水中总α、总β 放射性含量,基本上能反映出水中放射性总体水平,可作为水质放射性污染监测的一个重要指标^[1]。世界卫生组织(WHO)关于生活饮用水中总α 和总β 的活度的推荐限值分别为0.5和1 Bq /L^[2]。在我国标准中,生活饮用水中的总α、总β 放射性沿用了WHO推荐值,居民通过饮水所致辐射暴露的年均有效剂量0.1 mSv/年 ^[3]。目前,还没有关于赤峰地区饮用水中总放射性监测的相关报道。本研究对赤峰市饮用水进行放射性筛查,建立赤峰地区的饮用水中总放射性活度的调查数据库,掌握本地区水中放射性的本底水平,为快速初判可能发生的核辐射突发事件提供科学依据。

1. 实验仪器:采用德国伯托公司生产的LB770型流气式低本底总α/β放射性测量仪进行测量。其探测器直径为60 mm,本底计数率为α < 0.05计数/min、β < 1计数/min。采用美国ORTEC公司生产的高纯锗γ能谱仪测量核素的放射性,其在⁶⁰Co的1.33 MeV能量分辨率 < 1.85 keV,相对效率＞32%。两个设备均在检定周期内。

2. 测量方法:样品的总α放射性选用标准曲线法进行测量,总β放射性选用薄样法进行测量,对总α值高于指导值(0.5 Bq/L)的样品进一步做了γ能谱核素分析,其总β值均在指导值(1.0 Bq/L)以下。通过下式计算居民通过饮水所致辐射暴露的年有效剂量(AED):AED=A×C×V^[4]。式中,A为总α放射性活度,Bq/L;C为成人通过饮用水摄入总α的剂量转换系数,C=3.58 × 10^-4mSv/Bq^{[5, 6]};V为成人的年均饮水量,V=730 L/年^[2]。

3. 样品布点及前处理:本次调查覆盖赤峰市12个旗县区,在确保采集居民饮用水和水厂出厂水的基础上再采集居民集中居住地(苏木、嘎查等)的河水、湖水、井水等。采集时节分为枯水期和丰水期。本次调查共采集测量231份样品,涵盖了居民自来水、出厂水、河水、井水、湖水等,把水库水、泡子水、水源水等作为湖水进行统计。

4. 总放射性测量样品前期处理:所有水样按体积比50[DK]∶1加入硝酸,取1 L水样加热浓缩至约50 ml,冷却。样品转移至瓷蒸发皿,滴加1 ml硫酸混匀,放入高温炉,在(350±10)℃下灼烧1 h,取出置于干燥器中冷却至室温,待测量。

5. γ能谱测量的前期处理:取10 L水样分10次加入烧杯中,浓缩至约100 ml时,再加入1 L水样,在电热板上加热蒸发浓缩,冷却至室温,装入样品瓶中,放置30 d,待²²⁶Ra及其子体达到平衡之后进行测量。对总α值高于指导值(0.5 Bq/L)的样品进一步做γ能谱核素分析,其总β值均在指导值(1.0 Bq/L)以下。相关水样的采集点分布在赤峰市元宝山区、阿鲁科尔沁旗、翁牛特旗。

6.质量控制:标准物质为α粉末标准物质(²⁴¹Am),比活度14.7 Bq/g;β粉末标准物质(⁴⁰K)比活度16.1 Bq/g;水体效率校准源,均由中国计量科学研究院提供。本实验室连续3年参加中国疾控中心实验室间检测能力比对工作,成绩均合格。

7. 统计学处理:数据以±s表示。采用SPSS 17.0软件进行分析,使用t检验进行丰水期和枯水期的饮用水中总α/β放射性测量结果比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. 不同时期种类水样测量:不同时期种类水样在枯水期和丰水期的总放射性测量结果列于表1。枯水期的水中总α和β的放射性调查结果范围分别是:自来水,0.032~0.858和0.069~0.435 Bq/L;出厂水,0.041~0.852和0.054~0.451 Bq/L;河水,0.058~1.107和0.066~0.873 Bq/L;湖水,0.019~0.766和0.094~0.434 Bq/L;井水, < 0.016~0.233和0.112~0.490 Bq/L。相应丰水期样品结果范围是:自来水, < 0.016~1.003和0.050~0.450 Bq/L;出厂水,0.120~0.994 和0.039~0.571 Bq/L;河水,0.027~1.230和0.080~0.827 Bq/L;湖水, < 0.016~0.677和0.070~0.938 Bq/L。由表1可知,赤峰市各类水样的测量结果在枯水期和丰水期的差异均无统计学意义(P > 0.05)。

表1()

表1 不同时期种类水样的总放射性核素测量结果(Bq/L,±s)

表1 不同时期种类水样的总放射性核素测量结果(Bq/L,±s)

2. 总α高于指导值的测量结果:生活饮用水中总放射性活度高于推荐参考值的结果列于表2。由表2可知,1 L水样蒸发后的残渣量范围大约在0.5~1.5 g。赤峰地区饮用水中²³⁸U的测量结果都低于探测下限;自来水和出厂水中²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th全部低于探测下限;只有在河水和湖水中测到了微量天然放射性核素²²⁶Ra、²³²Th,属于本底水平。

表2()

表2 生活饮用水中总α放射性活度高于指导值的结果

表2 生活饮用水中总α放射性活度高于指导值的结果

3. 居民通过饮水所致辐射年均有效剂量:通过公式计算,丰水期的饮自来水所致辐射暴露的居民年均有效剂量为0.071 mSv/年,[JP3]枯水期的饮自来水所致辐射暴露的居民年均有效剂量为0.068 mSv/年[JP],均小于WHO推荐的待积有效剂量0.1 mSv/年。

本次筛查在2013—2014年进行,调查涵盖了赤峰市的3区7旗2县的居民饮用水、水厂水和部分河水、湖水、井水等。赤峰市饮用水中总α放射性水平0.016~1.230 Bq/L、总β放射性水平0.039~0.938 Bq/L,在全国平均水平之内^[2]。

所有种类水样在枯水期和丰水期的总α均值和总β均值均＜国家标准指导值。在5类水样中,枯水期和丰水期的河水的总α均值和最大值均高于其他种类水样,丰水期湖水的总β平均值和最大值均高于其他种类水样。

对总α值高于参考水平的样品做了γ能谱核素分析,²³⁸U、²²⁶Pa和²³²Th的放射性活度基本上属于本底水平,与周滟等^[7]的研究数据一致。总α值偏高的原因有可能是赤峰市位于我国北部,降雨量少于南方,地面水蒸发量大,水内无机离子因浓集而含量增高。其次,个别地区是矿区(元宝山区),地质结构复杂。样品制备过程中,过滤杂质不充分,残渣量多也是造成河水、湖水的总放射性偏高的一个主要原因。

本研究采集了3份井水样品,均来自牧区家用自备井,是浅层地下水。井水的总α、总β放射性活度均在指导值以下。根据全国的数据,地下井水的总α一般较高,3份井水样品的总α、总β放射性活度均在指导值以下,有可能是采样数量少,采集样品至测量的时间过长有关。

赤峰市位于内蒙古自治区东南部,与河北省和辽宁省接壤。河北省石家庄市自来水中的总α放射性水平为0.010~0.040 Bq/L,总β放射性水平为0.010~0.380 Bq/L^[1],辽宁省水中总α放射性水平为0.010~0.227 Bq/L,总β放射性水平为0.010~0.500 Bq/L^{[7, 8, 9]},北京市水中总α放射性水平为0.010~0.702 Bq/L,总β放射性水平为0.010~0.940 Bq/L^{[7, 10]},赤峰市水中总放射性水平与周边省市地区的水中放射性水平基本一致。

通过本次调查建立了赤峰市饮用水中总放射性活度的数据库,为应急情况下快速监测评估放射性污染等工作可提供科学数据。