北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率空間分布**基金項目：國家重點基礎研究發展計劃973項目(2007CB407302)“重點區域水體和土壤環境的復合污染特征”*通訊作者：zhaoye@bnu.edu.cn

張 慶　姚帥墨　 趙 燁　 張 京

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北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率空間分布**基金項目：國家重點基礎研究發展計劃973項目(2007CB407302)“重點區域水體和土壤環境的復合污染特征”*通訊作者：zhaoye@bnu.edu.cn

張 慶①中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所 輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室 北京 100088姚帥墨①趙 燁②*北京師范大學環境學院 北京 100875張 京①

[摘要]目的：通過調查北京周邊地區土壤中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的放射性活度濃度，估算其所致γ射線外照射劑量率，繪制北京周邊地區γ射線外照射劑量率空間分布圖。方法：用HPGeγ能譜儀測量土壤樣品中226Ra、232Th和40K的活度濃度，借助ArcGIS軟件繪制土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率空間分布圖。結果：共采集和測量416份土壤樣品，得到的γ射線外照射劑量率為26.9～94.2 nGy/h，平均值為62.0 nGy/h，北京周邊大部分地區γ射線空氣吸收劑量率水平在50.0～70.0 nGy/h之間。結論：繪制直觀簡單的北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率分布圖，對于評價和研究該區域環境放射性水平的變化具有重要意義。

[關鍵詞]外照射劑量率；空間分布；HPGeγ能譜儀；GIS軟件；放射性核素

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, China CDC, Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, Beijing 100088, China.

自地球形成時在地殼中已存在放射性核素，這些天然放射性核素隸屬于釷系、鈾系和錒系3個放射性系[1]。而土壤中的天然放射性核素主要指226Ra、232Th 和40K，這3種核素半衰期很長，在人類環境中一直存在并通過發射一定強度的γ射線影響著人類[2]。因此，本研究利用ArcGIS軟件，將調查的劑量率結果繪制成劑量率空間分布精細圖，對于開展該區域放射環境質量評價、調研輻射對人類的影響以及研究放射性污染物遷移轉化規律等均具有重要意義。

1　資料與方法

1.1 樣品采集

采集區域以北京和天津連線向外輻射，北至張家口和承德，南至保定，從北緯38o34'13''至40o44'24''，東經115o37'21''至117o28'16''，采集0～20 cm土壤表層樣品。采集的土壤要有代表性，并應考慮以下原則：①地形地貌；②采樣點附近無人為污染源；③不在水土流失嚴重和表土被破壞處采樣，且遠離主干公路和鐵道兩側＞100～300 m處。以10 km×10 km網格法進行樣品采集，事先在采樣區域利用Surfer軟件等距插入采樣點初步確定采樣點，然后比對實際地圖，借助GPS定位系統精確定位并考慮上述原則進行采樣點校正，最后確定采樣點。在實際采樣時，需要剔除那些位于城區、水域或大面積裸露巖石的無土壤的采樣點，共獲得416個樣點的有效土壤樣品。將所有樣品按照規范化處理后，封裝于Φ75 mm×50 mm聚乙烯樣品盒中待測[3]。為使土壤樣品中鈾鐳系列的放射性氣體核素氡與其子體核素達到放射性衰變平衡，需要將樣品密封放置≥3周[4-6]。

1.2 測量儀器

使用高純鍺(HPGe)γ能譜儀(美國EG&GORTEC公司ADCOM100低本底HPGeγ譜儀)測量獲得土壤中226Ra、232Th和40K的活度濃度。相對于3''×3''NaI(Tl)晶體的探測效率為53%，對60Co 1332 keVγ射線的能量分辨率為1.71 keV，積分本底為180計數/min(20～2000 keV)。測量時探測器置于壁厚10 cm，內腔為60 cm×60 cm×60 cm的復合屏蔽鉛室內，HPGeγ能譜儀在測量樣品前需要完成能量刻度和效率刻度[7-8]。

1.3 放射性活度濃度計算

土壤中226Ra、232Th和40K的活度濃度(A)[9-10]是由其衰變系中子體核素得到，計算為公式1：式中Nnet為扣除本底后的該能峰γ射線全能峰面積凈計數率，s-1；ε為探測器對該能峰γ射線全能峰的探測效率；η為該能峰γ射線全能峰的發射概率；M為所測樣品的質量，kg。選用的子體核素、相應的γ射線能峰和發射概率及探測效率見表1。

表1　土壤中226Ra、232Th和40K的活度濃度計算用相關參數

測量結果的擴展不確定度[3]包括：A類不確定度(μA)，由統計計數引起的不確定度μ貢獻；B類不確定度(μB)，主要由刻度源的不確定度貢獻。擴展不確定度U計算為公式2：

式中k為包含因子，一般k=2，相應置信度約為95%。由統計計數引起的不確定度計算為公式3：式中Ns為全能峰凈面積計數；Nb為相應全能峰的本底凈面積計數；ts為樣品測量時間，s；tb為本底測量時間，s。

1.4 土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率計算

土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率D計算為公式4：式中0.462、0.604和0.0417分別是針對土壤中天然核素鐳、釷和鉀的劑量轉換系數，單位為nGyh-1/Bqkg-1；ARa、ATh和AK分別為土壤中天然核素鐳、釷和鉀的活度濃度[12]。

1.5 質量保證

所有土壤樣品均由中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所γ能譜實驗室測量，該實驗室為中國疾病預防控制中心輻射防護與核應急重點實驗室，已經取得中國計量認證(CMA)合格證書；多次參加IAEA、WHO組織的國際放射性測量比對，結果合格；并多次與日本化學分析中心(JCAC)進行放射性測量雙邊比對，結果穩定良好。

1.6 北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率空間分布圖

利用公式(4)得到的北京周邊地區土壤中鐳、釷和鉀所致γ射線外照射劑量率，借助美國環境系統研究所(ESRI)的ArcGIS 10.0版本軟件繪制土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率空間分布圖。

2　結果

2.1 γ射線外照射劑量率結果

測量結果表明，北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率為26.9～94.2 nGy/h，平均值為62.0 nGy/h，其標準差為9.7 nGy/h。所得到的區域中γ射線外照射劑量率＜50.0 nGy/h的占8.6%、50.0～70.0 nGy/h的區域占74.1%及＞70.0 nGy/h的區域占17.3%。

2.2 γ射線外照射劑量率水平空間分布圖

北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率水平空間分布如圖1所示。

圖1為小區域數據，將一定范圍的劑量率數據采用同一種顏色表示，不同的顏色區域代表不同的劑量率范圍。劑量率值最大的區域位于北京的北部和西南部，天津的北部、東部和南部，保定的南部，外照射劑量率＞80.0 nGy/h。大部分區域的劑量率值位于50.0～70.0 nGy/h之間，整個區域的東北部有少量區域劑量率值最小，為＜40.0 nGy/h。

圖1　北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率水平空間分布圖

3　結論

測量結果表明，北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率的平均值為62.0 nGy/ h。20世紀80年代衛生系統調查的北京、天津和河北的劑量率均值分別為56.7 nGy/h、65.6 nGy/h和69.8 nGy/h，均值為64.0 nGy/h，與本研究中均值基本吻合。全國的均值為69.9 nGy/h，最大值位于廣東，達到1300 nGy/h[13]，文獻[12]附錄B表8中從土壤中天然放射性核素活度濃度導出的γ射線外照射劑量率的32個國家或地區中：最小的為埃及(32 nGy/h)，最大的為中國香港特區(107 nGy/h)。我國大陸地區的值為58 nGy/h，小于20世紀80年代衛生系統調查的全國大陸地區均值(69.9 nGy/h)，略小于本調查結果。我國周邊的印度、日本、泰國和俄羅斯等國家的值分別為69 nGy/h、45 nGy/h、62 nGy/h和52 nGy/ h。印度和泰國的調查結果與本調查地區結果相符，從地形上觀察，這3個地區調查區域基本為平原，海拔高度大部分都＜200 m。

本研究中圖1顯示，北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率的分布，整個調查區域北京北部和西南部、天津的東部和南部地區以及保定的南部地區都是劑量率高值區(＞80.0 nGy/h)，這與該調查區域存在一些大型的金屬礦開發所引起的礦碴堆積有關，也與一些金屬冶煉工業的廢碴排放有關。

有研究表明，金屬礦的尾礦、礦碴以及冶煉爐渣會導致天然放射性核素的濃積，進而導致放射性水平的提高[14]。在永定河和潮白河區域劑量率相對較低，多數＜50 nGy/h，這與該區域的土壤為黃土質沉積物上發育的土壤有關[15-16]。

調查環境放射性會產生大量的數據，利用ArcGis軟件將這些數據以圖形直觀地顯示出來，極大提高了調查數據的可利用性[17]。本研究繪制和直觀地展示了北京周邊地區土壤中天然放射性核素所致γ射線外照射劑量率的空間分布，為該區域今后環境放射性水平變化研究提供了基礎性的科學依據。

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Research on spatial distribution of the gamma dose rate from natural radionuclides in soil in the surrounding areas of Beijing/ZHANG Qing, YAO Shuai-mo, ZHAO Ye, et al// China Medical Equipment,2016,13(1):67-69.

[Abstract]Objective: To survey the activity concentrations of226Ra,232Th and40K in soil around Beijing, and to estimate gamma dose rate, then to draw the spatial distribution of gamma dose rate. Methods: The activity concentrations of226Ra,232Th and40K in soil samples were measured by HPGe γ spectrometry. The distribution of the gamma dose rate was drawn by ArcGIS software. Results: Four hundred and sixteen soil samples were collected and measured. The value of gamma dose rate was from 26.9 nGy/h to 94.2 nGy/h, with a mean of 62.0 nGy/h. The gamma dose rate of most regions around Beijing was between 50.0~70.0 nGy/h. Conclusion: Using simple and intuitive map to show the spatial distribution of gamma dose rate around Beijing is very important to evaluate and study the change of the regional radioactivity level.

[Key words]Soil radioactivity; Spatial distribution; HPGe gamma ray spectrometry; GIS software; Radionuclide

收稿日期：2015-10-22

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.01.021

[文章編號]1672-8270(2016)01-0067-03

[中圖分類號]R144

[文獻標識碼]A

作者簡介
張慶,男,(1977- ),碩士，副研究員。中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，從事輻射檢測和核事故應急監測工作。