土壤作为地表环境中放射性物质存在的稳定场所，其放射性是地表环境辐射水平的重要反应^[1]。天然放射性核素²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K是土壤放射性的重要组成部分，它们的比活度水平对于评估居民受到的照射剂量以及健康风险具有重要意义。1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故产生的人工放射性核素¹³⁷Cs可能对公众健康产生影响^[1]。呼和浩特市为内蒙古自治区首府，现有常住人口3百万^[2]。本次对呼和浩特市城区天然辐射水平现状调查的结果不仅能全面掌握城区居民所受辐射照射情况，同时为该地区的环境辐射水平研究以及辐射防护工作提供科学依据。

1.样品的采集和制备：在呼和浩特市4个城区采集裸露的土壤表层样品(0~20 cm)，采集区包括新城区、玉泉区、回民区和赛罕区，区域面积约为2 065 km^2[2]。将每个区域的面积网格化均等的分为12个小网格，在每个网格内选择居民活动较密集的地方作为采样点，共计48份样品(采样点如图 1所示)。于晴朗、微风天气下，在48个土壤采样点的正上方、距离地面采样点中央1 m处测量γ剂量率。采样后将所有土壤样品剔除杂草和砾石，包装，标记送至实验室。在100℃烘干24 h至恒重后，研磨，60目过筛，装入圆柱形聚乙烯样品盒(φ75 mm×H70 mm)中。将样品盒擦净，称重，装入样品，密封并做唯一性标识。为使土壤样品中镭系列的放射性核素及其放射性子体核素达到放射性衰变平衡，放置4周后采用高纯锗γ能谱仪进行测量^[3-4]。

图 1 样品采集布点图 Figure 1 Sampling site distribution map

2.测量仪器：样品中放射性核素测量分析采用美国ORTEC公司生产的高纯锗γ能谱仪，该仪器的相对探测效率为36%，⁶⁰Co的1.33 MeV能量分辨力为1.72 keV。γ辐射剂量率测量采用美国Thermo公司生产的FH40G型γ辐射剂量率仪，测量范围是1 nGy/h~100 μGy/h，校准因子N_c为1.10。

3.测量方法：样品中放射性核素分析采用文献[3]中的相对比较法。用土壤标准源对仪器进行能量和效率刻度，核素有²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K和¹³⁷Cs。样品的质量和体积基本与标准源一致，样品测量的活时间为86 400 s。为扣除天然环境本底，在测量样品前后分别测量了空样品盒的本底谱，每次测量时间为259 200 s。放射性比活度计算如公式(1) 所示：

(1)

式中，N_net为扣除本底后的γ射线全能峰面积净计数率，s^-1； ε为相应核素的探测效率；η为相应核素全能峰的发射概率；M为所测样品的质量，kg；K₁为从样品采样到测量的时间段中，样品中放射性核素衰减的修正因子，K₂为在样品测量过程中，放射性核素衰减的修正因子，所测核素的半衰期非常长，采样至测量时间间隔和测量时间与半衰期相比可以忽略，因此K₁=K₂=1^[3]。

环境γ辐射剂量率为田野、道路、森林、草地、广场以及建筑物内，地表上方一定高度处(通常为1 m)由周围物质中的天然核素和人工核素发出的γ射线产生的空气吸收剂量率。由土壤中天然核素测量结果估算应采用公式(2)：

(2)

式中，C_Ra、C_Th、C_K分别为样品中²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K放射性比活度，Bq/kg^[5]。

年有效剂量率由公式(3) 计算：

(3)

式中，D为空气吸收剂量率，nGy/h；a₁为空气中吸收剂量转换成年有效剂量的换算系数，成人0.7 Sv/Gy；a₂为居民平均居留因子，室外居留因子为0.2^[5]。

4.核素测量不确定度评定：按照参考文献[3]中的方法，其中A类不确定度主要有测量的统计计数引起，B类不确定度主要由标准源的不确定度贡献。

5.质量控制：实验室连续4年参加中国疾病预防控制中心实验室间检测能力比对工作，成绩均合格。实验使用仪器经中国计量科学研究院检定合格，检定证书在有效期内。实验室定期开展设备稳定性自查，进行仪器本底测量及标准源自主校验。

6.统计学处理：不同城区土壤核素的比活度用x± s表示。采用SPSS 20.0软件进行分析。不同城区土壤放射性比活度均数比较经方差齐性检验后采用单因素方差分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

1.样品中放射性核素比活度测量：结果列于表 1。测量样品中²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K和¹³⁷Cs的比活度范围分别为11.01~67.29、32.65~55.03、24.61~38.49、525.50~855.90和0.03~6.38 Bq/kg，均值分别为29.29、39.33、29.77、650.49和1.62 Bq/kg。

表 1(Table 1)

表 1 土壤样品中放射性核素比活度(Bq/kg，A±U) Table 1 Specific activity of radionuclides in soil samples(Bq/kg, A±U)

表 1 土壤样品中放射性核素比活度(Bq/kg，A±U) Table 1 Specific activity of radionuclides in soil samples(Bq/kg, A±U)

2.放射性核素比活度分布：4个城区表层土壤中放射性核素比活度比较结果列于表 2。由表 2可知，4个城区的不同放射性核素比活度水平差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 呼和浩特市4个城区放射性核素比活度(Bq/kg，x± s) Table 2 Specific activity of radionuclides in 4 urban areas in Huhhot city (Bq/kg, x± s)

表 2 呼和浩特市4个城区放射性核素比活度(Bq/kg，x± s) Table 2 Specific activity of radionuclides in 4 urban areas in Huhhot city (Bq/kg, x± s)

3.剂量率的计算值和实测结果：经公式(2) 计算空气吸收剂量率值与实测瞬时γ剂量率数据比较结果见图 2。实测的瞬时γ剂量率范围为59.28~121.60 nGy/h，均值为86.32 nGy/h；通过土壤放射性核素比活度计算出的空气吸收剂量率范围为54.30~81.00 nGy/h，均值为64.64 nGy/h。

图 2 计算的剂量率与实测值的比较 Figure 2 Comparison between calculated and measured dose rates

4.年有效剂量计算结果：用空气吸收剂量率实测值通过公式(3) 计算出的呼和浩特市城区居民受到陆地γ辐射引起的室外有效剂量最低是66.59 μSv/年，最高99.33 μSv/年，平均79.27 μSv/年。

呼和浩特市城区表层土壤中天然放射性核素²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra的比活度均低于中国和世界的平均值，⁴⁰K的比活度高于中国和世界的平均值。在土壤样品中检测出了人工放射性核素¹³⁷Cs，其可能来源于1986年切诺尔贝利核电站事故以及既往核武器试验全球沉降。由于¹³⁷Cs的半衰期为30年，它会在土壤里迁移、衰变以及重新分布。¹³⁷Cs的比活度与1988年张淑蓉等^[7]报道的内蒙古地区13.6 Bq/kg相比大幅下降，由于距离1988年已近30年，¹³⁷Cs的比活度的下降是由于正常衰变导致的。本研究结果显示，²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K、¹³⁷Cs比活度在4个城区之间无显著差异，这是由于，土壤是岩石风化以后，在气候、生物及地形等因素影响下经过成壤作用而逐渐发育形成，由矿物质、有机质、土壤溶液和土壤空气等组成。在成壤过程中放射性物质进行了再分配，由于核素自身化学性质和赋存条件的变化，它们有的在土壤表层富集，有的在土壤下部富集，还有的被带出表层，进入地表水或地下水流。

从本研究结果可以看出，呼和浩特市空气吸收剂量率实测值(86.32 nGy/h)高于张淑蓉等^[7]1988年报道的内蒙古正常本底水平(60.3 nGy/h)，但在UNSCEAR 2000年报告书报道的世界平均水平18~93 nGy/h^[5]范围内。原因可能是近年来城市建设带来的建筑材料或其它物质的放射性贡献产生的。空气吸收剂量率计算值低于实测值，主要是因为实测结果不仅包括土壤中放射性的贡献，还有宇宙射线和环境中其它材料的放射性贡献。

呼和浩特市城区居民受到陆地γ辐射所致室外年有效剂量均值79.27 μSv，相比张淑蓉等^[7]1988年报道的内蒙古水平有所提高。虽然呼和浩特市居民受到的年有效剂量高于中国(71 μSv/年)及世界平均水平(70 μSv/年)^[6]，但从环境的辐射水平来看，呼和浩特市城区环境辐射水平属于正常本底水平，对居民造成的健康风险较低。