延安市建筑材料天然放射性及其輻射危害

李 楠 盧新衛 楊 光 趙彩鳳

（陜西師范大學旅游與環境學院 西安710062）

天然放射性核素廣泛存在于巖石、土壤、水體及各種建筑材料中[1]。由于人一生有~80%時間在室內度過，加上建筑材料工業的快速發展、工業廢渣大量使用及新型建筑材料的不斷涌出，建筑材料的天然放射性水平引起國內外學者的廣泛關注[2?9]。這項研究為建筑材料的安全使用提供科學指導，也有助于分析建筑材料使用給居民帶來的輻射危害及制定相關放射性標準。不同地區各類建筑材料的天然放射性核素含量因材料來源、加工原材料及建筑材料本身的化學物質組成而呈現較大差異[5]。因此，開展各地建筑材料放射性水平調查研究極為必要。

延安市地處黃土高原，是國務院首批公布的全國24個歷史文化名城之一，也是我國重要的紅色旅游城市。80年代前，延安居民建筑以窯洞居多。隨著改革開放及西部大開發政策的實施，延安的城市化快速推進，建筑物類型也發生巨大變化。然而，用于現代建筑材料的天然放射性水平資料極為匱乏。為了解延安市建筑材料的天然放射性及其輻射危害，本課題組于2011年7月對延安市的建筑工地進行了樣品采集，用低本底多道γ能譜儀測定分析了樣品中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的活度，根據國家最新頒布的《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)標準及歐盟委員會提出的γ輻射指數進行分析評價，此項研究是課題組以往工作的繼續[9?13]。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

延安市常用建筑主體材料有紅磚、空心磚、水泥、砂子、碎石和灰渣，主要來自延安市及周邊地區。在延安市隨機選擇5處建筑工地，采集建筑主體材料樣品。依據來源不同，每類建筑樣品采集5?10份，每份樣品重~2 kg。所有樣品破碎磨細，使其粒徑小于0.16 mm，在110oC條件下烘干至恒重，稱量（精確至0.1 g），裝入與標準物質一樣的樣品盒中（直徑7.0 cm，高6.5 cm）[13]，密封35天，待測。

1.2 測量儀器與方法

樣品中天然放射性226Ra、232Th和40K的含量采用低本底多道γ能譜儀（中核北京核儀器廠）測定[13]。γ能譜儀的探頭為NaI(Tl)，其能量分辨率優于8%(137Cs 662 keV)，當樣品中226Ra、232Th和40K放射性比活度之和大于18.5 Bq/kg時，其測量結果的不確定度小于20%。每個樣品的測量時間為300 min，測量4次，結果取其平均值。

2 結果與分析

2.1 各類建筑主體材料天然放射性核素含量

延安市常用建筑主體材料天然放射性核素含量測量結果如表1。從表 1看出，延安市常用建筑主體材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的比活度分別為 9.4?73.1、11.5?86.9 和 258.9?1055.1 Bq/kg。不同建筑材料的天然放射性核素存在較大差異，砂子樣品226Ra和232Th比活度最低，40K比活度相對較高。爐渣樣品中226Ra及水泥、空心磚和紅磚中232Th比活度相對較高。除砂子和碎石外，其他建筑材料中226Ra和232Th的平均值均顯著高于該區域土壤中相應核素的平均值（分別為 33.3 Bq/kg和46.9 Bq/kg）[14]，空心磚、紅磚、砂子和碎石中40K的平均含量也均高于該區域土壤中40K的平均值(587.2 Bq/kg)[14]。

表1 延安市建筑主體材料放射性核素含量(Bq/kg)Table 1 Activity concentrations of 226Ra, 232Th and 40K in main building materials from Yan’an(Bq/kg).

表2給出延安與西安[10]、寶雞[11]、咸陽[12]幾大城市主要建筑主體材料中226Ra、232Th和40K平均比活度的比較。由表2，延安市砂子中226Ra的放射性比活度低于其他城市，232Th比活度與西安接近，但低于寶雞和咸陽，40K比活度與寶雞和咸陽接近，而高于西安；碎石中226Ra和232Th比活度高于西安和咸陽，40K比活度界于西安和咸陽之間；水泥中226Ra、232Th和40K平均比活度均高于其他城市，可能是延安市水泥加入了放射性比活度較高的電廠粉煤灰。延安市與其他城市紅磚中放射性核素比活度差異不明顯，這與各地紅磚燒制使用的土壤放射性水平接近[14]有關。延安建筑市場使用的爐渣中226Ra和232Th的平均含量低于西安和寶雞，爐渣是燃煤電廠發電產生的固廢，其中放射性核素比活度的差異可能與各地電廠的原煤來源不同有關。延安的煤炭主要來自周邊礦區三疊紀煤炭，西安燃煤電廠的原煤主要來自渭北地區的石炭-二疊紀煤炭，寶雞電廠原煤主要來自甘肅華亭礦區。各地不同成煤期形成的煤炭中放射性核素含量有較大差異[15]，所以，煤炭燃燒發電產生的爐渣中天然放射性水平也必然不同。建筑材料中天然放射性水平的差異主要與建筑材料的來源或加工所用原材料的不同有關。

表2 不用地區建筑主體材料放射性核素平均含量比較(Bq/kg)Table 2 Mean concentration comparison of natural radionuclides in main building materials from different areas(Bq/kg).

2.2 輻射風險

為判斷本次調查建筑主體材料的用途及其用于房屋建筑給居民可能造成的輻射風險，本文根據國家最新頒布的《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)標準[16]及歐盟委員會提出的 γ輻射指數[17]進行評價?！督ㄖ牧戏派湫院怂叵蘖俊?GB6566-2010)標準中給出的內照射指數(IRa)和外照射指數(Iγ)的計算公式為：

式中，CRa、CTh和CK分別為226Ra、232Th和40K的放射性比活度，單位為Bq/kg；200為僅考慮內照射情況下標準規定的建筑材料中放射性核素226Ra的放射性比活度限量，單位為Bq/kg；370、260和4200分別為僅考慮外照射情況下標準規定的建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K在其各自單獨存在時的限量，單位為Bq/kg[16]。

根據式(1)和式(2)計算的延安市建筑主體材料的內外照射指數結果見圖1。由圖1可見，延安市常用建筑主體材料的內照射指數IRa為0.04?0.37，外照射指數Iγ為0.21?0.62，內外照射指數均小于1。本次調查的延安市建筑主體材料的天然放射性水平符合國家標準GB6566-2010中對建筑主體材料天然放射性核素水平的限量要求，因此這些建筑材料不受限制。

圖1 延安建筑主體材料內外照射指數IRa和IγFig.1 The values of IRa and Iγ for main building materials from Yan’an, China.

國際上對建筑材料天然放射性水平也有相應的限制要求，例如歐盟委員會對建筑材料用γ輻射指數評價其輻射安全性[17]。其γ輻射指數計算公式為：

式中，300、200和3000分別為僅考慮γ輻射時建筑材料中226Ra、232Th和40K在其各自單獨存在時的限量，單位為Bq/kg[17]。

歐盟委員會關于建筑材料天然放射性輻射防護報告指出，IγR≤0.5相當于年有效 γ劑量率≤0.3 mSv/y，IγR≤1 相當于年有效 γ劑量率≤1 mSv/y[17]。根據歐盟委員會的建議，建筑材料用于房屋建設時對居民產生的年有效 γ劑量率應控制在 0.3?1 mSv/y。延安市建筑主體材料的 γ輻射指數均小于1(IγR為 0.28?0.81)，可見本次調查的建筑主體材料所致居民輻射劑量不會超過1 mSv/y。

3 結語

(1) 延安市常用建筑主體材料中天然放射性核素226Ra、232Th、40K 的比活度分別為 9.4?73.1、11.5?86.9和258.9?1055.1 Bq/kg。不同建筑材料的天然放射性核素存在較大差異，砂子樣品226Ra和232Th比活度最低，40K比活度相對較高。爐渣樣品中226Ra及水泥、空心磚和紅磚中232Th比活度相對較高。

(2) 延安市常用建筑主體材料的內、外照射指數均小于 1，符合國家標準，使用不受限制。調查的建筑主體材料的γ輻射指數也均小于1，其所致居民年有效γ劑量率在歐盟委員會規定的限制范圍內(0.3?1 mSv/y)，建筑材料的使用不會對居民構成輻射危害。

1 UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effect of Atomic Radiation). Sources, Effects and Risks of ionizing radiation [R]. United Nations, New York, 2000

2 Turhan ?. Assessment of the natural radioactivity and radiological hazards in Turkish cement and its raw materials[J]. Journal of Environmental Radioactivity,2008, 99: 404?414

3 El-Taher A, Makhluf S, Nossair A, et al. Assessment of natural radioactivity levels and radiation hazards due to cement industry[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2010,68: 169?174

4 Kumar V, Ramachandran T, Prasad R. Natural radioactivity of Indian building materials and by-products[J]. Applied Radiation and Isotopes, 1999, 51:93?96

5 Ahmed N. Measurement of natural radioactivity in building materials in Qena city, Upper Egypt[J]. Journal of Environmental Radioactivity, 2005, 83: 91?99

6 Damla N, Cevik U, Kobya AI, et al. Assessment of natural radioactivity and mass attenuation coefficients of brick and roofing tile used in Turkey[J]. Radiation Measurements, 2011, 46: 701?708

7 Ravisankar R, Vanasundari K, Chandrasekaran A, et al.Measurement of natural radioactivity in building materials of Namakkal, Tamil Nadu, India using gamma-ray spectrometry[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2012, 70:699?704

8 程俊良, 賈成鐵, 張淑蓉, 等. 黃山市建筑材料放射性水平調查[J]. 中華放射醫學與防護雜志, 1999, 19(3):221?222 CHENG Junliang, JIA Chengtie, ZHANG Shurong, et al.Investigation of radiation level of the building materials in Huangshan city[J]. Chinese Journal of Radiological Medicine and Protection, 1999, 19(3): 221?222

9 Lu X, Wang F, Jia X, et al. Radioactive analysis and radiological hazards of lime and cement fabricated in China[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007,54: 327?332

10 盧新衛, 張斌. 西安常用建筑材料天然放射性核素水平[J]. 中華放射醫學與防護雜志, 2004, 24(5): 461?462 LU Xinwei, ZHANG Bin. Natural radionuclide level in common used building materials from Xi’an city[J].Chinese Journal of Radiological Medicine and Protection,2004, 24(5): 461?462

11 Lu X, Zhang X. Radionuclide content and associated radiation hazards of building materials and by-products in Baoji, West China[J]. Radiation Protection Dosimetry,2008, 128: 471?476

12 Lu X, Yang G, Ren C. Natural radioactivity and radiological hazards of building materials in Xianyang,China[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2012, 81:780?784

13 趙彩鳳, 盧新衛, 李楠, 等. 包頭市建筑主體材料天然放射性水平[J]. 核技術, 2012, 35(8): 611?614 ZHAO Caifeng, LU Xinwei, LI Nan, et al. Natural radioactivity level of main building materials in Baotou,China[J]. Nuclear Techniques, 2012, 35(8): 611?614

14 陳耀明, 孫淑敏, 任學勤, 等. 陜西省土壤中天然放射性核素含量調查研究[J]. 輻射防護, 1994, 14(3):218?221 CHEN Yaoming, SUN Shumin, REN Xueqin, et al.Investigation of natural radionuclide contents in soil in Shaanxi province[J]. Radiation Protection, 1994, 14(3):218?221

15 黃文輝，唐修義. 中國煤中的鈾、釷和放射性核素[J].中國煤田地質, 2002, 12(增刊): 55?63 HUANG Wenhui, TANG Xiuyi. Uranium, Thorium and other radionuclides in coal of China[J]. Coal Geology of China, 2002, 12(Supplement): 55?63

16 GB 6566-2010, 建筑材料放射性核素限量[S]GB 6566-2010, Limits of radionuclides in building materials[S]

17 EC (European Commission). Radiological protection principles concerning the natural radioactivity of building materials[R]. Radiation Protection Report 112, Geneva,1999