中华放射医学与防护杂志  2025, Vol. 45 Issue (12): 1211-1216   PDF    
引用本文
王新云, 张显鹏, 柳怡, 唐波, 刘建伟, 夏春冬, 杨珂, 张巍, 周涛. 石岛湾核电站周围食品中14C放射性水平及所致居民剂量分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2025, 45(12): 1211-1216, DOI: 10.3760/cma.j.cn112271-20250401-00116.
石岛湾核电站周围食品中14C放射性水平及所致居民剂量分析
王新云 , 张显鹏 , 柳怡 , 唐波 , 刘建伟 , 夏春冬 , 杨珂 , 张巍 , 周涛     
山东省疾病预防控制中心，济南 250014
收稿日期: 2025-04-01
通信作者: 周涛，Email: yijianzhoutao@126.com
[摘要] 目的 了解石岛湾核电站周围6类14种食品中14C的放射性水平，结合居民年膳食摄入量，估算所致待积有效剂量。方法 于石岛湾核电站周围设置监测点，并以济南市为对照点分别在收获季采集谷类、薯类、肉类、乳类、蔬果类、海产类6类14种样品各20 kg。利用管式氚碳氧化燃烧装置氧化燃烧并分离样品中的碳，再利用吸收法结合CO2制备测量样品，用液体闪烁测量仪进行测量。用单因素方差分析统计方法分析不同样品中14C放射性水平趋势。参考居民膳食摄入量估算食品中14C所致待积有效剂量。结果 采集的谷类、薯类、肉类、乳类、蔬果类、海产类的14C放射性活度浓度范围分别为71.3~87.6、12.5~17.6、18.2~33.9、89.1~106.8、3.7~12.3、3.3~25.7 Bq/kg(鲜重)。石岛湾核电站周边不同食品种类中14C放射性水平不同，表现为：乳类＞谷类＞肉类＞薯类(海产类)＞蔬果类，所致居民待积有效剂量范围为2.09×10-6~2.58×10-3 mSv。结论 石岛湾核电站周围食品中14C放射性水平处于本底水平。
[关键词] 核电站    食品    14C    放射性水平    待积有效剂量    
Analysis of 14C radioactivity levels in foods around Shidao Bay Nuclear Power Plant and the associated dose to residents
Wang Xinyun , Zhang Xianpeng , Liu Yi , Tang Bo , Liu Jianwei , Xia chundong , Yang Ke , Zhang Wei , Zhou Tao     
Shandong Provincial Center for Disease Control and Prevention, Jinan 250014, China
Corresponding author: Zhou Tao, Email: yijianzhoutao@126.com
[Abstract] Objective o understand the radioactivity levels of 14C in foods around the Shidao Bay Nuclear Power Plant (SNPP), and to estimate the committed effective dose in combination with the annual dietary intake of the local residents. Methods Monitoring points were set up around the SNPP with Jinan proper as the control point. Totally 14 samples of 6 categories of foods, including grains, tubers, meats, dairy products, fruits and vegetables, and seafood, were collected each with 20 kg respectively during the harvest season. The carbon in the sample was oxidized and separated by using a tubular tritium carbon oxidation combustion device. Then, the sample preparation was made by using the absorption method combined with CO2, and measured by using a liquid scintillation measuring instrument. The trend of 14C radioactivity levels in different samples was analyzed by one-way analysis of variance statistical method. And the committed effective dose was estimated in combination with the dietary intake of residents. Results The activity concentrations of 14C in the collected grains, tubers, meats, dairy products, fruits and vegetables, and seafood were 71.3-87.6, 12.5-17.6, 18.2-33.9, 89.1-106.8, 3.7-12.3, and 3.3-25.7 Bq/kg (fresh weight), respectively. The activity concentrations of 14C varied in different categories of foods vary arround SNPP in the decending order: dairy products > grains > meats > tubers (seafood) > fruits and vegetables. The doses to the local residents ranged from 2.09×10-6 to 2.58×10-3 mSv. Conclusion The radioactivity levels of 14C in the foods around the SNPP are at the background level.
[Key words] Nuclear plant    Food    14C    Radioactivity level    Committed effective dose    

随着核技术的发展，尤其是核能这一清洁、高效的能源在全球范围内得到广泛应用。众所周知含有3H和14C等多种放射性核素的核污染水排海，食品中的放射性水平及所致剂量备受关注。14C和稳定的碳结合在一起，参与地球上大部分生物和地球化学过程[1-5]。因此，14C的放射性水平备受关注。为掌握14C的基线数据，本研究通过测量石岛湾核电站周围和对照地济南市农贸市场部分食品中14C的放射性活度浓度，探索6类食品中14C放射性水平的分布规律，并结合《第五次中国总膳食研究》[6]、《山东省居民膳食营养状况调查》[7]中的参考量，估算居民因食入14C所致待积有效剂量，并分析膳食消费和剂量贡献对比的关系。

一、材料与方法

1. 仪器：本研究所用仪器包括低本底液体闪烁测量仪(美国Perkin Elmer公司Quantulus 1220)、有机氚碳制样系统(国瑞瀚海GR-TCO-4)、万分之一天平(日本AND HR-120)、干燥箱(精宏实验设备有限公司DHG-9626A)。

2. 试剂：碳酸钠放射性溶液(中国计量科学研究院，编号：RYC221120)；Carbo-Sorb E吸收剂(美国PerkinElmer公司)、Permafluor E+闪烁液(美国PerkinElmer公司)、低钾玻璃瓶(美国PerkinElmer公司)、无水碳酸钠(分析纯)、3 mol/L的氢氧化钠溶液、5 mol/L的氯化铵溶液、饱和氯化钙溶液、2 mol/L的盐酸溶液、超纯水。

3. 样品来源：从石岛湾核电站周围30公里内，根据居民的饮食习惯，选取当地生长、喂养、成熟且居民经常食用的谷类、薯类、肉类、乳类、海产类、蔬果类6大类14种样品，同时从济南市农贸市场采集当地产出的谷类、薯类、肉类、蔬果类，乳类为市场的主流奶粉，海产品采集青岛产地的对应种类为对照样品，石岛湾核电站周围样品来源列于表 1。

表 1 石岛湾核电站周围样品来源 Table 1 Data on samples collected around the Shidao Bay Nuclear Power Plant

4. 样品前处理：采用管式氚碳氧化燃烧炉阶段升温的氧化燃烧程序，将样品氧化燃烧产生的水蒸气和气体通过冷阱和干燥剂去除水分，用过量的3 mol/L氢氧化钠溶液吸收气体。

5. 样品制备和测量：将吸收了二氧化碳的氢氧化钠溶液调好pH10~11，加入过量的饱和CaCl2溶液，静置待沉淀完全后抽滤、烘干。采用吸收法制备待测样品[8]，取5 g左右上述烘干的碳酸钙粉末于三角烧瓶中，用2 mol/L的盐酸滴定，记录9 ml Carbo-Sorb E吸收剂前后的质量差, 即吸收待测二氧化碳的质量。向计数瓶中加入9 ml Permafluor E+闪烁液，拧紧摇匀，置于低本底液体闪烁测量仪中暗适应24 h后，选择低本底液体闪烁测量仪的14C测量程序，设置测量时间为300 min。

6. 检测结果处理：根据式(1)计算得到干样样品的活度浓度，再根据前处理时记录的干鲜比换算出鲜样的活度浓度。

$ A=\frac{\left(N_x-N_0\right) \times Q}{60 \times m_{\mathrm{CO}_2} \times E_{\mathrm{C}} \times 0.273} \times 1\;000 $ (1)

式中，A为生物样品中14C的活度浓度，Bq/kg(干样)；Q为样品中的碳含量，%；Nx为14C样品的计数率，min-1；N0为14C本底的计数率，min-1；mco2为吸收的二氧化碳质量，g；EC为仪器对14C的探测效率，%；0.273为二氧化碳中碳的质量分数，%。本研究中的Q是通过元素分析仪测得的干样样品中的碳含量。

7. 不确定度分析：根据式(1)可得，不确定度的来源有仪器计数引入的A类不确定度urel(Nx)。B类不确定度有urel(m)、urel(F)、urel(Ec)和urel(Q)，最终由以上各分量平方和开根号合成扩展不确定度。

8. 待积有效剂量估算：参考《第五次中国总膳食研究》[6]、《山东省居民膳食营养状况调查》[7]中各类食品的摄入量，依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)[9]提供的剂量估算方法计算待积有效剂量。

9. 质量保证：本研究所用到的仪器设备及标准溶液均通过中国计量科学研究院的检定校准，从事检测的专业技术人员每年参加中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所组织的14C检测的质量控制培训，均为培训合格。

10. 统计学处理：检测结果采用Excel软件进行分析处理, 检测结果以测量结果±扩展不确定度(x±U，k=2)表示，采用SPSS 23.0对检测结果进行单因素方差分析，检验水平α=0.05。P < 0.05为差异具有统计学意义。

二、结果

1. 食品中14C放射性水平：石岛湾核电站周围和对照点济南居民常消费6类食品中的14C放射性水平范围分别为3.3~89.1 Bq/kg(鲜重)、3.9~106.8 Bq/kg(鲜重)。不同种类中14C放射性水平不同(F=39.415, P＜0.001；对照点济南农贸市场F=54.132, P＜0.001)，表现为：乳类＞谷类＞肉类＞薯类(海产类)＞蔬果类，其中海产类14C放射性水平也有差异(石岛湾核电站周围F =16.56, P＜0.05；对照点济南农贸市场F=12.33, P＜0.05)：鱼类＞甲壳类＞海带。不同种类样品的14C放射性水平列于表 2。

表 2 石岛湾核电站周围和济南市农贸市场中的6类食品中14C放射性水平[Bq/kg (鲜重)，x±U] Table 2 14C activity concentrations in six categories of foods around Shidao Bay Nuclear Power Plant and in farmers′ markets of Jinan city [Bq/kg (fresh weight), x±U]

2. 待积有效剂量：石岛湾核电站周围食品中14C所致居民待积有效剂量范围为2.09×10-6~2.58×10-3 mSv。其中玉米、小麦、土豆、奶粉、鸡肉、牛肉、海鱼、蟹贝、海藻、大白菜和苹果中14C所致待积有效剂量分别为1.83×10-3、2.58×10-3、9.8×10-5、1.49×10-5、3.44×10-5、1.28×10-5、1.91×10-4、9.38×10-6、2.09×10-6、4.96×10-5、9.28×10-5 mSv。对照组样品中14C所致居民待积有效剂量范围为2.43×10-6~3.15×10-3 mSv，其中玉米、小麦、土豆、奶粉、鸡肉、牛肉、海鱼、蟹贝、海藻、大白菜和苹果中14C所致的待积有效剂量分别为2.04×10-3、、3.15×10-3、6.96×10-5、1.79×10-5、6.4×10-5、1.2×10-5、1.84×10-4、1.21×10-5、2.43×10-6、6.86×10-5、9.2×10-5 mSv，相关结果列于表 3。不同品种的食物中14C对居民的剂量贡献为：谷类＞海产类(薯类)＞蔬果类＞肉类(乳类)。

表 3 石岛湾核电站周边及济南市居民年食用量及待积有效剂量 Table 3 Annual food intake and committed effective dose to residents around Shidao Bay Nuclear Power Plant and in Jinan city

三、讨论

14C作为天然和人工放射性核素，又在环境和生物体内参与碳循环，其代谢有特殊性[10]。本研究探索其在不同类型中食物的富集作用，表现为乳类＞谷类＞肉类＞薯类(海产类)＞蔬果类。该结果与不同种类动植物对14C的生物蓄积关系相一致，14C的放射性水平与杨洁等[11]研究的14C辐射剂量估算模型所用到的数据在数量级上是一致的，同时不同种类的样品也与其生长周期、含水量、加工方式有很大关系。如大白菜和海带的干鲜比远低于谷类、肉类, 与曹艺耀等[12]研究中提到的影响因素一致。海产品中14C放射性水平差异为：鱼类＞甲壳类＞海带再次验证了14C的生物蓄积作用，与俞顺飞等[13]、刘翠红等[14]研究的结果一致。

不同品种的食物中14C对居民的剂量贡献与居民的膳食结构有极大相关性，本研究中得出的不同食物的剂量贡献比与当地居民的膳食消费数据相一致。石岛湾核电站周围食品中玉米及小麦中14C放射性所致居民剂量贡献大，考虑到南北方主食的差异性，与黄仁杰等[15]所研究的秦山核电外环境中14C大米所致居民剂量贡献相一致。不同地区的居民膳食习惯、膳食差异、不同年龄的人群之间和食物加工方法等方面对14C所致居民剂量有显著影响。

从对照点结果得出，石岛湾核电站周围食品与从对照组济南市农贸市场购得的样品在食物的富集作用上是一致的，14C放射性水平差异不大，所致居民待积有效剂量相当，说明核电站周围食品与济南市农贸市场购得的样品14C的放射性水平相当，均为本底水平，这些基线数据也能为以后评估大气及环境生物中14C放射性水平提供依据。

样品中14C放射性检测的实验误差和14C在人体内的代谢过程对所致居民剂量也有着重要作用。本研究的样品前处理设备为管式燃烧炉，基于液体闪烁计数法测量14C的方法，使用吸收法制备检测样品，该方法具有高效率、重复性好的优势，同时本研究在数据处理过程中考虑了不确定度贡献较大的五个因素，结果可信度高[16-19]。本研究仅考虑了食入部分对剂量的贡献，未考虑饮水和呼入的剂量贡献，这也提供了下一步的研究方向，结合14C的半衰期评估多种形态的碳及其在环境中长期的滞留效应所致的居民剂量。

随着全球变暖导致的CO2浓度变化、省内核电建设的的增加，14C在周围环境及介质中辐射水平和累积效应还有待进一步研究。构建14C和多种核素更为精确的剂量估计方法，更加全面的评价不同剂量水平下的辐射对生物体及公众的长期影响，为制定有效的防护措施和管理政策提供科学依据。

利益冲突  所有研究者未因进行该研究而接受任何不当的职务或财务利益，在次对研究的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明  王新云负责方案设计、样品制备、实验室检测、数据分析和撰写论文；张显鹏、杨珂负责样品采集、实验室质量控制和论文指导；柳怡、唐波、刘建伟、夏春冬、张巍负责样品前处理和样品制备；周涛负责方案设计、数据分析和论文修改

参考文献
[1]
强亦忠. 简明放射化学教程[M]. 北京: 原子能出版社, 2018.
Qiang YZ. A brief radiochemistry textbook[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 2018.
[2]
方栋, 李红. 环境中氚和碳-14[J]. 辐射防护, 2002, 22(1): 51-56.
Fang D, Li H. Tritium and Carbon-14 in the environment[J]. Radiat Prot, 2002, 22(1): 51-56.
[3]
孙勋杰, 林清, 王家玥, 等. 大亚湾核电基地环境介质中14C水平调查[J]. 辐射防护通讯, 2017, 37(2): 5-12.
Sun XJ, Lin Q, Wang JY, et al. Investigation of 14C level in environmental media of Daya Bay Nuclear Power Base[J]. Radiat Prot Bull, 2017, 37(2): 5-12.
[4]
杨怀远, 吴斌. 核电站气态流出物及环境大气中14C的监测[C]. 杭州: 全国放射性流出物和环境监测与评价研讨会论文汇编, 2003.
Yang HY, Wu B. Monitoring of 14C in gaseous effluents and ambient atmosphere at nuclear power plants[C]. Hangzhou: Proceedings of the national symposium on radioactive effluents and environmental monitoring and assessment, 2003.
[5]
任鸿, 曹艺耀, 王鹏, 等. 浙江省2020年核电站周围三类海产品中有机结合氚和碳-14放射性水平及人群有效剂量评估[J]. 中国公共卫生, 2023, 39(5): 622-626. DOI:10.11847/zgggws1138317
[6]
吴永宁, 赵云峰, 李敬光. 第五次中国总膳食研究[M]. 北京: 科学出版社, 2018.
Wu YN, Zhao YF, Li JG. The fifth China total diet study[M]. Beijing: Science Press, 2018.
[7]
张俊黎, 李素云, 杨育林, 等. 山东省居民膳食营养状况调查[J]. 中国食品卫生杂志, 2008, 20(1): 65-67.
Zhang JL, Li SY., Yang YL, et al. Analysis of dietary and nutrition status of Shandong residents[J]. Chin J Food Hyg, 2008, 20(1): 65-67. DOI:10.13590/j.cjfh.2008.01.007
[8]
国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. GB/T 37865-2019生物样品中14C的分析方法-氧弹燃烧法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.
State Administration for Market Regulation, National Standardization administration. GB/T 37865-2019 Analysis method of 14C biological samples-oxgen bomb combustion method[S]. Beijing: Standards Press of China, 2019.
[9]
国家质量监督检验检疫总局. GB18871-2002. 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003.
General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. GB 18871-2002 Basic standards for protection against ionizing radiation and for the safety of radiation sources[S]. Beijing: Standards Press of China, 2003.
[10]
孟莉萍, 保莉, 杨海兰, 等. 我国福建和海南部分地区饮用水中14C含量测定及内照射剂量估算[J]. 中国辐射卫生, 2017, 26(5): 515-517.
Meng LP, Bao L, Yang HL, et al. Inorganic radiocarbon concentration in drinking water and in-take dose evaluation of FuJian and HaiNan[J]. Chin J Radiol Health, 2017, 26(5): 515-517. DOI:10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2017.05.002
[11]
杨洁, 廉冰, 王彦, 等. 核电厂气态14C辐射剂量估算模型研究[J]. 四川环境, 2024, 43(2): 106-110.
Yang J, Lian B, Wang Y, et al. Study on calculation model for radiation dose of gaseous 14C in nuclear power plants[J]. Sichuan Environ, 2024, 43(2): 106-110. DOI:10.14034/j.cnki.schj.2024.02.015
[12]
曹艺耀, 赵栋, 俞顺飞, 等. 2015-2019年三门核电站周围近海海水与三类海产品中90Sr放射性水平调查及人群剂量估算[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2021, 41(4): 288-292.
Cao YY, Zhao D, Yu SF, et al. Investigation on 90Sr level in offshore seawater and seafood therein around Sanmen nuclear power plant site and assessment of committed effective does from 2015-2019[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2021, 41(4): 288-292. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2021.04.009
[13]
俞顺飞, 曹艺耀, 宣志强, 等. 浙江省沿海地区海产品中137Cs的含量水平及其所致年待积有效剂量的评估[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2019, 39(9): 697-701.
Yu SF, Cao YY, Xuan ZQ, et al. Assessment of committed effective does from ingestion of 137Cs in seafood from coastal areas of Zhejiang province[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2019, 39(9): 697-701. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2019.09.011
[14]
刘翠红, 张磊, 郭秋菊. 秦山核电基地外围90Sr、137Cs公众摄入量估算及内照射剂量评价[J]. 辐射防护, 2009, 29(4): 243-249.
Liu CH, Zhang L, Guo QJ. Intake estimation and dose assessment of 90Sr, 137Cs around QNNP Base[J]. Radiat Prot, 2009, 29(4): 243-249.
[15]
黄仁杰, 倪士英, 梁梅燕, 等. 秦山核电基地外围环境中14C所致公众内照射剂量估算[J]. 辐射防护, 2013, 33(6): 371-373.
Huang RJ, Ni SY, Liang MY, et al. Estimation of internal dose from 14C in ambient environment of Qinshan Nuclear Power Plant[J]. Radiat Prot, 2013, 33(6): 371-373.
[16]
孙亚茹, 王欢, 姚美男, 等. 管式燃烧-液体闪烁计数法测定海产品中碳-14[J]. 中国辐射卫生, 2024, 33(4): 370-375.
Sun YR, Wang H, Yao MN, et al. Determination of Carbon-14 in seafood by tube furnace oxidation combustion and liquidscintillation counting method[J]. Chin J Radiol Health, 2024, 33(4): 370-375. DOI:10.13491/j.issn.1004-714X.2024.04.004
[17]
王智慧, 陈飞, 张震, 等. 环境和生物样品中14C的分析方法初探[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2021, 42(5): 45-52.
Wang ZH, Chen F, Zhang Z, et al. Preliminary study on analytical methods for 14C in environmental and biological samples[J]. J Cap Norm Univ (Nat Sci Ed), 2021, 42(5): 45-52. DOI:10.19789/j.1004-9398.2021.05.009
[18]
董美莲, 谷韶中. 秦山核电基地环境生物样品中14C监测方法探讨[J]. 辐射防护, 2016, 36(2): 117-121+128.
Dong ML, Gu SZ. Study on monitoring method of 14C in biological samples from Qinshan nuclear power base[J]. Radiat Prot, 2016, 36(2): 117-121+128.
[19]
曹艺耀, 任鸿, 尹亮亮, 等. 六道管式炉氧化燃烧联合分离海产品中有机结合氚与14C的影响因素研究与不确定度评定[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2024, 44(4): 305-311.
Cao YY, Ren H, Yin LL, et al. Influencing factors and uncertainly assessment for the simultaneous separation of organically bound tritium and 14C from marine products using a six-tube combustion device[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2024, 44(4): 305-311. DOI:10.3760/cma.j.cn112271-20240219-00061