钚既存在于反应堆乏燃料，也可作为反应堆燃料，是核工业重要的放射性核素之一。吸入钚所致内照射危害一直以来都受到重视。尿钚分析是吸入钚内照射个人剂量估算的常用方法，分析方法常用放化分离α谱分析，广泛应用于后处理厂等单位的监测计划。放化分离α谱分析尿钚估算内照射个人剂量的灵敏度如何，在制定监测计划时如何应用，国内相关报道较少。本研究对同位素组成不同的钚化合物按照引致1 mSv/年或1 mSv/次的待积有效剂量进行了推算，从而探讨放化分离α谱分析在钚设施内照射个人剂量监测中的适用性，为核设施单位职业卫生管理和制定监测计划提供参考。

1.检测方法的灵敏度：采用欧洲辐射剂量学组(EURADOS)^[1]报告对放化分离后α谱分析推荐的典型探测限0.3 mBq/L。

2.吸入不同级别钚化合物中同位素组成：按照美国能源局(DOE)分类方法^[2]，不同级别钚化合物中同位素组成及相关参数见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 热源级、武器级、燃料级、反应堆级钚同位素质量百分比 Table 1 Mass percentage of plutonium isotops at grades of heat source, weapon, fuel, and reactor 同位素 比活度[3] (Bq/g) 待积有效剂量系数[4](Sv/Bq) 质量百分比[2](wt%) M类 S类 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 238Pu 6.337×1011 3.0×10-5 1.1×10-5 90.0 ＜0.05 0.10 1.5 239Pu 2.295×109 3.2×10-5 8.3×10-6 9.1 93.6 84.4 58.1 240Pu 8.396×109 3.2×10-5 8.3×10-6 0.6 6.0 12.4 24.1 241Pu 3.825×1012 5.8×10-7 8.4×10-8 0.3a 0.4 3.0 11.4 242Pu 1.457×108 3.1×10-5 7.7×10-6 ＜0.01 ＜0.05 0.1 4.9 注：a原文为0.03，疑为笔误

表 1 热源级、武器级、燃料级、反应堆级钚同位素质量百分比 Table 1 Mass percentage of plutonium isotops at grades of heat source, weapon, fuel, and reactor

3.内照射个人剂量估算的探测限：ISO 20553中7.1规定，用于常规内照射个人剂量监测方法的探测限必须≤1 mSv/年^[5]；我国GB 18871-2002中6.6规定，如果预计职业照射剂量在1~5 mSv/年，则应尽可能进行个人监测^[4]；GBZ 129-2016中8.3.3规定，记录水平为0.4~1 mSv/年^[6]。这些规定意味着采用的个人剂量监测方法探测限应不大于1 mSv/年或1 mSv/次，故本研究选用1 mSv/年或1 mSv/次作为钚致内照射个人剂量的探测限，进而推算监测方法应探测到的尿钚总α活度浓度。

4.个人剂量探测限对应的尿钚总α活度浓度(a_v)：计算个人剂量探测限对应的尿钚总α活度浓度，需先算出不同级别钚燃料的待积剂量系数，计算公式参见文献[7]。公式使用中须注意分母中不应计²⁴¹Pu，且尿钚采用活度浓度。计算中采用的参数见表 1。假设内照射个人监测方法的探测限为E_DL(τ)≤1 mSv/年或1 mSv/次时，对于特殊监测，

式中，a_v为1 mSv/次或1 mSv/年(监测周期T，d)对应的尿钚总α活度浓度，Bq/L；E_DL(τ)为剂量探测限，取0.001 Sv；m(t)为排泄分数。

对于常规监测

式中，e_(τ)为不同级别钚燃料的待积有效剂量系数，Sv/Bq；T为监测周期，d；1.4为标准人日尿排量，1.4 L/d；365为1年中的天数，d。

1.不同级别钚燃料的待积剂量系数：根据表 1给出的参数和推荐的计算公式，可得吸入不同级别钚化合物(5 μm)的总α待积剂量系数，见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 待积有效剂量系数(Sv/Bq) Table 2 Committed effective dose coefficient(Sv/Bq) 肺吸入类别 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 M类 3.00×10-5 3.53×10-5 5.01×10-5 5.02×10-5 S类 1.10×10-5 8.78×10-6 1.14×10-5 1.31×10-5

表 2 待积有效剂量系数(Sv/Bq) Table 2 Committed effective dose coefficient(Sv/Bq)

2.待积有效剂量为1 mSv时导出的尿钚总α浓度(a_v)

(1) 特殊监测有效剂量为1 mSv时导出的尿钚总α浓度：按照公式(1)可以推算急性吸入不同级别M类和S类钚化合物导致1 mSv待积有效剂量的尿钚总α活度浓度，见表 3，4。

表 3(Table 3)

表 3 急性吸入不同级别M类钚化合物致1 mSv待积有效剂量导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 3 Total α activity concentration in urine derived from acute inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type M(Bq/L) 摄入后时间(d) m(t)[6, 8] 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 1 2.3×10-4 5.47×10-3 4.65×10-3 3.28×10-3 3.27×10-3 2 1.3×10-4 3.09×10-3 2.63×10-3 1.85×10-3 1.85×10-3 3 7.8×10-5 1.86×10-3 1.58×10-3 1.11×10-3 1.11×10-3 4 5.3×10-5 1.26×10-3 1.07×10-3 7.56×10-4 7.55×10-4 5 3.9×10-5 9.28×10-4 7.88×10-4 5.56×10-4 5.55×10-4 6 3.0×10-5 7.14×10-4 6.06×10-4 4.28×10-4 4.27×10-4 7 2.4×10-5 5.71×10-4 4.85×10-4 3.42×10-4 3.42×10-4 8 2.0×10-5 4.76×10-4 4.04×10-4 2.85×10-4 2.85×10-4 9 1.7×10-5 4.05×10-4 3.44×10-4 2.42×10-4 2.42×10-4 10 1.5×10-5 3.57×10-4 3.03×10-4 2.14×10-4 2.14×10-4 注：m(t).排泄分数

表 3 急性吸入不同级别M类钚化合物致1 mSv待积有效剂量导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 3 Total α activity concentration in urine derived from acute inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type M(Bq/L)

表 4(Table 4)

表 4 急性吸入不同级别S类钚化合物致1mSv待积有效剂量导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 4 Total α activity concentration in urine derived from acute inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type S(Bq/L) 摄入后时间(d) m(t)[6, 8] 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 1 2.3×10-6 1.49×10-4 1.87×10-4 1.44×10-4 1.25×10-4 2 1.4×10-6 9.09×10-5 1.14×10-4 8.74×10-5 7.61×10-5 3 8.3×10-7 5.39×10-5 6.75×10-5 5.18×10-5 4.51×10-5 4 5.9×10-7 3.83×10-5 4.80×10-5 3.68×10-5 3.21×10-5 5 4.5×10-7 2.92×10-5 3.66×10-5 2.81×10-5 2.45×10-5 6 3.7×10-7 2.40×10-5 3.01×10-5 2.31×10-5 2.01×10-5 7 3.1×10-7 2.01×10-5 2.52×10-5 1.94×10-5 1.69×10-5 8 2.7×10-7 1.75×10-5 2.20×10-5 1.69×10-5 1.47×10-5 9 2.4×10-7 1.56×10-5 1.95×10-5 1.50×10-5 1.30×10-5 10 2.3×10-7 1.49×10-5 1.87×10-5 1.44×10-5 1.25×10-5 注：m(t).排泄分数

表 4 急性吸入不同级别S类钚化合物致1mSv待积有效剂量导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 4 Total α activity concentration in urine derived from acute inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type S(Bq/L)

由表 3可知，对于不同级别的M类钚化合物，急性吸入后1~10 d，按照1 mSv有效剂量导出的尿钚总α活度浓度范围为2.14×10^-4~5.47×10^-3 Bq/L。除摄入后8~10 d的燃料级和反应堆级钚外，其余的M类钚化合物导出的尿钚总α活度浓度均高于放化分离α谱分析的探测限(0.3×10^-3Bq/L)，可用于内照射个人剂量监测。。

由表 4可见，对于不同级别的S类钚化合物，急性吸入后1~10 d，按照1 mSv有效剂量导出的尿钚总α活度浓度范围在1.25×10^-5~1.87×10^-4 Bq/L，该范围低于放化分离尿钚α谱分析法的探测限。说明该方法灵敏度不足，不适宜作为S类钚化合物的特殊监测的内照射个人剂量监测方法。

(2) 常规监测有效剂量为1 mSv/年导出的尿钚总α活度浓度(a_v)：按照公式(2)，可以推算慢性摄入不同级别M类和S类钚化合物导致1 mSv/年待积有效剂量的导出尿钚总α活度浓度，见表 5，6。

表 5(Table 5)

表 5 慢性吸入不同级别M类钚化合物致1 mSv/年有效剂量时导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 5 Total α activity concentration in urine derived from chronic inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type M(Bq/L) 监测周期(d) m(t)[6, 8] 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 360 5.4×10-6 1.27×10-4 1.08×10-4 7.60×10-5 7.58×10-5 180 7.1×10-6 8.33×10-5 7.08×10-5 4.99×10-5 4.98×10-5 120 8.1×10-6 6.34×10-5 5.38×10-5 3.80×10-5 3.79×10-5 90 8.7×10-6 5.11×10-5 4.34×10-5 3.06×10-5 3.05×10-5 60 9.5×10-6 3.72×10-5 3.16×10-5 2.23×10-5 2.22×10-5 30 1.1×10-5 2.15×10-5 1.83×10-5 1.29×10-5 1.29×10-5 14 2.4×10-5 2.19×10-5 1.86×10-5 1.31×10-5 1.31×10-5 7 5.3×10-5 2.42×10-5 2.05×10-5 1.45×10-5 1.45×10-5 注：m(t).排泄分数

表 5 慢性吸入不同级别M类钚化合物致1 mSv/年有效剂量时导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 5 Total α activity concentration in urine derived from chronic inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type M(Bq/L)

表 6(Table 6)

表 6 慢性吸入不同级别S类钚化合物致1 mSv/年待积有效剂量时导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 6 Total α activity concentration in urine derived from chronic inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type S(Bq/L) 监测周期(d) m(t)[6, 8] 热源级 武器级 燃料级 反应堆级 360 1.6×10-7 1.02×10-5 1.28×10-5 9.85×10-6 8.58×10-6 180 1.6×10-7 5.12×10-6 6.42×10-6 4.93×10-6 4.29×10-6 120 1.6×10-7 3.42×10-6 4.28×10-6 3.28×10-6 2.86×10-6 90 1.7×10-7 2.72×10-6 3.41×10-6 2.62×10-6 2.28×10-6 60 1.7×10-7 1.81×10-6 2.27×10-6 1.74×10-6 1.52×10-6 30 1.9×10-7 1.01×10-6 1.27×10-6 9.75×10-7 8.49×10-7 14 3.1×10-7 7.72×10-7 9.67×10-7 7.42×10-7 6.46×10-7 7 5.9×10-7 7.35×10-7 9.20×10-7 7.06×10-7 6.15×10-7 注：m(t).排泄分数

表 6 慢性吸入不同级别S类钚化合物致1 mSv/年待积有效剂量时导出的尿钚总α浓度(Bq/L) Table 6 Total α activity concentration in urine derived from chronic inhalation of different grades of plutonium corresponding to 1 mSv committed effective dose for type S(Bq/L)

由表 5，6可知，慢性吸入不同级别、不同类别的钚化合物，无论采用什么样的监测周期，由1 mSv/年导出的尿钚总α活度浓度均低于采用放化分离尿钚α谱分析总α活度浓度的探测限0.3 mBq/L，说明该方法灵敏度不够，不适宜作为M类、S类钚化合物的常规内照射个人剂量监测方法。

钚是超铀元素，常见的5种同位素中，²⁴¹Pu为β辐射体，放射性核素毒性分组为高毒组，²³⁸Pu、²³⁹Pu、²⁴⁰Pu、²⁴²Pu均为α辐射体，放射性核素毒性分组为极毒组。正常人体内几乎不含钚，自然环境中钚含量极微，均来源于人类活动，核爆落下灰造成美国公众体内钚负荷在10^-1Bq水平^[2]。使用常规的生物学方法无法探测到体内本底水平钚的存在。因此，在职业人员体内任何时候探测到钚都是有意义的。

钚进入人体的途径有食入、伤口进入、吸入。伤口进入是潜在的最严重的摄入模式，吸收入血后遵循一定的生物动力学模型。职业人员食入钚的风险相对较小，且从胃肠道通道进入血的吸收份额很小(对于M、S类钚化合物，肠转移因子f₁分别为5.0×10^-4和1.0×10^-5)^[4]。经呼吸道吸入是职业摄入钚的最主要方式，是生物监测计划的首要假定模式。

钚摄入的内照射监测方法包括活体计数^[9]、生物样品(尿、粪、组织、唾液、血液)监测、空气采样监测等。不同用途的钚，如热源级钚、武器级钚、反应堆级钚、燃料级钚、标准物质钚等，其同位素组成变化较大，了解钚化合物的同位素组成可以提高内照射个人剂量估算的准确性。在个人剂量监测中，常通过对工作人员的尿样分析来估算摄入钚所致的内照射剂量，了解钚同位素的组成是其前提。目前，我国尿钚分析主要采用放化分离结合α谱的分析，其典型探测限可达到0.3 mBq/L。

由于钚设施设计有严格的包容系统，潜在摄入可能大于1 mSv内照射剂量的人员主要是与物料密切接触者(如维修人员和去污人员)或包容系统、呼吸保护装置失效情况下的操作人员。制定生物监测计划时，应综合考虑接触钚物料的同位素组成、监测方法的探测限、人员潜在接触钚的实践等因素。本研究使用国际放射防护委员会(ICRP)推荐的人体代谢模型，分别推算了特殊监测和常规监测个人待积有效剂量达到1 mSv时的尿钚活度浓度，分析了采用当前放化分离α谱分析的适用性。结果可见，使用放化分离α谱分析尿钚进行内照射个人剂量估算时，对于钚化合物的急性吸入，M类钚吸入后1周内监测可以满足探测到1 mSv/次的要求，且吸入与监测的间隔时间越短，越容易满足。对于急性吸入S类钚和慢性吸入，基本无法满足1 mSv/次或1 mSv/年的探测限要求。

在明确核素组成的情况下制定钚设施内照射个人剂量监测计划时，对于临时暴露于M类钚化合物表面污染或空气污染的工作人员，可以使用放化分离α谱分析尿钚的方法。对于S类的特殊监测和M、S类的常规监测，须使用灵敏度更高分析方法，如裂变径迹分析或质谱分析^[8]等，但目前这些检测方法价格昂贵，不适于作为常规监测。因此，在生物样品监测不能满足探测限要求时，有必要开展通过工作场所钚气溶胶监测进行内照射个人剂量估算的研究，探讨根据工作场所监测结果和受照地点和时间的资料对工作人员的职业受照作出评价的可能性。