稀土天然放射性核素的分析與思考

畢明亮

摘 要：土壤是生態系統中的物質遷移和轉化是最活躍的介質。暴露在土壤中通過吸收累積的植物產生外部輻射。近年來，放射性核素在土壤中移動變換成為研究的熱點。本文就核素遷移的影響因素進行了分析，并探討了測量的質量控制措施。

關鍵詞：土壤；放射性核素；分析

前言

土壤輻射環境質量狀況不僅直接影響一個地區的經濟發展，而且還關系到人民群眾的身體健康。核電外圍土壤中的放射性主要來源于核事故的沉降灰沉降、核設施排出的氣載流出物跟隨沉降灰沉降、核設施廢液排放后的生物圈循環及遷移等，隨著核電的飛速發展，搞清楚核電外圍土壤中放射性核素的含量就顯得至關重要。

1核素遷移的影響因素

影響核素遷移的因素很多，可以概括為核素自身性質、地質條件、水動力及化學環境等。其中，決定核素遷移的內在決定因素是地質條件與核素自身的性質。地下水的水動力場和水化學場作為外部因素，會影響其遷移的程度。

1.1核素本身的形態與性質

核素形態是決定吸附行為最本質的因素，因此價態對核素遷移性具有決定性影響。一般，呈陽離子的核素，其分配系數常常較高，而成陰離子的核素，其分配系數都較小。常見核素鈾的化學性質非常活潑，化合物鈾酰鹽在地下水的作用下會進入表層土壤和水，進而被動植物吸收。但是核素釷則不同，常與其他酸鹽結合形成絡合物，遷移程度不及鈾，借助水不會遷移太遠。

1.2地質條件與環境

核素所處的地質條件主要表現為土壤或者巖石的結構和理化性質。土壤所含的腐殖質、膠體、陽離子等都會不同程度地影響核素遷移。其中，核素遷移性能主要取決于礦物的吸附性。礦物粒徑越小，比表面越大，吸附容量相應增大。此外，土壤中的腐殖質對核素遷移性能也有較大的影響，可能加快核素的遷移速度，也可能阻止核素的遷移程度。不同的腐殖酸類型、分子量、含量都與核素的遷移性有密切的關系。

1.3水動力及化學環境

雖然地下水是影響核素遷移的外在因素，但是其水動力場直接影響核素的遷移趨勢，水文地球化學性質則會影響其核素的價態與存在形式。很多長半衰期放射性核素為變價元素，它們是釋放到環境中的放射性核素的主要貢獻者，但是在還原環境下遷移性大大降低。所以，放射性核素從廢棄物轉入地下水經過了一系列物理化學作用，受地下水環境的影響其化學形態會發生變化，形態差異也會導致吸附行為差異，進而影響其在遷移和富集程度和速度。地下水中含有陰陽離子、有機物、腐殖酸和各種膠體等，有些易與核素發生化學反應，如溶解—沉淀反應、氧化—還原反應、吸附—解吸反應、陽離子交替吸附作用等，都會對改變核素的遷移程度。所以，地下水的成分、pH、Eh、陰離子、腐殖酸、膠體等和性質會影響核素形態以及分布。

1.4其他

微生物、氣候、核素的來源等也都會影響其遷移性能。研究發現，即使在高放射性活度污染的土壤環境，微生物也可以生存并對核素遷移性產生影響。因此，微生物對核素遷移的影響需要引起重視。微生物對核素遷移的影響主要表現在可以降解核廢物，腐蝕廢物儲存罐；通過改變地下水的化學特征來間接影響核素賦存形態；直接攝取核素，使其移動或者滯留；或者通過生物還原作用降低核素在土壤環境中的溶解度和移動性等。

2分析質量控制

2.1離子型稀土料液中鈾、釷萃取分離實驗

2.1.1實驗試劑與設備

實驗試劑：萃取劑為環烷酸，改質劑為異辛醇，稀釋劑為磺化煤油。由于環烷酸黏度大，環烷酸極性強，為避免分相及溶解性問題，環烷酸濃度不宜過高。同時，需加入改質劑異辛醇進行改性，采用15%環烷酸+15%異辛醇+70%磺化煤油（體積分數）萃取劑體系。料液為南方離子型稀土料液。實驗設備：500mL玻璃燒杯，5000mL玻璃燒杯，攪拌裝置為JJ?1A型精密增力電動攪拌器，XSP型電感耦合等離子光譜發射儀（Thermo Electron Corporation，USA）。

2.1.2實驗方法

有機相的配制：萃取劑、改質劑和磺化煤油按需要的體積分數，量取于燒杯中，充分攪拌混勻后備用。萃取實驗：先量取一定體積的料液于玻璃燒杯中，再量取需要體積的配制好的有機相，加入裝有水相的燒杯中，置于攪拌裝置中勻速攪拌，根據實驗所要求的條件來控制攪拌過程，攪拌結束后，靜置分相。分析萃余液中元素的濃度，并計算萃取率。反萃實驗：先量取一定體積的料液于玻璃燒杯中，在量取需要體積的負載有機相，加入裝有水相的燒杯中，置于攪拌裝置中勻速攪拌，根據實驗所要求的條件來控制攪拌過程，攪拌結束后，靜置分相。分析反萃液中元素的濃度，并計算反萃率。

2.2實驗室內部質量控制內部控制方法包括自控措施和他控措施

自控措施有空白樣測定、平行樣測定、加標回收率測定，要求空白樣比例不低于5%，空白樣一次測定至少兩個空白實驗值、平行樣比例不低于10%、加標樣比例不低于5%，對低本底α、β測量儀和高純鍺γ譜儀應定期測量本底，繪制儀器本底、效率質控制圖和泊松分布，檢驗儀器是否正常。他控措施是在自控措施基礎上，由質量監督員根據質控計劃要求，采用留樣復測、密碼加標、密碼平行等方式定期進行他控。主要有空白試驗、平行樣測定、加標回收率測定、密碼樣與密碼加標測定等方式。要求空白樣不低于5%，空白樣一次測定至少兩個空白實驗值、平行樣不低于10%、加標樣不低于5%、密碼樣不低于5%。

2.3實驗室外部質量控制

參加能力驗證和實驗室間比對，主要是參加IAEA（國際原子能機構）的實驗室間比對和環保部組織的全國輻射環境質量監測考核，通過下發密碼質控樣品方式進行，通過密碼樣品，考核實驗室的分析能力，判斷測定結果的準確性和可靠性。除此之外，還可以與不同的實驗室開展實驗室間比對。

結束語

因土壤的成分較為復雜，人類的生產活動對土壤的影響較大，加之土壤中放射性核素尤其是總釷、總鈾分析較為復雜，流程也較長，做好土壤監測過程的質量控制有助于土壤輻射監測數據的準確有效，對評價核電站對外圍土壤產生的影響具有至關重要的作用。

參考文獻

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[2]時燕華.土壤中放射性核素總釷、總鈾總釷、總鈾濃度測定方法的研討[J].四川有色金屬，2013（12）.

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（作者單位：廣東核力工程勘察院）