Bq·kg-1范围内。由图4可知，测量数据主要集中在0.15～5.0Bq·kg-1，占比96%以上，而超出5.0 Bq·kg-1的数据较少，仅占4%。环境土壤样品中Sr-90测量结果可参考上述结论进行分析及评价。

1）统计分析结果对环境土壤中Sr-90实验室测量方法建立的参考意义

一般情况下，由于环境土壤中Sr-90的活度浓度水平较低，拟对其进行测量的实验室需采用合适的测量方法方能得到测量结果。通过上述数据统计分析可知，环境土壤中Sr-90的放射性活度浓度主要分布在0.15～13.0 Bq·kg-1之间，0.15～5.0 Bq·kg-1占比96%以上。因此建议实验室在环境土壤样品Sr-90测量方法程序建立过程中方法探测下限宜低于0.15 Bq·kg-1，才可能测出环境土壤中Sr-90实际的活度浓度水平。

表113 个地区的环境土壤样品中Sr-90的测量水平范围Table 1The range of Sr-90 radioactivity concentration in the environment soil of 13 regions

图313 个地区环境土壤样品中Sr-90水平分布比较Fig.3The comparison of Sr-90 radioactivity concentration level in the environment soil of 13 regions

2）统计分析结果对环境土壤中Sr-90测量结果分析的参考意义

如果环境土壤Sr-90测量结果中出现低于0.15 Bq·kg-1或高于13.0 Bq·kg-1的测量值，需进一步核实测量结果的准确性，分析整个测量过程中的可能影响因素及误差来源，如有必要需再次进行采样测量，条件允许的还可进行不同实验室间的比对分析。经过核实对于测量值确实低于0.15 Bq·kg-1的，再次采样测量时可考虑采用提高样品采样量、降低测量环境本底、提高回收率、提高测量时间（但一般不超过24 h）等措施来降低测量方法的探测下限。对于测量值高于13.0 Bq·kg-1的，需分析实验过程中是否出现过交叉污染、是否有其他核设施异常排放等导致测量结果偏高等原因，并应再次进行采样测量，如可能还需对采样点周围水体、剂量率等有关联的环境样品一并进行测量，最终确认结果无误。

3）统计分析结果对环境土壤中Sr-90活度浓度水平评价的参考意义

按照我国建设项目环境影响评价的要求，一般在核设施运行前需对厂址所在地区的环境现状进行调查和评价。在进行环境土壤中Sr-90活度浓度评价时，在确认其测量结果无误后，对于Sr-90活度浓度低于0.15 Bq·kg-1的地区可认为所调查地区为低本底/水平地区，在核设施运行以后，需重点关注这类区域的Sr-90活度浓度水平的变化。对于Sr-90活度浓度测量结果高于13.0 Bq·kg-1的地区，可认为所调查地区属于高本底/水平地区，在对核设施运行期间环境影响评价时应对环境本底值予以扣除，以免过高估计了核设施排放的Sr-90对环境的影响。

图4274 个环境土壤中Sr-90测量数据统计分布图Fig.4The statistical distribution of 274 measurement data of Sr-90 in environment soil注：图中横坐标为土壤Sr-90测量结果分布，单位为Bq·kg-1；纵坐标为样品个数。

5 结论

笔者对环境土壤中Sr-90的来源及测量方法进行了简要的说明。环境土壤中Sr-90的测量过程分为采样、制样及物理测量3部分。采样一般采用梅花形布点或蛇形布点进行采样，采样量通常为2～3 kg。所使用的制样方法为萃取色层法，制样过程中应注意草酸盐沉淀时pH值的控制、色层柱材质的选择、对Bi-210的去除等关键因素。物理测量设备一般采用低本底α/β测量仪。

通过13个地区、274个数据进行统计分析可知，环境土壤样品中Sr-90的放射性活度浓度主要分布在0.15～13.0 Bq·kg-1之间，0.15～5.0 Bq·kg-1之间的数据占比96%以上。该统计结果可在在核设施周围环境土壤中Sr-90的测量方法建立、测量结果分析及评价时参考使用。

对于拟进行环境土壤中Sr-90活度浓度测量的实验室，所建立的测量方法探测下限宜低于0.15 Bq·kg-1。当环境土壤中Sr-90活度浓度出现低于0.15 Bq·kg-1或者高于13.0 Bq·kg-1的测量结果时，应注意重新检查整个测量过程，以确认测量结果的正确性。在进行环境土壤中Sr-90现状评价时，对于低于对于Sr-90活度浓度低于0.15 Bq·kg-1的地区可认为该地区为低本底（背景）地区，对于测量结果高于13.0 Bq·kg-1的地区，可认为该地区属于为高本底（背景）地区。

［1］陆应江.放射性同位素锶90的危害与预防［J］. Labour Protection，1984，（10）：31.

［2］GB18871—2002.电离辐射防护与辐射源安全基本标准［S］.北京：标准出版社，2002：182-183.

［3］韩宝华，李建国.Sr-90、Cs-137在我国野生植物中转移系数的研究现状［J］.辐射防护通讯，2007，27（5）：20-23.

［4］GB 6249—2011.核动力厂环境辐射防护规定［S］.北京：标准出版社，2011：7.

［5］HJ/T 61—2001.辐射环境监测技术规范［S］.北京：标准出版社，2001：3-12.

［6］EJ/T1035—2011.土壤中锶-90的分析方法［S］.北京：标准出版社，2011：1-3.

［7］ТюРюканова Э Б.生物圈中的锶-90［J］.原子能农业译丛，1981，（4）：45-48.

［8］潘自强.电离辐射环境监测与评价［M］.北京：原子能出版社，2009.

［9］李少婷，刘少辉.咸宁核电厂周围土壤放射性水平调查［J］.辐射防护通讯，2013，33（3）：34-36.

The measurement and analysis of Sr-90 in soil samples of the environment around nuclear facilities

QIN Wenchao，ZHAO Tong，ZOU Kai
（China Nuclear Power Engineering Co.Ltd.，Beijing 100840，China）

Strontium-90 is a kind of radioactive nuclide and toxic to human body.It is important to measure and analyze the effluent and environment of Sr-90 in the nuclear facilities.The source and the measurement method are introduced.And the key issues in the measurement process are described.274 measurement results of 13 regions of the country are analyzed by statistics method. The radioactivity concentrations of Sr-90 in the environment soil are distributed in the range of 0.15～13.00 Bq·kg-1mainly.And over 96%of the concentration value are distributed in the range of 0.15～5.0 Bq·kg-1.The analysis results provide reference to the measurement method building，measurement result analysis，and radioactivity level review of Sr-90 in the environment soil.

soil；Sr-90；statistics analysis；data distribution

X8

A

1672-0636（2016）04-0244-05

10．3969/j．issn．1672-0636．2016．04．009

2016-03-30；

2016-04-27

秦文超（1985—），女，内蒙古赤峰人，工程师，从事核辐射监测设计工作。E-mail：qinwc@cnpe.cc