辐射监测自动站空气吸收剂量率天然本底波动分析——以福建省为例

文_江春 福建省辐射环境监督站

2016年福建省新增10个省控辐射环境自动监测站，因此截至目前福建省共建立了35个站点，初步建成“重点监测核电厂、全面覆盖地级市”的辐射环境自动监测网络，实现了辐射自动站实时监测省内辐射环境质量，为全省核与辐射监管提供基础性数据和环境决策的科学依据。

1 环境空气吸收剂量率连续监测

自动站空气吸收剂量率连续监测是一种可直接、快速、连续反映环境辐射水平的测量，可用于辐射环境质量的评价，是核电厂常规监测和监督性监测的主要内容。监测子站配备了RSS-131高气压电离室和NaI能谱仪，每天24h连续正常工作，每5s或10s一次向前沿站和省数据中心发送实时监测数据，实时监测数据图形化用于实时监查数据的变化情况。子站采用有线与无线两路数据传输方式，确保数据在运营商网络中的传输安全。数据存储在前沿站和省数据中心的数据存储服务器上，供调用、分析和判断。子站同时配备了气象仪、温湿度仪、气压计、雨量器等设备、其监测数据也被传输并存储在前沿站和省数据中心用于辅助判断剂量率的变化。子站现场各参数可分别设置报警上下限，具备数据超阈值自动报警功能，并能够保存3个月以上的报警信息，同时将报警信息及时上传至数据中心。

自运行以来，福建省各自动站空气吸收剂量率水平均在天然本底正常涨落范围内，贡献主要为地表中天然放射性核素和宇宙射线。其波动主要受降雨、土壤中水分含量、潮汐变动和地表表面积水等因素以及大气中氡子体浓度的影响。

2 环境空气吸收剂量率波动分析

2.1 降雨可致翻倍涨幅

降雨期间，雨水把地表上空的氡子体冲刷到地面，引起地表γ辐射剂量率的短时间上升，形成1个或多个雨峰响应，雨峰上升的幅度与降雨量、降雨强度、大气稳定度和区域排水情况有关。降雨结束，由于冲刷下来的氡子体的衰变以及雨水的覆盖对γ辐射起屏蔽作用，地表γ辐射剂量率不断下降，短时间内低于降雨前，然后随着地表面水分的蒸发及进一步下渗，含水量减少，地表γ辐射剂量率再次缓慢上升回归至降雨前水平，这个过程长短和降雨持续时间有关。

图1是国控点连江站一次典型降雨期间剂量率变化图，降雨前2h剂量率均值为98.3nGy/h，降雨过程最高上升至222.4 nGy/h，上升幅度为126.1%，之后下降，约2h后受雨水覆盖屏蔽作用期间剂量率接着降低至谷底后由于水分蒸发γ辐射剂量率再次缓慢上升至降雨前水平，持续约8h，该期间均值为95.0nGy/h。

福建省属于亚热带气候，全年雨量集中在6～7月份，尤其是大暴雨，雨峰响应十分明显。图2是宁德核电厂外围10个自动监测站的γ辐射剂量率雨峰响应，在烟羽应急计划区范围内的9个自动监测站雨峰响应时间比较一致，计划区外的福鼎由于距离较远，相对其他9个自动监测站在某些时刻不一致。

2.2 潮汐可致周期性波动

潮汐引起γ剂量率波动的机制是随着潮汐涨落，潮间带周期性的露出或被海水淹没，潮间带环境介质中天然放射性核素发出的γ射线周期性的被探测到或基本被海水屏蔽。福建省辐射自动监测网中有7个自动监测站位于海边，包括了宁德核电厂外围辐射环境监督性监测系统的小筼筜、牛郎岗和嵛山岛3个站点以及福清核电厂外围辐射环境监督性监测系统的赤礁、西山、下宅和小麦屿4个站点。

经分析，由于牛郎岗自动监测站设置位置相较于其他站点不同，在海岸的一座自然岩山上，高压电离室在岩山头顶，对站址混凝土平台的架设高度仅1m左右，并布置在远离海的一侧，潮间带基本被平台遮挡。而赤礁站点仪器与高潮线的距离和高差符合限制要求。除了牛郎岗和赤礁外，其余5个站点均受潮汐影响，数据呈周期性（周期约为12h）波动，涨落幅度在5nGy/h左右。

2.3 短时间内高温突变并未影响，持续高温天可致小幅上升

福建省位于中国东南沿海，全省各地的夏季温度普遍较高。福州是有名的火炉城市，有时白天的温度在3～4h内的变化会高达7～8oC。就多个自动站点的高压电离室的剂量率在一天内的变化情况来看，在一天内当温度变化突然升高的天气，高气压电离室的5min平均剂量率和小时平均剂量率并未有显著变化。在同一天内，当夜晚温度较低时，在排除掉其他原因的影响下，温度对高气压电离室的影响也不是特别明显。但在较长一段时间的高温后，情况稍有变化。

图3为国控点福飞北路站2017年7月1日～8月8日期间5min剂量率曲线图，由图可知剂量率自7月3日后持续小幅上升至7月31日降雨后回归均值水平，其中上升最大值比近三年均值高16 nGy/h，上升期间均值高出约7nGy/h。主要是由于持续高温天气下，土壤中水分蒸发，致使土壤中天然放射性核素的活度浓度相对增加，待降雨后由于雨水的渗透，恢复表层土壤的湿度，监测值水平恢复。

2.4 地面积水可致明显下降

由于排水不畅，产生的地面积水会一定程度屏蔽地表γ辐射，可使γ辐射剂量率明显下降。

宁德核电厂外围筼筜站和国控点连江站两站点在积水期间的γ辐射剂量率均有明显下降，下降幅度分别为25%和36%。不同在于，筼筜自动监测站的γ辐射剂量率直接下降，而连江站则是先上升再下降。究其原因是，筼筜站为海边站，且为台风天，空气中氡子体浓度低，降雨时沉降下来的氡子体产生的γ射线贡献比雨水屏蔽掉的陆地γ射线少，从而造成直接下降的趋势；而连江站为陆地站，且起始雨量相对小，空气中的氡子体沉降下来使得γ辐射剂量率小幅上升，之后大暴雨，降下来的雨水未及时排掉，造成站点积水，γ辐射剂量率再明显下降。

3 结语

本文总结了福建省辐射环境自动监测网35个自动站自运行以来，环境空气吸收辐射剂量率波动的几种影响因素，分析发现环境空气吸收辐射剂量率波动受降雨影响幅度最大，积水次之，土壤中水分、潮汐等因素影响范围有限。