宁德核电厂周围环境空气中14C的监测与评价

林明贵

(福建省辐射环境监督站，福州 350013)

14C是核电厂运行时向环境排放的主要放射性核素，其半衰期较长(5 730 a)。其排放途径主要是气态流出物，经排放后进入环境，并在环境中迁移扩散。由于C是组成生物组织的主要元素，进入环境中的14C，最终可能通过各种途径进入人体，对公众造成辐射影响[1]。核电厂的辐射环境影响评价表明，14C常成为核电厂排放流出物环境辐射影响的关键核素[2]。以宁德核电厂为例，核电厂4台CPR1000核电机组正常运行对关键居民组造成的辐射剂量中，14C的贡献比例为21.14%[3]。国家标准《核动力厂环境辐射防护规定》(GB 6249—2011)规定了核电厂流出物中14C的排放限值[4]，因而需要开展相应的排放控制管理；开展核电厂周围环境空气中14C的监测，是核电厂辐射环境监督性监测的重要内容。国内外核电厂的辐射环境监测研究表明，14C是除3H外在环境中最有可能检出来自核电厂排放影响的核素之一[5-8]。

宁德核电厂目前运行有4台CPR1000压水堆核电机组，其首台机组于2013年4月15日投入商运，至2021年，核电厂4台机组已有30堆年的运行经验。按照辐射环境监督管理的要求，2013年开始，福建省辐射环境监督站对宁德核电厂开展了监督性监测，至2021年，积累了9年的辐射环境监测数据。本文根据多年来宁德核电厂周围环境空气中14C的监测结果，分析宁德核电厂排放可能的影响，评价其变化趋势和规律，可为国内同行开展相应监测与评价提供参考经验。

1 分析方法

1.1 环境特征及监测点位

宁德核电厂位于福建省福鼎市太姥山镇，厂址东临东海，南侧和北侧分别为文渡湾和晴川湾，西北侧为低山丘陵地形的备湾山。厂址区域属中亚热带季风湿润气候，季风特征明显。厂址80 m高处多年平均盛行风向为N，风频19.7%，静风频率3.7%。

宁德核电厂监督性监测系统设有3个环境空气中14C采样点位，即小筼筜、渔井和牛郎岗。监测点位图及其方位和距离的信息如图1所示。其中牛郎岗的监测点位最近，距离厂址仅1.7 km。此外，在福州市设一个对照点，位于厂址SW方位约137 km处。

图1 监测点位示意图

1.2 采样监测方案与方法

空气中14C的分析采用《空气中14C的取样与测定方法》(EJ/T 1008—96)规定的方法[9]。分析的频次为每月1次。

采用法国SDEC公司生产的空气中14C采样器进行采样。采样器流量范围为10～55 L/h，对空气中CO2和CH4的捕集效率分别大于85%和90%[10]。捕集液为2 mol/L的NaOH溶液，生成的NaCO3样品在实验室加入6 mol/L的CaCl2溶液形成CaCO3沉淀。沉淀经过滤后，转移至20 mL的低钾玻璃瓶(计数瓶)中，然后加入14 mL闪烁液和4 mL本底水，经充分混合和暗置后在Quantulus 1220型超低本底液闪谱仪上进行14C的计数。闪烁液采用357.1 mL甲苯、2.5 g PPO(2,5-二苯基噁唑)、0.225 g POPOP(1,4[5-苯基-2-噁唑基]苯和142.9 mL Triton-X100(聚乙二醇辛基苯基醚)制成。

1.3 质量保证

14C样品的分析遵循辐射环境监测质量保证的相关标准要求。对超低本底液闪谱仪，定期委托计量机构对仪器进行校准，并使用标准试样对仪器进行刻度，定期采用仪器自带的无猝灭检验源开展探测效率测量，发现异常时及时查找原因。同时，针对谱仪开展长期稳定性和泊松分布检验，并绘制长期稳定性参数(包括本底、效率)的质控图，发现问题及时分析并纠正。此外，根据实验室质量管理体系的要求，对每批次样品取一定比例进行平行样分析和加标样分析，同时定期参加14C分析的实验室间比对。实验室在长期的运行过程中均实施上述质量保证措施，保证了本文中实验结果的可靠性。

2 监测结果分析

2.1 历年来监测数据的统计分析

(1)结果统计及与其他核电基地的对比

图2给出了2013—2021年间各点位的监测结果，表1列出了其统计结果。分析结果表明，厂址周围各点位的监测结果处于相近的水平，平均值结果范围为0.229～0.230 Bq/g(碳)，福州对照点结果平均值为0.225 Bq/g(碳)，厂址周围监测点的结果稍大。

表1 2013—2021年环境空气中14C的监测结果及本底调查水平

图2 历年来空气中14C监测结果

孙勋杰等人[5]报道了大亚湾核电基地周围环境空气中14C的结果(2016年)。结果表明，大亚湾核电基地周围空气环境中14C的比活度范围为0.23～0.28 Bq/g(碳)，并且呈现距离厂址越近、监测结果越高的特点(最大附加水平约22%)。在距离厂址约7 km时，即降到环境本底水平[0.23 Bq/g(碳)]。宁德核电厂周围环境空气中14C的比活度与大亚湾核电基地外围本底0.23 Bq/g(碳)的水平相近，分析原因，可能与各厂址位置及环境条件、液闪谱仪分析结果的统计涨落等因素有关。

黄仁杰等人[6]报道了秦山核电基地周围环境空气中14C的结果(2002—2009年)，结果表明，厂址周围环境空气中14C的活度浓度范围为38.3～55.4 mBq/m3，并且厂址近处点位的结果要比对照点略高。调查时段环境空气中CO2的体积浓度约380 ppm(大气中CO2浓度逐年升高，取2017年值)[11]，换算为空气中含碳量约为0.22 g/m3，则秦山核电基地周围环境空气中14C的比活度范围约为0.188～0.272 Bq/g(碳)。整体上，宁德核电厂历年来的监测结果均处于秦山核电基地的监测结果范围内。注意到压水堆核电厂排放的14C主要是14CH4[1]，而该文报道的采样方法仅采集空气中CO2。尽管其进入环境中将通过各种途径转化为14CO2，但考虑到转化可能是一个非常缓慢的过程，预计采样方法的选择对监测结果带来影响。

Varga等人[7]研究了匈牙利Paks核电厂(运行4台VVER压水堆核电机组)周围环境空气中14C的分布及影响(2015—2016年)。研究表明，位于厂址2 km范围以内的9个监测点位，14CO2形态的14C附加水平(即监测结果与对照点之差)平均为3.8‰，最大值为91.2‰,而其他14CO2+14CnHm形态的14C附加水平平均为31.1‰，表明应加强14CnHm形态的14C的监测。

法国辐射防护与核安全研究所(IRSN)报道了法国境内核电厂周围环境介质中14C的结果统计[8]。分析表明，核电厂正常运行长期释放条件下厂址周围14C比活度可能在1994—2003年本底水平[0.243 Bq/g(碳)]的基础上增加0.003 Bq/g(碳)，约1%。

上述对比分析表明，14C是压水堆排放到环境中量较大的核素之一，通过液闪测量技术在厂址周围环境空气均能检出，但附加水平较低，一般在百分之几的水平，具体与反应堆类型及运行年限、14C的排放水平、厂址环境条件、监测点位与反应堆的距离等有关。

(2)与对照点监测结果的对比分析

前述分析表明，宁德核电厂周围三个点位的监测结果与对照点相比有微弱的差异，如考虑以对照点监测数据作为参考，预计小筼筜、渔井、牛郎岗监测点的结果分别比对照点高出0.004 Bq/g(碳)、0.005 Bq/g(碳)和0.005 Bq/g(碳)(相应于核电厂排放影响的附加值)，约高出2%，与上述国内外报道的结果相符[5-6,8]。然而，考虑各点位所有监测结果统计涨落较大，三个点位附加值的不确定度分别为507%、398%和499%，这表明上述估算的附加比活度水平具有极大的不确定性，需进一步采用一致性检验方法进行分析。

对各点位的长时间序列数据采用正态分布检验，结果表明，在显著性水平p=0.05条件下，小筼筜、光渔监测点的结果不满足正态分布(p值分别为0.006和0.03)，而牛郎岗和福州监测点的结果满足正态分布(p值分别为0.056和0.074)。考虑厂址周围监测点与对照点监测结果作为两组配对的非正态分布连续变量，采用配对Wilcoxon符号秩检验进行一致性分析，小筼筜、渔井和牛郎岗监测结果与福州对照点的监测结果一致，因此，从统计学角度看，厂址周围监测结果与对照点的监测结果不存在统计学上的显著性差异。

2.2 与运行前本底调查结果的对比

宁德核电厂运行前的辐射本底调查于2009年6月至2011年6月开展。环境空气中14C的监测点与监督性监测的点位基本相同(牛郎岗、渔井、小筼筜、福州)，频次亦为每月1次。本底调查结果的统计列于表1。采用单样品Wilcoxon符号秩检验进行一致性分析，结果表明，在p=0.05的水平，各点位2013—2021年间的监测结果比运行前本底调查结果显著偏高。

运行前本底调查中，14C的采样仅采集空气中的CO2，而监督性监测中采用的是法国SEDC公司HAGUE 7000型采样器[10]，具备采集CH4形态14C的功能。考虑到压水堆核电厂气态流出物排放主要以CH4形态为主，监督性监测结果与运行前本底调查结果的差异可能与具体采样的差异有关。具体原因有待进一步研究。

2.3 与流出物排放数据趋势的对比分析

收集了2014年1月至2021年4月间宁德核电厂气态流出物月度排放14C的数据(如图3所示)。考虑核电厂大修期间可能的集中排放，采用月排放值开展相关性分析，结果列于表2。从线性系数(Pearson系数)来看，各点位的14C比活度与宁德核电厂排放量线性均为正，其中牛郎岗监测结果与排放量呈现弱相关特征(弱相关的相关系数0.2～0.4)，其他点位结果呈现极弱相关或不相关特征(相关系数0～0.2)。为进一步检验相关性，采用方差分析(ANOVA)方法分析在p=0.05水平的相关性。结果表明，在不相关假设条件下，仅牛郎岗的相关性分析结果拒绝该假设条件(p=0.006<0.05)，其他点位则满足该假设条件。这表明，距离厂址最近的牛郎岗监测点的空气14C监测结果，明显受到核电厂排放的影响。

表2 环境空气中14C比活度与气态流出物排放量相关性的分析

图3 环境空气中14C比活度与气态流出物排放量的对比分析

3 季节周期性分析

14C在环境空气中的比活度受到多种因素的影响，包括生物效应、城市气体排放、大气循环[12-15]。受大气圈和生物圈C循环的影响，天然环境中14C的年周期性化一般显示夏秋季高、冬春季低的特点[14-15]。对于核电厂周围环境空气，14C的比活度可能还受到核电厂排放的影响。研究分析了各点位监测结果的月平均变化，并采用正弦曲线模型进行回归分析，结果如图4所示。图中，色带区域为统计结果的不确定度(标准偏差)范围，曲线为正弦拟合曲线(其中固定周期为12个月)。拟合曲线的相关参数列于表3。结果表明，在给定年周期变化假定条件下，小筼筜、渔井、福州点位的监测结果最大值均一般出现在7—9月，且年周期变化涨落的范围为0.003～0.007 Bq/g(碳)。这与国外文献报道的北半球环境空气中14C的变化规律相一致[14-15]。对于牛郎岗监测点位，呈现不一致的结果，由于距离核电厂较近，可能与宁德核电厂排放的影响有关。需要关注的是，采用正弦曲线回归的校正决定系数(AdjustedR2)较低(-0.009～0.338)，显示回归结果具有非常大的不确定性。

图4 环境空气中14C比活度月均值变化

表3 年周期变化的正弦模型回归参数

4 结论与建议

4.1 结论

本文分析给出了宁德核电厂周围2013—2021年间开展的空气中14C的监督性监测结果。分析表明，各点位多年平均值范围为0.229～0.230 Bq/g(碳)。将结果与国内外其他核电厂周围监测结果进行了对比；对厂址周围监测点的结果与对照点的结果进行了对比，结果表明核电厂排放造成的附加值极小，且在统计学上具有极大的不确定性；同时与本底调查结果进行了对比分析，统计的差异性可能与采样方法的差异有关；采用核电厂气态流出物排放量与监测结果进行了相关性分析，结果表明，距离厂址最近的牛郎岗监测点的结果在统计学上具有明显的正相关性。此外，对监测结果进行了年周期性分析，除牛郎岗监测点位外，结果呈现夏秋季高、冬春季低的特点，但在统计学上具有非常大的不确定性。

4.2 建议

(1)建议统一环境空气中14C监测的技术规范，在采样、制样、测量、结果表达等环节均应统一方法。应针对不同形态的14C进行采样(包括有机形态和无机形态)，如有条件应分别开展相应的监测。应统一评价规范，合理确定对照点，采用对照点的结果作为参考评估核电厂排放的附加影响。应采用比活度为单位开展评价，避免环境空气中碳含量的波动对评价带来的不确定性。

(2)对宁德核电厂周围环境空气中14C的监督性监测，应进一步累积数据，开展长时间序列的趋势分析，或优化监测方案，进一步开展相应的调查，以更准确评价核电厂排放的影响。