建筑材料放射性现场检测方法研究dntw.docx

建筑材料料放射性性现场检检测项目完成成人员：徐 锴 陆 逊 周周绚乙项目完成成单位：上海市市计量测测试技术术研究院院 【摘要】本本文对影影响建材材表面g空空气比释释动能率率测量的的几个因因素作了了研究，提提出了一一种建材材放射性性现场检检测方法法和剂量量限制要要求，并并对实验验和理论论计算结结果进行行了讨论论，二者者之间有有较好的的一致性性。【关键词词】建筑筑材料；放射性性测量1 前言言一般情况况下，建建筑物的的放射性性大部分分来自建建筑材料料中的天天然放射射性核素素，这些些放射性性物质对对公众造造成附加加照射，一一般表现现为全身身外照射射及其衰衰变子体体的内照照射。对对建筑材材料放射射性物质质含量的的限值是是基于辐辐射防护护基本安安全标准准而确定定的，并并以常见见的放射射性核素素2266Ra、2232TTh和440K的的比活度度表征。国国际放射射防护委委员会(ICRRP)对对公众规规定的五五年内平平均年有有效剂量量限值为为1mSSv，如如果建造造住房和和工作用用房的建建筑材料料中2226Raa、2332Thh和400K的比比活度分分别为1120、1100和和10000Bqq·kg-11(这一放放射性水水平接近近现行国国际规定定的极限限)，并假假定公众众在室内内的居留留因子为为0.88，则建建材放射射性对公公众个体体造成的的年有效效照射剂剂量约为为1.11mSvv，已经经略为超超过ICCRP确确定的上上述有效效剂量限限值11。为保障公公众及其其后代的的健康与与安全，促促进建筑筑材料的的合理利利用和建建材工业业的合理理发展，各各国相继继根据本本国的放放射卫生生防护法法规和标标准制定定出建筑筑材料放放射性物物质的限限制标准准及相应应的检测测方法，并并授权或或指定有有关部门门负责贯贯彻实施施。我国国现行关关于建筑筑材料放放射性主主要有以以下三部部标准，分分别是：19994年国国家建筑筑材料工工业局颁颁布的JJC5118-119933天然然石材产产品放射射防护分分类控制制标准；20000年国国家质量量技术监监督局修修订发布布的GBB65666-220000建筑筑材料放放射卫生生防护标标准；20000年国国家质量量技术监监督局修修订发布布的GBB67663-220000建筑筑材料产产品及建建材用工工业废渣渣放射性性物质控控制要求求22,3,4。上上述标准准中所规规定的测测量条件件和限制制要求均均不相同同，而且且对建筑筑物室内内的g空气气比释动动能率没没有作出出限值要要求和指指定检测测方法。因因此，迫迫切需要要建立一一种与现现行标准准有机联联系、适适合现场场快速检检测、并并具操作作性的测测量方法法，以满满足市场场需求，这这对于保保护上海海城市环环境和公公众健康康，促进进国际大大都市的的可持续续发展具具有重要要意义。本文以目目前市场场上大量量用于室室内装饰饰的花岗岗石材料料为研究究对象，针针对影响响石材表表面g空气气比释动动能率测测量结果果的几个个因素进进行了实实验研究究，得出出一种现现场快速速检测方方法，并并尝试提提出建筑筑物内部部建材放放射性的的检测方方法和限限值要求求。2 实验2.1 测量仪仪器和实实验材料料本实验测测量g空气气比释动动能率采采用便携携式c-g射线辐辐射仪，比比活度测测量选用用美国OORTEEC公司司高纯锗锗g谱仪，其其对600Co113322keVV能量峰峰分辨率率为1.87kkeV。实实验材料料选用山山东石岛岛红花岗岗石，切切割成规规格为550´500´2cmm的正方方形薄板板。2.2 建材本本身对放放射性的的吸收影影响当g光子束束穿过吸吸收介质质时,将将通过光光电效应应、康普普顿散射射和产生生电子对对三种效效应损失失能量,宽束g光光子数目目的衰减减规律由由下式表表示：5（1-11）式中，II0为入射射光子束束强度,I为经过过厚度为为x的吸吸收体后后g光子束束的强度度，m为吸吸收体的的线性减减弱系数数，B称称为积累累因子，是是一个描描述散射射光子影影响的物物理量，它它与射线线能量、介介质种类类和厚度度等许多多因素有有关。由由于g光子子的散射射效应较较为复杂杂，介质质对射线线的吸收收通常通通过实验验测得。考虑到天天然石材材的放射射性水平平较低，实实验中我我们按照照地球天天然本底底Ra、TTh、KK的成分分比例制制作了一一块平板板源：用用60Coo溶液源源（Eg平平均=11.255MeVV）代替替40K（EEg=1.46MMeV），RRa选用用U-RRa平衡衡粉末，TTh选用用ThOO2粉末末，活度度分别为为2.88´105Bq、22.277´104Bq、11.688´104Bq, 均匀匀混合三三种源, 用8883万万能胶水水固定于于两块220cmm´20ccm´0.8cmm的石材材中。在在距离石石材表面面10ccm处分分别测量量未加覆覆盖和覆覆盖2ccm-442cmm花岗石石的剂量量率（覆覆盖面积积为2mm´2m），间间隔厚度度为2ccm，结结果如图图2.11所示。2.3 建材堆堆放面积积对空气气比释动动能率测测量的影影响在堆放厚厚度一定定，探头头距建材材表面距距离一定定的条件件下，建建材表面面空气比比释动能能率与面面积大小小明显相相关，我我们模拟拟了正方方形堆放放模体不不同边长长对空气气比释动动能率的的影响，实实验中我我们以440cmm为递增增长度，测测量了边边长从220cmm到4000cmm的不同同面积情情况下与与之相对对应的建建材表面面空气比比释动能能率，模模体厚度度为2ccm，测测量结果果对土壤壤本底和和宇宙射射线作了了修正。考考虑到天天然石材材的放射射性水平平较低，在在模体厚厚度仅为为2cmm的条件件下，测测量统计计误差过过大，我我们仍旧旧利用另另外制作作的较高高放射性性水平的的平板源源作为实实验材料料。由于于没有足足够经费费，也不不太可能能做出一一套边长长从200cm直直到4000cmm的平板板源，实实验中我我们把220cmm´20ccm´2ccm的源源放置在在以测量量点为中中心，间间隔为220cmm的周围围不同位位置，分分别测量量其空气气比释动动能率。最最后不同同边长模模体的空空气比释释动能率率由其相相应位置置的空气气比释动动能率分分量算术术叠加而而得。图图2.22给出了了探测器器距建材材表面中中心高度度分别为为5cmm、100cm、115cmm时空气气比释动动能率随随模体尺尺寸大小小的变化化规律。 2.4 探测器器距建材材表面中中心高度度对空气气比释动动能率测测量的影影响实验采用用2m´22m´0.5m的的堆垛模模型作为为研究对对象，分分别测量量了贴近近材料表表面直到到距材料料表面中中心500cm处处的空气气比释动动能率，间间隔距离离为5ccm，测测量值对对土壤本本底和宇宇宙射线线作了修修正，结结果如图图2.33所示。2.5 模体厚厚度对空空气比释释动能率率测量的的影响我们在模模型尺寸寸2m´22m，探探测器距距材料表表面中心心10ccm条件件下，测测量了堆堆放厚度度从2ccm到550cmm，厚度度间隔为为2cmm的空气气比释动动能率的的变化，其其结果如如图2.4。3 结结果3.1 g空气气比释动动能率测测量与比比活度分分析结果果对比实验用花花岗石经经比活度度分析，226Ra、232Th和40K含量分别为48.6、125.9、1120Bq/kg；2m´2m，厚度0.5m堆垛距表面中心10cm处测得的g空气比释动能率为178nGy/h（含本底）。根据Beck公式6可以计算出堆垛表面空气g吸收剂量率为152nGy/h，由1.2的实验可知，土壤本底完全被0.5m厚的石材所吸收，所以测量之中所含本底仅剩下宇宙射线的贡献，根据全国环境天然贯穿辐射水平调查结果7（1983-1990年），上海地区的宇宙射线水平为29nGy/h，从测量值178nGy/h中扣除宇宙射线的空气比释动能率贡献29nGy/h，得到149nGy/h，与Beck公式计算结果符合较好。3.2 影响响g空气比比释动能能率测量量结果的的几个因因素通过模型型实验我我们可以以看出，建建材堆放放面积大大小、厚厚度不同同、测量量点的选选取不同同，对建建材表面面空气比比释动能能率的测测量结果果都有不不同程度度的影响响。3.2.1 建建材堆放放面积大大小对空空气比释释动能率率的影响响由图2.2可以以看出, 对于于测量距距离155cm的的曲线, 即使使模型尺尺寸达到到4m´44m, 空气比比释动能能率仍呈呈继续增增大的趋趋势；对对于测量量距离110cmm, 模模型尺寸寸大于33.2mm´3.22m时, 空气气比释动动能率趋趋于饱和和；对于于测量距距离5ccm,当当模型尺尺寸大于于2m´22m, 空气比比释动能能率就已已经达到到饱和。 3.2.2 测测量距离离对空气气比释动动能率的的影响由图2.3可以以知道，探探测器距距模体表表面距离离远近对对测量结结果影响响很大，距距离越远远, 空空气比释释动能率率测量值值越小, 距离离材料表表面中心心10ccm处与与50ccm处的的空气比比释动能能率比值值达到11.433。3.2.3 建建材堆放放厚度对对空气比比释动能能率的影影响从图2.4容易易看出，建建材表面面空气比比释动能能率随堆堆放厚度度增加而而增加，当当厚度达达到300cm以以上时，空空气比释释动能率率趋于饱饱和，厚厚度2ccm处的的测量值值相当于于饱和值值的400%左右右。3.3 建筑筑材料放放射性现现场检测测方法建材放射射性现场场检测，特特别是建建筑物室室内环境境测量条条件差别别很大，而而国家标标准所规规定的测测量条件件过分单单一，与与现场条条件不相相适应。针针对这一一情况，提提出一种种与现行行国家标标准有机机联系起起来，适适合于现现场检测测, 尤其其是建筑筑物内部部建材放放射性检检测的方方法和限限值要求求，正是是本研究究所要达达到的主主要目的的。3.3.1 堆堆场条件件的建材材放射性性检测堆场条件件的空气气比释动动能率测测量比较较容易解解决, 只要参参考国家家标准GGB65566-20000中规规定的测测量条件件和剂量量限值执执行即可可。而且且, 根根据图22.4的的结果, 堆放放厚度只只要超过过30ccm就可可以满足足检测需需求, 不必一一定要达达到500cm的的厚度，这这样可以以减少部部分工作作强度。对对于堆放放面积不不能达到到2m´22m要求求的， 可以根根据图22.2和和表4.1所列列修正系系数对空空气比释释动能率率限值进进行修正正。3.3.2 建建筑物内内部的建建材放射射性检测测首先测量量条件如如何确定定。考虑虑到与国国家标准准的联系系，我们们认为可可以参考考国家标标准GBB65666-220000，把探探测器放放在被测测建材表表面几何何中心位位置上方方10ccm处进进行测量量，理由由如下：根据实实验2.3和图图2.22的结果果，如果果探测距距离小于于5cmm，探测测器所测测量到的的有效范范围比较较小，不不能反映映较大面面积建材材的放射射性真实实情况；而探测测距离大大于155cm，测测量值会会随探测测距离增增大而减减小，由由于建材材所含放放射性水水平较低低，则会会带来很很大的统统计误差差。综合合考虑，我我们认为为把测量量距离定定为100cm是是合适的的。对于建筑筑物室内内装饰建建材空气气比释动动能率限限值，我我们引入入建材附附加空气气比释动动能率这这一概念念。建材材附加空空气比释释动能率率定义为为建筑物物内装饰饰材料表表面空气气比释动动能率与与未铺设设装饰材材料建筑筑物（如如毛坯房房）室内内空气比比释动能能率之差差值。GGB65566-20000规定定2m´22m´0.5m建建材堆垛垛距离表表面中心心10ccm处空空气比释释动能率率限值为为2000nGyy/h（含含本底），而而50ccm厚的的建材已已几乎把把土壤本本底完全全屏蔽，测测量的空空气比释释动能率率仅来自自建材本本身放射射性和宇宇宙射线线的贡献献，根据据全国环环境天然然贯穿辐辐射水平平调查结结果（119833-19990年年），全全国的宇宇宙射线线水平加加权平均均为300nGyy/h左左右，也也就是说说2m´22m´0.5m的的建材堆堆垛引入入的附加加表面空空气比释释动能率率限值为为1700nGyy/h。 对建筑筑物室内内装修，根根据目前前规定，地地面铺设设石材只只能选用用1.552cmm厚的材材料薄板板，由图图2.44可知22cm厚厚的石材材放射性性相当于于50ccm厚石石材的440%左左右，那那么对于于2m´22m的条条件，我我们可以以把建筑筑物室内内装饰建建材附加加空气比比释动能能率限值值定为770nGGy/hh，如果果铺设面面积不等等于4mm2，可以以根据图图2.22和表33.1所所列修正正系数对对附加空空气比释释动能率率限值再再做修正正。表3.11 附附加空气气比释动动能率限限值对于于不同面面积的修修正系数数面积/mm20.0440.1660.6441.4442.56645.7667.844>10修正系数数0.1660.3770.6550.8000.9331.0001.0661.0991.1114 讨讨论4.1 实验与与蒙特-卡洛(Monnte-Carrlo)方法计计算结果果对比北京防化化研究院院李湘葆葆先生，中中国计量量科学研研究院万万国庆先先生等在在他们最最近的一一项研究究工作中中采用MMontte-CCarllo方法法, 针针对建材材放射性性检测, 对不不同模型型尺寸与与不同测测量条件件的建筑筑材料空空气比释释动能率率进行了了计算8。凑凑巧我们们的研究究内容与与其基本本相同，可可以与之之作一比比较。对比理论论计算与与模型实实验的结结果，我我们发现现,无论论是模型型厚度，模模型尺寸寸大小，还还是探测测距离对对建材表表面空气气比释动动能率的的影响，二二者之间间均呈现现较好的的一致性性。仅对对于探测测距离这这一因素素，当测测量距离离小于55cm时时，理论论计算与与实验测测量差异异颇为明明显，尤尤其是当当探测器器贴近建建材表面面，即距距离趋近近于0时时，二者者之间甚甚至达到到一个数数量级的的差别。如如何解释释这一现现象呢？实际上上，并非非总有可可能设计计出完全全理想条条件下的的仪器装装置，象象我们通通常采用用的便携携式辐射射仪都存存在有一一定程度度的角相相应，当当测量距距离较近近时，探探测器将将只能探探测到有有限范围围内所包包含的射射线，这这也就是是当探测测距离较较近时，实实测值要要小于理理论计算算值的原原因之所所在。 4.2 现场检检测中的的某些具具体问题题在建筑材材料放射射性现场场测量当当中，有有一部分分建材形形状不规规则。由由于研究究经费和和时间所所限，我我们的实实验仅讨讨论了正正方形一一种情况况，如有有条件可可做进一一步的工工作。4.3 测量结结果的不不确定度度我们给出出空气比比释动能能率测量量结果的的扩展不不确定度度为233.5%（置信信概率995%），其其中仪器器的能量量响应贡贡献最大大。实验验中使用用的便携携式c-g射线辐辐射仪探探头采用用碘化钠钠塑料闪闪烁体材材料，由由于碘化化钠探头头不同于于高压电电离室，其其对低能能部分射射线的能能量响应应不是很很好，我我们所使使用仪器器产品说说明书中中给出的的能量响响应是小小于200%（1100kkeV22MeVV），而而高压电电离室价价格昂贵贵，且不不方便携携带，所所以权衡衡之下，我我们仍选选用了塑塑料闪烁烁型c-g射线辐辐射仪。此外，建建筑材料料放射性性水平很很低，空空气比释释动能率率测量值值统计涨涨落很大大，有时时上下幅幅度甚至至可以达达到300%。针针对这一一情况，我我们对每每一测量量点都重重复测量量30次次，取其其算术平平均值作作为结果果。单次次测量的的相对实实验标准准差为55%100%。5 结结论本课题研研究基本本解决了了目前建建材放射射性的现现场检测测问题。在在国家室室内建筑筑材料g空空气比释释动能率率限制标标准尚未未制定之之前，而而作建材材比活度度测量成成本又较较高的情情况下，我我们认为为利用便便携式辐辐射仪测测量建材材附加空空气比释释动能率率是方便便又可行行的一个个较好的的解决办办法。致谢: 课题得得到了导导师张利利民与刘刘树林两两位教授授的精心心指导，此此外，项项目研究究过程中中，与唐唐方东、李李燕飞、杨杨遂平等等同志进进行了有有益的探探讨，在在此谨表表示衷心心感谢。参考文献献1 张利利民, 刘树林林等. 关于建建材放射射性监测测的调研研报告(内部). 上上海市计计量测试试技术研研究院,19999.55.2 中华华人民共共和国建建材行业业标准, 天然然石材产产品放射射防护分分类控制制标准(JC5518-93). 北北京: 中国标标准出版版社,119944.3 中华华人民共共和国国国家标准准, 建建筑材料料放射卫卫生防护护标准(GB665666-20000). 北北京: 中国标标准出版版社, 20000.4 中华华人民共共和国国国家标准准, 建建筑材料料产品及及建材用用工业废废渣放射射性物质质控制要要求(GGB67763-20000). 北京京: 中中国标准准出版社社, 220000.5 郑成成法,毛毛家骏,秦启宗宗主编. 核化化学及核核技术应应用. 北京; 原子子能出版版社, 19990:11236 Unnsceear repportt, AAnneex BB, 119777.7 全国国环境天天然贯穿穿辐射水水平调查查总结报报告编写写组. 全国环环境天然然贯穿辐辐射水平平调查研研究. 辐射防防护, 19992, 12(2):28 李湘湘葆,万万国庆,王清芳芳等. 全国首首届室内内环境质质量研讨讨会论文文集, 昆明. 20001:1144-1220179