放射性工作場所氣溶膠濃度與粒徑分布*

拓 飛 徐翠華* 張 慶 李文紅 周 強

在事故狀態下，懸浮于空氣中的一些放射性微粒會形成均勻分散體系，這種均勻分散體系自然沉降速度極低，形成放射性氣溶膠。在對吸入放射性氣溶膠所致呼吸道內照射劑量進行評價時，濃度與粒徑分布是其中的重要參數。氣溶膠濃度決定了吸入劑量，濃度越高，危害越大。當濃度到達一定程度時，粒徑大小對于估算粒子在呼吸道的沉積及其劑量有顯著影響，因為粒徑與其在呼吸道內的沉著、滯留和廓清有密切關系。另一方面，在對不同地域、不同類型的放射性工作場所內照射危險度進行評價時，造成差異較大的主要原因之一是缺乏對場所中氣溶膠的濃度、粒徑分布等特性的了解，這些參數的差異導致內照射劑量的評價存在較大不確定度[1]。因而，對一些典型放射性工作場所進行氣溶膠濃度、粒徑分布監測，可以為估算內照射劑量提供基線參考數據。通過實測先確定吸入粒徑大小的分布，再根據已有數據對一些情況下粒徑大小的分布做符合實際的假定[2-4]，這樣可以減小內照射劑量評價中的誤差。我國有研究人員已對銅礦巷道[1]、高氡民居[5]、核潛艇以及蚊香燃燒等[6-9]不同場所和環境的氣溶膠濃度與粒徑分布進行了測量和分析。本文選取了5類放射性工作場所進行濃度和全粒徑的測量研究，給出了氣溶膠個數濃度、質量濃度、計數中位粒徑和質量中位徑的分布。

1 材料與方法

1.1 采樣裝置

使用美國TSI(Trust Science Innovation Incorporated)公司生產的3321型空氣動力學粒徑譜儀(aerodynamic particle sizer spectrometer,APS)進行氣溶膠濃度和粒徑的測量，其可檢測范圍為0.5～20 μm，所配備的軟件可實時顯示濃度、粒徑并具有自動記錄功能[10]。詳細采樣原理和計算公式已在文獻[11]中有詳細敘述。儀器采用11個不同大小粒徑的標準粒子進行了標定，所用標準均可溯源至美國標準技術研究院(national institute of standards and technology，NIST)，在使用過程定期采用Duke公司(美國)提供的DRI-CALTM10 μm標準微粒子球進行準確度驗證。

1.2 測量步驟

測量前將儀器平放于場所中央距地面1.5 m的位置，并保證后方和側面都留出足夠的空間。連接電源及通訊線，將RS232串口線一端與計算機相連，一端連接在APS背后標注“SERIAL PORT”端口；打開AIM軟件。檢查儀器面板上的LED狀態指示燈“POWER”、“LASER”和“PUMP”都處于點亮狀態；當開始采集時，檢查并確保“PARTICLE”燈處于閃爍狀態，“HI CONC”燈處于未點亮狀態，即粒子濃度未超出儀器測量范圍值，未進行濃度過高報警。通過程序設置來實現自動連續測量，視不同情況一般將步長設為5～60 min，采集12 h以上。預采樣5 min后，正式開始測量。

1.3 調查測量場所

調查的測量場所共分為5組：某核電站乏燃料暫存池、γ能譜分析室、放射性丙級操作室、放射性去污洗消室、放射性內污染測量室。以上場所開展現場測量期間，溫度范圍為14～19 ℃，相對濕度從40%～70%變化，氣壓為615～625 mmHg。為了進行比較，測量了核電站周邊普通居室、辦公室(晴天和陰天分別測量)作為對照，詳細信息見表1。

2 結果

2.1 個數濃度和質量濃度

在正常生產和工作條件下，于上午9時至次日9時之間連續測量了某核電站乏燃料暫存區的氣溶膠濃度和粒徑，采樣時儀器置于暫存池與人員操作平臺之間距地面1.5 m處。同樣，在日常工作條件下，選擇工作日的上午至次日上午期間對γ能譜分析室、放射性丙級操作室、放射性去污洗消室、放射性內污染測量室等場所進行了測量，結果見表2。生活場所室內氣溶膠個數濃度和質量濃度的測量結果列于表3。

2.2 計數中位徑和質量中位徑

因為放射性氣溶膠的粒徑分布特性不僅可用活度中值空氣動力學直徑(AMAD)及相應的標準偏差描述，也可以根據具體情況用其他表征粒度分布性質的參數描述。本研究測量了所調查場所計數中位徑和質量中位徑的分布，詳見表4和表5。

3 討論

在本次調查的場所中，放射性丙級操作室的氣溶膠個數濃度最高，平均值為241.3 n/cm3，最小值為155.7 n/cm3，最大值為388.1 n/cm3。同樣，其質量濃度也最高，但是最大值未超過國家標準對應10 μm粒徑規定的濃度限值(0.15 mg/m3)[12]，最大和最小質量濃度分別為0.12 mg/m3、0.03 mg/m3，平均值為0.06 mg/m3。經分析，放射性丙級操作室作為樣品預處理與制備室，承擔著樣品預處理工作，且其通風方式為窗戶自然通風，在工作時打開通風機進行樣品的研磨、過篩等操作會引起氣溶膠濃度的增加，因此個數濃度和質量濃度最高。γ能譜分析室相對有較為潔凈的環境，且一般與樣品預處理和制裝樣操作間分開，故濃度最低,其平均個數濃度和質量濃度分別為6.9 n/cm3和1.01×10-3mg/m3。放射性去污洗消室、放射性內污染測量室和核電站乏燃料暫存池的氣溶膠個數濃度和質量濃度介于最大和最小值之間。普通生活辦公場所中，居室的質量濃度高于辦公室，而辦公室里晴天環境氣溶膠的個數濃度最高。

表1 測量場所的調查信息

表2 工作場所個數濃度和質量濃度的分布

表3 生活場所個數濃度和質量濃度的分布

表4 工作場所計數中位徑和質量中位徑的分布

表5 生活場所計數中位徑和質量中位徑的分布

研究顯示，測量場所的計數中位粒徑均在0.7 μm左右。對質量中位徑而言，乏燃料暫存池的最高，其均值為2.04 μm，其次是放射性丙級操作室為1.25 μm。γ能譜分析室、放射性去污洗消室的值均在1.0 μm左右，放射性內污染測量室的均值最低為0.84 μm。生活、辦公場所中，生活居室的計數中位粒徑約為0.7 μm，與放射性工作場所差別不大，雨天和晴天辦公室環境的計數中位徑較為一致。對于質量中位徑而言，乏燃料暫存場所略低于居室，但雨天環境的質量中位徑約為晴天的3倍。

綜上所述，在放射性丙級操作場所氣溶膠質量濃度持續很高，反應了氣溶膠質量濃度與工作場所和人工活動情況關系密切；在空調(人工)通風的環境，受室內人為作業因素影響大，而受外界氣象因素影響較小。調查結果表明，上述放射性工作場所中，計數中位徑分布較為一致，除核電站乏燃料暫存池外，質量中位徑約為1.0 μm。按照標準規定[13]，在這些粒徑分布特征比較穩定的場所，在常規取樣中可以只采濃度樣品，對于粒徑不定期分析即可。同時也看出，上述場所內存在粒徑＞1.0 μm的粒子，有研究表明[2],粒徑＞1.0 μm粒子在呼吸道中的沉積比率通常比數百納米的粒子大得多。為了準確評價吸入放射性氣溶膠所致的內照射劑量，對場所中粒徑大于1 μm的氣溶膠粒徑和濃度分布等參數可再深入研究；季節和天氣等因素對濃度和粒徑的影響也有待進一步的分析。本調查所建立的基線數據資料，可為開展內照射劑量評價提供參考。

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