核事故下海洋放射性应急监测方案探讨

倪甲林，于 涛*，黄德坤，林 静，纪建达，张金钊

(1.自然资源部第三海洋研究所海洋生态环境预警监测研究室，福建 厦门 361005；2.自然资源部北部湾滨海湿地生态系统野外科学观测研究站，广西 北海 536015)

据国际原子能机构核动力堆信息系统(The Power Reactor Information System by International Atomic Energy Agency,IAEA-PRIS)统计，截止至2020年6月10日，全球范围内共有在运行的核反应堆441座，亚洲东部区域共有109座；此外，全球范围内另有在建机组54座，其中亚洲东部区域有19座[1]。这些核电机组多建设在海湾湾口或湾内，随着核电机组数量的增多和运行年限的增长，存在发生核事故且泄露的放射性物质通过气态和液态途径进入海洋环境的潜在风险。在核电邻近海域水动力交换条件相对较弱区域，泄露的放射性物质将可能长期滞留在该海岸带地区，对不同营养等级的海洋生物、生态系统及人类健康产生辐射危害[2]。2011年3月11日，日本福岛核电站发生严重核事故，导致大量放射性物质通过气态和液态方式排放进入海洋环境，根据有关报告，在核事故发生后的几个月内发现海水中137Cs、134Cs和131I的活度浓度高达103～105Bq/L，鱼类体内的最大比活度达到105Bq/kg，沉积物中的137Cs也比事故前高出了两个数量级[3]。2013—2015年期间，Fukuda等(2016)通过分析福岛第一核电站沿岸30 km范围内海水中的137Cs活度浓度变化发现，即使福岛核事故已经过去2～4 a，但该海域中137Cs活度浓度仍比事故之前高出一到两个数量级[4]。

放射性应急监测是核事故应急准备和响应的重要组成部分，在滨海核设施发生核事故后可有效评估受污染的海域范围与严重程度，为事故前期的应急研判、事故中期的影响评估和后期的恢复重建提供重要数据支撑。福岛核事故发生后，日本政府于2011年3月22日组织了海洋放射性应急监测，监测海域主要集中在距离福岛核电站海岸约30 km范围内，监测项目包括海水、大气中粉尘的放射性核素活度浓度以及海上剂量率，之后还对海洋生物和沉积物中的主要放射性核素(60Co、134Cs、137Cs和131I)进行监测，其中海水的监测频次为1次/d，海洋沉积物为1次/月[5]。同年，我国分别在近岸管辖海域和西太平洋海域组织开展了海洋放射性应急响应监测，为充分评估福岛核事故对我国海洋放射性环境安全提供了基础数据，但其过程中也暴露了我国在海洋放射性应急监测方面存在的问题，如监测队伍薄弱、监测技术落后以及缺乏有效的海洋核应急响应方案等。为及时、有效地应对我国可能发生的滨海核事故，指导开展海洋核事故应急监测，评估泄露的放射性物质对海洋生态环境的影响，本研究通过总结国内有关的法律、法规及导则规范，并借鉴国外海洋放射性应急监测发展的实践经验，探讨了核电厂事故下的海洋放射性应急监测方案，以期为海洋核应急监测提供参考。

1 我国海洋放射性应急响应阶段的划分与工作原则

1.1 海洋放射性应急监测阶段的划分

海洋放射性应急监测是指核设施进入事故应急工况以后对海洋环境所进行的非常规性的环境监测，其目的在于尽可能及时地提供关于事故对海洋环境及公众可能带来的辐射影响方面的数据，以便为剂量评价及防护行动决策提供技术依据[2]。根据《国家核应急预案》[6]，按照核事故性质、严重程度及辐射后果影响范围，将核设施核事故应急状态分为应急待命、厂房应急、场区应急、场外应急(总体应急)，分别对应Ⅳ级响应、Ⅲ级响应、Ⅱ级响应、Ⅰ级响应，其中海洋放射性应急监测是在Ⅲ级及以上的应急响应中才需要视情况而启动。国际原子能机构、美国环保署以及我国生态环境部均提出应根据核事故发展的不同阶段，将核事故分为早期阶段、中期阶段和后期阶段，针对不同事故阶段，应急监测的重点和分析监测的项目应不尽相同[3,7-8]。因此，本研究针对核电厂事故不同发生阶段，分别探讨制定了相应的应急监测方案。

1.2 核事故下海洋放射性应急监测方案制定原则

参照《核动力厂核事故环境应急监测技术规范》[8]，海洋放射性应急监测方案应注重以下工作原则：

1.2.1 分级响应原则 根据核事故应急状态的不同，应分别制定早期阶段、中期阶段和后期阶段核电厂事故下的海洋放射性应急监测方案。

1.2.2 快速响应原则 在核电厂进入Ⅳ级响应(应急待命)阶段，省级核应急组织就应视情况组织海洋核应急专业力量进入应急待命状态，随时准备开展海洋核应急监测工作。

1.2.3 近密远疏原则 在监测过程中，在十六个方位的涉海方向上，按照距离核事故发生地的远近，由远及近、近密远疏原则，按顺序开展监测，并应在主导风下风向、潮流场流向方向和环境敏感区域加密布设监测站位。

1.2.4 综合研判原则 在开展应急监测前，应充分利用事故前海洋放射性监督性监测和海洋环境质量监测积累的历史数据，以及获取的有关核事故过程中泄漏到环境的放射性物质情况(包括核素种类和总活度)、海洋水文与气象条件及数字模拟预测结果，设计应急监测方案，并对监测结果进行评估。

1.2.5 加强安全防护原则 核事故早期阶段，环境中可能存在大量放射性物质，监测队员在开展应急监测过程中应加强自我防护，避免遭受大剂量的辐射照射。

2 核事故早期阶段海洋放射性应急监测方案

核事故早期阶段监测是指预计放射性物质即将释放或者放射性物质已经开始释放至不再释放阶段所进行的场外辐射环境监测活动[8]。早期阶段海洋放射性应急监测主要是为了尽快查明事故污染区域海洋大气、表层海水及表层沉积物中的放射性水平与范围，并尽可能多地获得海上烟羽分布特征、外照射剂量率和海洋环境中释放的主要放射性核素及活度浓度，并开展海洋放射性物质的影响评估，帮助验证相关海洋数值预测模型。

2.1 海洋放射性应急监测的启动

在核动力厂进入厂房应急阶段后，应密切关注流出物(气态流出物、液态流出物)的在线监测数据，如发现异常时，就应立即开展海洋放射性应急监测任务。应急监测指挥人员启动应急响应后，海洋放射性应急监测分队在收集源强数据(包括放射性物质释放量、释放方式、核素种类等)、监测海域的潮流场信息和海上气象信息(风向、风速)等之后，拟定监测站位、巡测路线和监测项目。在巡测过程中，可结合实际海况做实时调整和补充，并将监测路线和数据实时报送给应急指挥中心。

2.2 监测介质与监测项目

早期阶段海洋放射性应急监测主要是对海上大气中的辐射剂量水平，气溶胶、海水和海洋沉积物中的主要人工放射性核素种类及活度浓度进行监测，并对监测船只和监测队员开展表面沾污监测。具体的监测项目包括：①海平面上空辐射剂量水平；②空气溶胶中的主要人工放射性核素及活度浓度(包括134Cs、137Cs、131I等γ核素)；③表层海水中的主要人工放射性核素及活度浓度(包括134Cs、137Cs、131I、58Co、60Co等γ核素)；④沉积物中主要人工放射性核素的活度浓度(包括134Cs、137Cs、131I、58Co、60Co等γ核素)；⑤船只和监测队员的表面沾污监测；⑥监测队员的累积剂量监测；⑦海上气象条件及潮流场监测，包括风向、风速、气压、海流等。

2.3 监测方法

与常规海洋放射性监测相比，早期海洋放射性应急监测要求尽快获取检测结果，一般不对样品进行化学分离，而直接进行测量。推荐的有关监测方法如下：

2.3.1 海平面上空辐射剂量水平 采用船载固定式连续监测系统进行实时航行监测，监测队员随身携带个人剂量计和个人剂量报警仪监测累积剂量和剂量率的变化情况。

2.3.2 气溶胶监测 将滤纸置于监测船首顶处大容量气溶胶采样器中，启动采样器并控制流量，在监测船采完样品后，取出滤膜置于洁净的密封袋中，按照《海洋环境放射性核素监测技术规程》[9]和《应急监测中环境样品γ核素测量技术规范》[10]中的规定直接进行总α、总β和γ谱核素检测。

2.3.3 水体中的人工放射性核素监测 在核电厂排水口海域采用原位探测器(包括在线浮标监测系统、投弃式浮标监测系统、海洋放射性应急监测有缆机器人或无人船海洋应急监测系统等)进行实时监测海水中的γ核素活度浓度的变化情况。此外，在海上巡测过程中使用马林杯采集一定量的海水样品然后用伽马探测器直接测量γ核素的活度浓度，并另采集一部分样品经酸化后带回实验室，根据需要按照《应急监测中环境样品γ核素测量技术规范》[10]中的规定开展检测分析。

2.3.4 沉积物中人工放射性核素的监测 采集适量的沉积物样品，经辐射剂量率检测后分类、分区带回实验室，然后按照《应急监测中环境样品γ核素测量技术规范》[10]开展γ谱分析。

2.3.5 表面沾污监测 采用表面污染测量仪按照仪器使用方法进行β/γ表面沾污监测。

2.3.6 海上气象条件及潮流场监测 采用风向风速仪和海流计直接监测并读取海上气象和潮流场的参数。

2.4 监测范围与站位布设

由于事故早期阶段，释放源还未得到控制，污染区域和关心区域主要位于烟羽应急计划区或应急监测区内，因此早期阶段应重点加强对核事故邻近海域5 km范围内的辐射监测，并根据预测预报情况、实际监测结果和分析研判结果逐步扩大至30 km范围处。海上巡测过程中按照由远及近、近密远疏的原则在事故排放口周围16 个方位的涉海区域布设监测站位，并在环境敏感区域(如养殖区、自然保护区等)增加监测站位，按照从主导风的侧方向向事发海域缓慢推进的方式开展巡测。

2.5 监测频次

事故早期阶段为了能及时评估海洋环境的辐射环境变化情况，海上巡测至少每天开展1次，并根据实际监测结果做适当调整。

2.6 早期阶段的注意事项

早期海洋放射性应急监测与常规监测方案有所不同，要特别注意以下几方面的工作：

①在监测范围上，早期阶段海洋核应急监测范围随着受污染区域的扩大而扩大，一般在核电厂10 km海域范围内预设若干个监测站位，并根据不同的海况条件，制定若干条巡测路线。在实际执行过程中，根据现场气象和潮流场情况以及监测船只的可达性，随时调整巡测路线和监测站位。

②在监测方法上，为满足应急决策要求，早期阶段一般要求快速给出测量结果。由于应急期间采样量和测量工作会异常加大，这时如何有效的提高检测效率比追求数据精确度更重要。这就需要首先加强原位探测技术的应用；其次通过使用便携式剂量检测仪对采集的样品进行辐射水平初筛，按照其活度水平的大小进行分类和分区存放，对辐射水平高的样品优先检测；再次，可根据单位时间仪器的探测限，缩短样品探测时间，进而提高检测效率。

③测量仪器与装备方面，由于早期阶段周围环境中辐射水平未知，需对应急监测设备的响应时间、测量量程、测量仪器的防污以及防护装备对超常情况做相应准备(表1)。应急监测早期阶段辐射剂量率仪一般应具有低水平(0.05～100.00 μGy/h)和中等水平(10 μGy/h～10 mGy/h)两种测量量程，以保证人员安全和采样监测的有效性。测量仪器在使用过程中要防止样品的交叉污染，并要做好样品的管理与保存，防止样品丢失。

表1 海洋放射性应急监测装备配置一览表Tab.1 List of marine radioactive emergency monitoring equipments

④在辐射防护方面，早期阶段的海洋核应急监测需配备专业的辐射防护装备，并做好个人剂量监测和急性照射预案。根据IAEA报告中推荐的压水堆核电厂事故工况下操作干预水平的缺省值[11]：当周围的剂量率大于0.1 mSv/h时，应急监测队员立即服用碘片，非作业时间躲进船仓进行隐蔽；当周围剂量率达到1.0 mSv/h或总剂量达到25.0 mSv，应撤离辐射污染区域。

3 核事故中期阶段海洋放射性应急监测技术方案

核事故中期阶段监测是指放射性物质释放已经停止至大部分放射性物质已经沉降完成或者正在实施避免居民额外照射的防护行动进行的场外辐射环境监测活动[8]。开展中期阶段海洋放射性应急监测可为核事故分级、环境风险评价提供基础信息，对事故后果评估提供数据支撑，为放射性物质在海洋环境中的迁移扩散模拟提供验证信息，并缓解公众核恐慌心理。事故中期阶段海洋放射性监测宜采用现场采样与实验室分析相结合的方式进行，其中监测船只和监测人员的表面沾污监测则使用便携式监测仪器就地监测。

3.1 监测介质与项目

中期阶段海洋放射性应急监测除了早期监测内容外，还应增加对海洋生物体内的放射性核素监测，同时增加环境介质中90Sr、60Co、238Pu、239Pu、总U等毒性较大的放射性核素监测。具体监测项目包括以下几项：①海平面上空辐射剂量水平(β/γ吸收剂量率、监测人员的累积剂量)，②气溶胶中的总β和134Cs、137Cs、131I等γ核素，③表层水体中的3H、14C、89Sr、90Sr、总α、总β、239Pu、240Pu以及134Cs、137Cs、131I等γ核素，④沉积物中的总β、89Sr、90Sr以及134Cs、137Cs、131I等γ核素，⑤典型海洋生物体中的3H、14C、89Sr、90Sr、总β、239Pu、240Pu、134Cs、137Cs、131I等γ核素。

3.2 监测方法

在此阶段，环境中辐射环境浓度已相对降低很多，为了及时获得监测结果并确保满足数据精度要求，应根据样品中的辐射水平选用一些专门针对应急监测的快速分析方法或常规的监测分析方法。推荐监测分析方法如下：

3.2.1 海平面上空辐射剂量水平 采用船载固定式连续监测系统进行实时航行监测，并记录监测结果。监测队员随身携带个人剂量计和个人剂量报警仪监测累积剂量变化情况。

3.2.2 气溶胶监测 将滤纸放置于监测船顶处的大容量气溶胶采样器中，启动采样器并控制流量，在监测船采完样品后，取出滤膜置于洁净的密封袋中带回实验室，按照《海洋环境放射性核素监测技术规程》[9]和《应急监测中环境样品γ核素测量技术规范》[10]中的规定进行总α、总β和γ谱核素检测。

3.2.3 水体、沉积物和海洋生物体中的放射性核素监测 用水下原位探测器对核电厂排水口继续进行海水中γ核素的实时监测。此外，以排水口为中心，利用监测船采集一定量的海水、沉积物和生物样品，并在现场对海水进行γ能谱检测，对沉积物和海洋生物进行辐射剂量率检测。根据样品的现场检测结果进行分区、分类带回实验室作进一步分析。γ核素、90Sr、总α、总β、钚同位素的分析方法按照《海洋环境放射性核素监测技术规程》[9]中的监测分析方法进行。水体中的3H和14C分别按照《水中氚分析方法》[12]和《核动力厂液态流出物中14C分析方法—湿法氧化法》[13]进行检测分析。生物体中的3H经氧化燃烧后采用《水中氚分析方法》[12]进行检测分析，生物体中的14C按照《生物样品中14C的分析方法 氧弹燃烧法》[14]进行检测分析。

3.3 监测范围与站位布设

该阶段根据核事故中放射物质释放量、前期开展的应急监测结果应至少扩大到食物应急计划区以内，并重点关注近岸和近海海域的放射性污染状况。海上采样站位按近密远疏的原则在事故可能影响的范围内布设若干条监测断面进行采样监测。

3.4 监测频次

核事故中期阶段海上应急监测应每周开展1次，可根据监测结果进行适当调整。

4 核事故后期阶段海洋放射性应急监测技术方案

核事故后期阶段监测是指核事故后恢复阶段的场外辐射环境监测活动[8]。核事故后期阶段海洋放射性应急监测可为预测海洋环境中残存的长寿命放射性核素的潜在照射风险提供依据，并为恢复海域使用功能的决策提供数据支持。应急监测的项目应能够比较全面地反映核事故海域的辐射环境质量及其变化情况。

4.1 监测介质与监测项目

后期阶段海洋放射性监测的主要介质和内容包括：①海平面上空辐射剂量水平(β/γ吸收剂量率、监测队员的累积剂量)，②空气溶胶中的总β和134Cs、137Cs、131I等γ核素，③表层水体中的3H、14C、90Sr、110mAg、总α、总β、239Pu、240Pu、106Ru以及134Cs、137Cs、131I等γ核素，④沉积物中的总β、90Sr、106Ru、110mAg以及134Cs、137Cs、131I等γ核素，⑤典型海洋生物体中的3H、14C、90Sr、总β、106Ru、110mAg以及134Cs、137Cs、131I等γ核素。

4.2 监测方法

核事故后期阶段海洋放射性应急监测方法原则上与常规监测方法基本相同(表2)，对于一些常规监测方法中耗时较长、流程复杂的监测项目，可以适当进行方法优化调整，提高分析监测速度。

表2 推荐的海洋放射性监测方法标准Tab.2 Methods recommended for marine radioactivity monitoring

续表

4.3 监测范围与站位布设

后期阶段海洋放射性应急监测根据前期阶段和中期阶段开展的应急监测结果，在受影响的区域内布设若干条监测断面进行采样监测，重点关注近岸海域中沉积物和生物中的放射性污染状况。

4.4 监测频次

核事故后期海洋放射性监测应每月开展1次，可根据监测结果和实际情况进行适当调整。

5 结论

核应急监测作为我国核应急准备和响应的重要组成部分，可为核应急决策行动提供基础数据支撑。海洋放射性应急监测作为核应急监测的一部分，对于预测和评估核事故对海洋生态环境的影响具有重要作用。本研究根据当前国内外有关海洋放射性应急监测法规标准以及日本福岛核事故期间日本政府组织开展的海洋放射性应急监测方案，分别从核事故早期阶段、中期阶段和后期阶段构建海洋放射性应急监测方案，并详细介绍了各个阶段中应重点开展的监测项目、检测分析方法、监测站位布设原则、监测频次及监测范围等，以期为有效开展核事故下我国海洋放射性应急监测提出参考方案。