自來水中總放射性比活度及其與降雨量相關(guān)的探討

盧耀林 (廣西百色右江水務(wù)股份有限公司，廣西 百色 533000)

0 引言

水資源作為生命之源，是人類生存的必要基礎(chǔ)資源，由此飲水安全與民眾身體健康之間具有直接聯(lián)系。水資源之中總α放射性以及總β放射性是影響飲用水安全的重要因素之一，近年來我國學(xué)者對(duì)相關(guān)問題的研究力度不斷提升，從研究成果來看，降水量對(duì)自來水中總放射比活度具有直接影響。因此，學(xué)者們不斷加強(qiáng)對(duì)相關(guān)方面的研究力度。文章在實(shí)際研究時(shí)間跨度較廣，2011年到2017年研究中主要采用蒸發(fā)法對(duì)該地區(qū)水體中放射性比活度進(jìn)行檢測(cè)，2018年到2020年檢測(cè)方法采用更加先進(jìn)，測(cè)量精準(zhǔn)性更高的高純鍺探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行。

1 自來水總放射水平判定

文章在研究過程中對(duì)某地區(qū)內(nèi)選取六個(gè)自來水廠，分別對(duì)豐水期以及枯水期出廠水進(jìn)行采樣并采用硝酸酸化處理，等待采樣完成后進(jìn)行分析與評(píng)定。本次試驗(yàn)以我國頒布的GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并利用專業(yè)SPSS軟件對(duì)所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用曲線擬合得出樣本中最佳曲線方程?？紤]到傳統(tǒng)蒸發(fā)法等方法極有可能對(duì)樣本造成損傷，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，因此，本文采用較為先進(jìn)的高純鍺探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)[1]。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可以脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，對(duì)樣本進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，有效避免了因放射性核素半衰期導(dǎo)致的檢測(cè)誤差，提升檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性。通常情況下，高純鍺探測(cè)系統(tǒng)主要由以下構(gòu)件組成：HPGe探測(cè)器、電荷靈敏性前置放大器、5 keV高壓電源以及γ譜分析軟件構(gòu)成。該系統(tǒng)的運(yùn)作原理為利用自然水體中天然放射性核素所發(fā)出的γ射線與設(shè)備內(nèi)的高純鍺晶體進(jìn)行反應(yīng)，并利用采集設(shè)備收集反應(yīng)過程中產(chǎn)生的脈沖電壓，并將其放大隨后進(jìn)行記錄，將相關(guān)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在多道系統(tǒng)之中，設(shè)備會(huì)利用軟件對(duì)某一能量中的γ光子在高純鍺晶體中沉淀的計(jì)數(shù)值得出最后的γ射線能譜。γ 能譜中每一個(gè)道址對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的能量

強(qiáng)度，該能量強(qiáng)度對(duì)應(yīng)相應(yīng)的放射性核素，通過對(duì)γ 能譜的測(cè)量可以反映出某種放射性核素的存在與否以及其含量的多少和放射性強(qiáng)度的大小。為確保對(duì)自然水體中總α以及總β放射性比活度的測(cè)量精準(zhǔn)度，本系統(tǒng)設(shè)置有規(guī)格為外徑Φ720mm × 875 mm，內(nèi)徑Φ500 mm × 600 mm 圓形柱體，容積量到117 L的鉛室，通過在鉛室中進(jìn)行檢測(cè)可以有效降低來自宇宙射線以及天然放射性核素的影響，提升檢測(cè)精準(zhǔn)度。本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中主要利用兩個(gè)抽水泵交替運(yùn)行，將自然水體抽入到設(shè)備中的沉淀池之中，水泵設(shè)置高度應(yīng)距離所抽取樣本處河床2 m左右。水樣在經(jīng)過沉淀處理后進(jìn)入鉛室進(jìn)行測(cè)量處理，實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行伽馬能譜測(cè)量。若水樣合格則通過水管回路排回河流中，若水樣不合格則儲(chǔ)存在樣品池內(nèi)等待進(jìn)行后續(xù)化學(xué)處理來分析水樣中2的元素含量[2]。

通過對(duì)某區(qū)域內(nèi)六個(gè)自來水廠中采集的2011-2020年的300份樣本進(jìn)行化驗(yàn)分析可得出樣本中總α以及總β放射性比活度分別為16.0～96.5 Bq/m3以及16.0～131.0 Bq/m3，均值分別為（45.68±20.34） Bq/m3以及（60.74±14.88） Bq/m3，詳細(xì)情況如表1所示。通過分析表中數(shù)據(jù)可知自來水中總α與總β含量與枯水期、豐水期之間關(guān)聯(lián)性較為緊密。總體關(guān)系呈現(xiàn)出豐水期總α放射性比活度相對(duì)較高，總β放射比活度較低，而枯水期則呈現(xiàn)出相反的關(guān)系形式。本文所選取地區(qū)自來水主要取自江水，自然水源在經(jīng)過沉淀、過濾等處理后，總α以及總β物質(zhì)凈化率平均值分別達(dá)到51%以及16.1%。

表1 2011-2020年地區(qū)自來水總放射性水平比（Bq/m3）

2 自來水中放射性比活度變化情況

通過對(duì)2011-2020年豐水期與枯水期自來水中總放射性比活度進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，根據(jù)結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制作的變化圖可知，該地區(qū)自來水中總放射性比活度受降雨量的直接影響，總結(jié)來看，豐水期降水量較大，總α放射性比活度峰值出現(xiàn)在此階段，而降水量較少的枯水期則是總α放射性比活度低谷時(shí)期；總β放射性比活度峰值與低谷情況正好與總α放射性比活度相反[3]。在此成果基礎(chǔ)上，本文利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)總α與總β放射性比活度與當(dāng)?shù)亟涤炅恐g的關(guān)系進(jìn)行曲線方程模擬，并得出二者最佳方程。公式（1）為總α放射性比活度最佳三次多項(xiàng)式方程，相關(guān)系數(shù)R=0.943。

式中：Aα為總α放射性比活度(Bq/m3)；J為該地區(qū)降水量（mm）。

總β放射性比活度與總α放射性比活度具有明顯差異性，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，總β放射性活度較高的月份分別為1月以及12月，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入軟件后可得出最佳方程式，如公式（2）所示，相關(guān)系數(shù)R=0.903。

式中：Aβ為總β放射性比活度（Bq/m3）；J為該地區(qū)降水量（mm）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

文章所選取地區(qū)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)土壤中所含有天然放射性數(shù)值較高，且該地區(qū)自來水廠生產(chǎn)水源基本來源于流經(jīng)該區(qū)域的江水，其漲落情況直接受當(dāng)?shù)亟邓坑绊憽Ｍㄟ^對(duì)降水量與自然水體中放射性變化的關(guān)系進(jìn)行深入研究可知，降水量影響水體放射性的原因主要包括以下幾點(diǎn)：第一，自然界降水過程中會(huì)沖刷空氣中的灰塵，將漂浮在空氣中的氡子體以及其子體帶入江水之中，進(jìn)而導(dǎo)致水體放射性產(chǎn)生變化；第二，該地區(qū)土壤中所含有天然放射性物質(zhì)含量較高，在雨水的沖刷下，相關(guān)物質(zhì)會(huì)隨雨水流入到江水之中，進(jìn)而使得水體中放射性水平提升；第三，降水量提升可以稀釋江河水體，進(jìn)而導(dǎo)致水體中放射性水平產(chǎn)生變化；第四，水蒸發(fā)作用、放射性物質(zhì)的物理衰變期等特性也會(huì)導(dǎo)致水體放射性水平產(chǎn)生變化[4]。

通過對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行進(jìn)一步探究后可知，自然界中40K是總β放射性的主要來源，該元素比活度達(dá)到27.5 Bq/g，半衰期長(zhǎng)達(dá)1.26×109年，該元素在自然界中的豐度為0.011%，是重要的天然放射性核素之一。該核素廣泛地分布在自然界之中，尤其是在地殼部分，豐度達(dá)到2.09%。自然界中巖體風(fēng)華以及浸漬現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致40K進(jìn)入到土壤以及水體之中。進(jìn)入水體中的40K在IA族元素化學(xué)性質(zhì)影響下，很快被吸附，如果此時(shí)降雨量提升，江河水體會(huì)產(chǎn)生稀釋作用，進(jìn)而導(dǎo)致總β放射性比活度會(huì)在豐水期降低。

而自然界中總α放射性來源主要出自238U系中的210Po，在雨水沖刷下進(jìn)入自然水體中，同時(shí)，210Po元素半衰期僅為138天，因此，降水量較大的豐水期總α放射性比活度較高[2]。

4 結(jié)語

從本次試驗(yàn)結(jié)果來看，該地區(qū)所選取的六個(gè)自來水廠中出廠水的放射性比活度低于我國GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，總體來看，飲水安全性有保障。文章對(duì)水體中放射性比活度與降水量的關(guān)系進(jìn)行研究，并得出總α放射性比活度在豐水期達(dá)到峰值，而總β放射性比活度則在枯水期達(dá)到峰值，同時(shí)本文在研究過程中利用專業(yè)軟件對(duì)水體中放射性比活度進(jìn)行曲線模擬，最終得出總α以及總β放射性比活度與降雨量之間的最佳模型均為三次曲線方程。