雨城區(qū)降雨量對(duì)輻射環(huán)境自動(dòng)站空氣吸收劑量率變化的規(guī)律研究

李鳳亞 楊洲

摘要：環(huán)境空氣吸收量率是反映環(huán)境輻射本底水平最直觀的一種方式，能反映當(dāng)前輻射環(huán)境狀況，及時(shí)地對(duì)異常事件起到預(yù)警作用。通常情況下，輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站測(cè)得空氣吸收劑量率在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但降雨會(huì)使其發(fā)生波動(dòng)。文章基于雅安雨城區(qū)子站2019年7月至2020年12月18個(gè)月空氣吸收劑量率月均值及月降雨量數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，分析空氣吸收劑量率月均值與月降水量的相關(guān)規(guī)律，為判斷數(shù)據(jù)的可信度及異常數(shù)據(jù)篩選提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)監(jiān)測(cè)站;降雨;電離室;空氣吸收劑量率

前言：

核能作為一種清潔能源，隨著核技術(shù)的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)不斷得到推廣和應(yīng)用。與此同時(shí)，這類實(shí)踐必然會(huì)或多或少引起天然環(huán)境輻射水平的改變。自從1979年3月28日美國賓夕法尼亞州哈里斯堡三里島核電廠和1986年4月26日前蘇聯(lián)烏克蘭基輔切爾諾貝利核電廠發(fā)生事故以來，有和沒有核電廠的國家為了確保民眾安全，都開始高度關(guān)注輻射。在這種背景下，輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[1]。目前，空氣吸收劑量率是輻射環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最核心的監(jiān)測(cè)要素。該系統(tǒng)能有效的采集、監(jiān)測(cè)和記錄環(huán)境中的空氣吸收劑量率并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

一、空氣吸收劑量率測(cè)定

由于放射性核素中的絕大多數(shù)是γ或β放射性的，只要有放射性核素釋放，一般都會(huì)通過煙羽浸沉或地表沉積物的外照射而引起空氣中γ、β劑量率的變化。因此空氣中γ、β外照劑量率的測(cè)定，是環(huán)境中輻射水平測(cè)定的一種比較簡單和直接的方法[2]。環(huán)境中輻射水平來自天然放射源產(chǎn)生的輻射和人類實(shí)踐活動(dòng)所產(chǎn)生的輻射。不管是我國還是全世界其他國家，人們所受的輻射照射，基本都來自天然放射源。氡及其衰變子體是大自然中最主要天然輻射源。氡在自然界有三種同位素，分別是：222Rn、220Rn、219Rn，他們分別來自三種不同的天然放射系：鈾系、釷系、錒系，其中220Rn為釷系放射性核素224Ra的衰變子體，故稱為釷射氣。因219Rn半衰期極短，發(fā)生衰變后很難有足夠時(shí)間從母體逸散到環(huán)境中去，所以通常所說的氡指的222Rn和220Rn。

二、監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)來源

輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中的γ輻射探測(cè)器—高氣壓電離室，作為輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的核心設(shè)備之一，具有空氣吸收劑量率水平連續(xù)監(jiān)測(cè)功能[3]。本文采用生態(tài)環(huán)境部輻射環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站（雅安雨城區(qū)子站，站點(diǎn)編號(hào)：2212A14）連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。空氣吸收劑量率測(cè)量使用美國GE公司生產(chǎn)的RSDetection型高氣壓電離室，其劑量率量程跨九個(gè)數(shù)量級(jí)（1nGy/h-1Gy/h），可準(zhǔn)確、快速檢測(cè)并評(píng)價(jià)從環(huán)境級(jí)至核事故級(jí)的輻射水平。具有高靈敏度、高穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間短、卓越的能量響應(yīng)、角響應(yīng)和劑量率量程的優(yōu)點(diǎn)，能忍受惡劣的氣候條件。雨量數(shù)據(jù)來源于雅安雨城區(qū)子站自動(dòng)氣象站記錄的數(shù)據(jù)。

三、數(shù)據(jù)分析

雅安市雨城區(qū)子站從2019年7月至2020年12月18個(gè)月空氣吸收劑量率月均值范圍為79.9-87.5 nGy/h，雨量范圍為：15.5-378 mm。月最小降雨量出現(xiàn)在2019年12月份，最小的空氣吸收劑量率月均值也出現(xiàn)2019年12月;月最大降雨量出現(xiàn)在2020年8月份，最小的空氣吸收劑量率月均值也出現(xiàn)2020年8月。整個(gè)變化過程如圖1所示：

由圖 1 可知：月降雨量增加，空氣吸收劑量率月均值隨之增加。月降雨量減少，空氣吸收劑量率月均值也隨之減少。空氣吸收劑量率月均值變化趨勢(shì)與月降水量變化趨于基本一致。

四、影響原因分析

鈾系222Rn半衰期為3.82d，其經(jīng)過9次衰變，最終變成穩(wěn)定核素206Pb（如圖2所示）。在其衰變產(chǎn)物中具有顯著的γ放射性的衰變子體為214Pb和214Bi[4]。

降雨量增加之所以會(huì)引起環(huán)境γ輻射水平增加，普遍認(rèn)為是由于空氣中氡子體被雨水沖刷到地面造成的。大地是空氣中氡的持續(xù)釋放源，氡從地面釋放后迅速混入大氣邊界層，并逐漸輸運(yùn)至對(duì)流層底層，氡作為單原子惰性氣體，基本不會(huì)隨降雨沉降，但其子體214Bi和214Pb等為重金屬原子，會(huì)迅速與空氣中的氣溶膠顆粒結(jié)合，隨降雨沉降至地面，從而引起環(huán)境輻射劑量率的升高。

五、結(jié)論與思考

本文通過對(duì)雨城區(qū)月降雨量所對(duì)應(yīng)γ輻射劑量率（月均值）變化情況，得到了月降雨量與γ輻射劑量率（月均值）成正相關(guān)這一規(guī)律。分析了其變化原因，為判斷輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可信度及異常數(shù)據(jù)分析篩選提出參考依據(jù)。因南北氣候特征差異明顯，尤其冬季，南方少雨少雪，北方雨少雪多，降雪同樣空氣中氡子體有沖刷作用。并且據(jù)文獻(xiàn)顯示，降雪較降雨引起劑量率升幅更大，對(duì)氡子體有更強(qiáng)的沖洗和清除作用，且能夠形成更有效的地面源。降雪形成地面源對(duì)劑量率增加的貢獻(xiàn)大于其對(duì)氡析出、擴(kuò)散阻礙。因此作者認(rèn)為，以氣象因素作為判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可信度依據(jù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮多方面因素。

參考文獻(xiàn)

[1]虞貽良.監(jiān)測(cè)空氣中γ輻射的加壓電離型儀器[J]. 國外核新聞， 1988（04）：28-29.

[2]潘自強(qiáng).電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[M].北京：原子能出版社，2007：186-187.

[3]王亮.輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的簡介與運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)淺談[J].四川環(huán)境，2013，32（004）：144-150.

[4]宋卓人， 黃秋豹， 劉岳洲. 雨后短時(shí)間環(huán)境地表γ劑量率數(shù)值變化研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2015（11）：138-140.

（四川省雅安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 ?四川 ?雅安 ?625000）