Question

放射性测量在城市污染调查中的应用

Answer 1

人类活动对地球介质的污染大体上可以分为四类：水体（包括地表水和地下水）污染、大气污染、固体废弃物的污染和放射性物质的污染。由于这些污染会使介质的物理、化学性质发生明显的变化，因而可以在不同程度上利用物探、化探方法加以监测。对其中的某些污染而言，这些方法还可用以监测治理的过程和评价治理的效果或者为治理工程的设计提供依据。

1.放射性污染的来源

放射性污染的来源有以下几个方面[]2。

核废料和核泄漏事故　核电站会产生大量的放射性废料，核泄漏事故也时有发生。核武器试验形成放射性散落物。放射性源在工业和医疗等许多方面有着广泛的用途，但由于管理不善，常被当作一般的废料而丢弃，例如，北美在20世纪80年代就发生过30多起这样的事件。

某些矿产资源的大量开采　铀矿和一些有色、稀有、稀土、磷等矿产的开采和选冶，导致大面积的放射性污染。

某些燃烧产物和含放射性的物质　煤及其燃烧产物、原油、建材、肥料等常常含有偏高的放射性元素含量，这些污染过去长期被人们忽视。

为了了解放射性污染的分布，原苏联曾开展过全国性的系统调查。原苏联“地质勘探”联合体从1982年开始对莫斯科进行放射性污染调查，1986年开始在圣彼得堡、基辅、托木斯克和其他一些城市进行放射性污染检查。1989年原苏联部长会议决定将这项工作纳入国家计划，并指定“地质勘探”联合体作为专业化的放射生态调查部门。所发现的放射性污染地段经过详细调查，确定出污染地段的范围和性质。在必要的情况下，为了确定辐射体的性质和污染的程度，要取样品做γ能谱测量和α及β测量。地段经详查之后交给地方权力机关，以便在卫生检疫部门、民防和堆放放射性废料的企业参加下消除污染。在消除污染的过程中要进行追踪测量，而消除之后还要通过监测加以核实。

我国在个别城市也作过系统的放射性污染调查，例如，核工业航测遥感中心在石家庄市开展过此类工作，在该市北郊电厂附近发现异常地段，铀的含量大于8×10^-6（最大值11.8×10^-6），钍含量大于27×10^-6（最大值34.5×10^-6），为正常场的3～5倍，已构成放射性异常面积约1.5km²，经地面检查后发现是由电厂的煤灰池及散落于其四周的煤灰污染造成的。在其他一些工厂和居民区也出现放射性偏高区，经检查是由锅炉房旁堆积的煤灰煤渣、生活用煤的煤灰垃圾或含放射性物质的建材引起的。

2.放射性污染的调查和监测方法

目前，放射性污染的调查和监测方法有航空、汽车γ能谱测量、步行γ测量和用于分析多种放射性核素的地面取样等。

（1）核事故污染的监测

核事故往往造成的污染范围很大，而且给人民生命和国民经济带来巨大的损失，原苏联切尔诺贝利核电站的事故就是一个典型的例子。

针对核事故的地球物理监测工作大体上可分为两大部分：一是在核事故发生后应当立即开始大区域快速监测工作，及时了解逐日的污染扩散范围和方向并采取相应的防范对策；二是对所有核设施进行长年监测工作，以便一旦发生事故时，能够了解原有的放射性背景和追踪事故后污染逐步消除的过程。

另一个监测核事故污染的实例是追踪返回地面的核动力卫星。由于卫星在进入大气层后解体成多个碎片，因此，监测工作要在预计降落轨道周围广阔的地区内进行，主要依靠航空γ能谱测量，待发现异常后再进行地面检查。加拿大国防部和美国能源部合作，曾经于1978年初在加拿大西北地区追踪返回地面的原苏联核动力卫星K ocmoc 954。经追踪调查后，共回收约3500枚碎片，最远的在卫星轨道以南480km。

（2）矿山探采和选冶污染的监测

除了铀矿床外，许多有色金属、贵金属、稀有金属、稀土元素和磷矿床等也都伴生有大量放射性元素，对这些矿床的勘探、开采、选矿和冶炼都会导致放射性污染。为了清除这些污染、了解清除的效果，都需要进行监测。

在地质勘探阶段，矿床虽未交给工业部门开采，但在勘探过程中使用了水平巷道、竖井和浅井等工程，使矿区受到天然放射性元素的污染。在矿床开采过程中，矿石和废石的堆放与运输造成更大面积的污染，选冶过程中产生的尾矿和炉渣也是不可忽视的污染源。

（3）建筑材料的放射性污染及其监测

目前，用土壤和岩石制成的建筑材料、一些工业废料、某种制砖原料、渣制水泥等都不同程度地含有天然放射性核素。

建筑材料中放射性元素的含量与人的健康息息相关。由土壤和岩石制成的建筑材料不同程度地含有天然放射性核素，而其中能以气态从建材中扩散出来的同位素主要是²²²Rn。当建筑材料的镭质量活度高于正常值（约37Bq/kg）时，就会成为室内氡的重要来源之一。

有时一些工业废料（含有较多的放射性元素）也被用作建材的原料，成为长期危害人体健康的污染源。我国多数地区用各种砖作建材，其中所含放射性元素以钾的质量活度最高，为148～555Bq/kg，镭次之，为37～185Bq/kg，钍为37～148Bq/kg。原料中含核素高的石灰、水泥制作的建筑材料，其室内氡浓度可高于正常值的5～18倍，例如，我国一家渣制水泥厂，其原料来自白云鄂博铁矿的尾渣，用其水泥建成的房屋室内氡浓度高于正常值的4～6倍。

（4）采煤和燃煤的污染及其监测

许多重要的采煤区在采煤过程中形成大面积的放射性污染。例如，德国的鲁尔矿区发现，由煤矿抽向地面的水中²²⁶Ra含量所导致的活度浓度达13kBq/m³，流入地下坑道中的水达63kBq/m³。鲁尔区所有煤矿每年抽出的水含²²⁶Ra导致的总活度共37G Bq。

在地面上，放射性污染的分布在很大程度上与水的化学成分有关，共有两类含镭的水，A 类含硫酸盐甚少或不含硫酸盐，但含Ba^2＋离子；B类水含大量硫酸盐，但不含Ba^2＋离子。在B类水中镭不沉淀。而A 类水中的镭，当其与硫酸盐水混合后，镭与钡同时沉淀，形成放射性沉积物。很多煤矿已采煤百年以上，在矿山废水流经之处形成很厚的沉积层，质量活度达150kBq/kg，并导致土壤和植物的污染，土壤质量活度介于0.2～31kBq/kg之间，在水道两侧的新鲜植物中含²²⁶Ra，其质量活度达1kBq/kg。

煤的燃烧过程实际上是放射性元素在燃烧产物中富集的过程。印度A ligarh M uslum大学利用裂变径迹法对印度两家热电厂的煤、炉渣和飞灰中的铀含量进行测定，发现他们所用的煤含铀的质量分数为17.1×10^-6，炉渣为25.7×10^-6，而飞灰为29.1×10^-6。

目前，世界上许多发展中国家都以煤作为主要能源，因此，粉煤灰成为一种量大面广的放射性污染源。据联合国原子辐射效应科学委员会（U NSCEAR）的统计，一个每天烧煤10 t的热电厂，向大气释放的²³⁸U 放射性活度达1850 kBq，一个1000 MW的热电厂每年排放粉煤灰5×10⁵t，其中1.4×10⁵t排入大气。调查表明，在热电厂周围由于粉煤灰放射性引起的癌症死亡率比在核电站周围高30倍。

用粉煤灰和煤渣制造建筑材料曾被认为是废物利用的好办法，殊不知当煤的放射性元素含量偏高时，还会导致严重的后果。我国核工业总公司曾经对石煤渣砖所建房屋的室内吸收剂量率做过调查，其结果见表6-1-3。

表6-1-3 石煤渣砖所建房屋和对照房屋室内伽马射线吸收剂量率

（据崔霖沛等，1997）

由此可见，石煤渣砖房屋的γ辐射吸收剂量率比对照组房屋高3～9倍。另据对福建西部几家综合渣制砖厂进行的放射性监测，发现一些石煤渣制品U、Ra、Th核素的含量比正常值高3～5倍。

图6-1-5是云南某钢铁厂上空航空伽马能谱检测铁矿放射性污染的异常剖面图，该剖面中铀道计数率出现双峰，峰形尖陡，强度较高，超出底数近3倍；总道峰形反映也十分明显，较宽，显示出一定规模；钾道和钍道反映不明显，属铀异常，并有磁异常存在。

图6-1-5 云南某地航空放射性测量异常剖面图

（据李怀渊，2004）

该异常区位于云南省某县城内，呈北西向分布，长约600m，宽约400m，是某钢铁厂冶炼附近泥盆纪地层中铁矿石后的废渣及废渣所制砖块砌起的房屋引起的。该矿石放射性强度为2.0nC/（kg·h），略低于周围第四系堆积物（3.2nC/（kg·h），但铀含量偏高（12.2×10^-6）。废渣中的放射性核素进一步浓缩，炉渣中放射性强度较高，炉渣大量堆积，并制成砖坯构筑围墙及房屋，造成了大片的放射性污染区域^[3]。

（5）石油开采及运输中的放射性污染和监测

石油的放射性污染过去长期为人们所忽视，原苏联在其开展的全国性系统放射生态调查中才发现这一问题。1988年，КОЛЬЦОB地质企业发现巴库和高加索地区石油管道的照射量率达200～2000μR/h，该企业近年来在斯塔夫罗波尔边区的调查中发现，在采油时放射性盐类沉淀在输油管道、容器和其他设备的壁上，将采油废水放入蒸发和过滤场也促使面积性放射性污染的形成，面积达几十至几百万平方米，y射线的照射量率达100～1000μR/h。清洗、修理和更换管道、容器和设备也使地面被固体放射性废料污染，照射量率可达2000～3000μR/h。

另外，每年还要发生数以千计的输油管、水管的泄漏，泄漏量达数万立方米。每年又有数百公里的过期污染管道报废，其中相当一部分变卖给居民和单位，作为建筑材料。

（6）磷肥的放射性污染及其监测

在天然环境中磷和铀之间有着稳定的共生关系，磷肥的原料——磷矿石含有偏高的铀，磷肥的副产品中则含有较多的铀衰变产物，这些都会给磷肥厂周围的环境造成放射性污染。

例如，在西班牙西南部奥迭尔河和廷托河汇合入海处附近有一个大型磷酸厂，用于制造磷酸盐肥料，其原料为磷灰岩，含有大量铀系放射性核素。因此，需要估算该厂每年排入周围环境的核素数量，监测放射性核素的污染程度。

磷肥厂的环境放射性污染在我国亦有发现。核工业总公司在上海市郊进行航空γ能谱测量时，曾发现102×10^-6的铀异常，是背景值的45倍，经查是由化肥厂的磷矿粉引起的。

施加磷肥对农田的放射性污染程度如何也是人们普遍关心的问题。对此，西班牙的韦尔瓦大学已作了初步估算，他们测定了西班牙11种化肥的质量活度，非磷肥的铀系元素含量都很低，而磷肥较高，如磷酸铵肥料（以P₂O₅计）中的铀导致的质量活度为2500 Bq/kg、Ra的为50 Bq/kg、Po的为250 Bq/kg。为了估算磷肥对农田的影响，假定每年每10000m²最多上150 kg P₂O₅,1 kg P₂O₅所含铀的活度为2500Bq，而铀均匀分布在近地表10cm的土壤层中，土壤密度为1.5×10³kg/m³，那么每年每1kg土壤增加约0.25 Bq的铀，它不超过未扰动土壤铀正常含量的1%。所以，他们认为磷肥对农田的放射性污染可以忽略不计。

（7）城市放射性辐射调查

超剂量放射性辐射长期照射人体，会引起斑疹性皮炎、眼疼、毛发脱落等病症，甚至可引起恶性肿瘤、不育症及早亡等。可见，放射性辐射对人体的危害是不可忽视的。

按我国和国际辐射防护委员会推荐的辐射防护剂量标准，对于职业放射性工作人员，其最大容许剂量为5rem/a（雷姆/年）

1rem（雷姆）＝10^-2S（v 希沃特），1Sv=1J/kg（焦耳/千克）（国际单位制）。，对于非职业放射性工作人员，其最大容许剂量为0.5rem/a，若换算成γ辐射强度，则0.5rem/a=60γ

1γ（伽马）＝71.767fA/kg（飞安每千克）（国际单位制）。。

为查明城市及其周围地区放射性辐射强度的情况，通常采用放射性伽马测量，可获得良好的效果。

图6-1-6是深圳市某区放射性伽马测量结果。测区为一低山丘陵地区，区内广泛分布着中—粗粒斑状黑云母花岗岩，其中还发育有伟晶岩脉和断裂破碎带。若用我国推荐的辐射防护剂量标准0.5rem/a=60γ为尺度划分测区的y强度异常区，则从图可看出，测区大部为低于60γ的正常区，大于60γ的异常区有三个，即M₁、M₂、M₃（M₃异常位于M₁异常以北）异常区。异常等值线均呈近东西向展布，这些异常与中—粗粒斑状黑云母花岗岩中富含的铀、钍和断裂构造有着密切的关系。

图6-1-6 深圳市某区放射性伽马强度等值线图

（据李均灿，1986）

1—伽马强度等值线及其强度；2—伽马强度异常区及其编号；3—断层

按前述的辐射防护剂量标准，在异常区内不宜建造房屋和居民点，所产的花岗岩石不宜作石材用。

深圳市放射性测量成果为该市城市规划和环保工作提供了重要资料

李均灿等，1986。深圳地区环境放射性γ测量简介（广东省地矿局）。。