石島灣前沿站環境實驗室監督性監測介紹

（山東省核與輻射安全監測中心，山東濟南市，250022）韓玉龍 韓 松 楚 瀚

石島灣前沿站位于位于榮成市王連街道王連醫院東鄰，距離石島灣核電廠直線距離14.3km，占地17.4畝，總建筑面積約3900m2，其中環境實驗室約2640m2。2015年9月15日，《華能山東石島灣核電廠輻射環境現場監督性監測系統設計方案》經過國家核安全局批準；2016年8月，石島灣前沿站開工建設；2018年4月完成主體工程建設，2018年9月18日，山東省核與輻射安全監測中心派員進駐石島灣前沿站參與實驗設備調試工作；2019年1月，全面開始儀器設備性能測試工作，2020年12月11日，石島灣前沿站通過了生態環境部華東核與輻射安全監督站組織的預驗收，是國內第一個在核電廠投料運行前完成預驗收的前沿站，為核電廠投料發電安全生產提供了保障。

石島灣前沿站實驗室配有P型高純鍺γ能譜儀、低本底α、β測量儀、低本底液體閃爍計數器、熱釋光劑量測量系統，以及配套輔助設備共230余臺。石島灣前沿站目前配有在編人員12人，負責環境樣品采集工作、前處理及樣品分析等工作。每年年初根據《華能山東石島灣核電廠輻射環境監督性監測方案》制定本年度的石島灣前沿站環境監測工作方案，監測任務主要包括：空氣、水體、土壤(泥)、指示生物等，以及γ累積劑量監測，所需采集、分析的環境樣品及頻次如表1所示。

1 P型高純鍺γ能譜儀

高純鍺γ譜儀是一種用于環境科學技術及資源科學技術領域的核儀器，主要應用于測量氣溶膠、沉降灰、土壤、水、指示生物等介質中放射性核素[1]。放射性核素產生的γ光子和X射線，由于其不帶電荷，通過物質時不能直接使物質產生電離，不能直接被探測到，因此γ和X射線的探測主要依賴于其通過物質時與物質原子相互作用，并將全部或部分光子能量傳遞給吸收物質中的一個電子，產生的次級電子再引起物質的電離和激發，形成電脈沖流，電脈沖的幅度正比于γ和X射線的能量。在高純鍺γ能譜儀中，探測器實際上是一個光電轉換器，將光子的能量轉變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過譜儀放大器將該脈沖成形并線性放大，再送入模數變換器中將輸入信號根據其脈沖幅度轉變成一組數字信號，并由相關軟件形成譜圖并進行分析[2]。

石島灣前沿站實驗室選用的是ORTEC公司生產的P型高純鍺γ能譜儀（GEM60P4-83型），用于環境樣品的γ核素分析及總γ計數率測量。探測器類型為P型同軸型高純鍺探測器；測量能量范圍為50keV～10MeV；相對測量效率：60%；能量分辨率：<2.1keV(在1.33MeV處)；峰康比：≥45:1(在1.33MeV處)；通道數：≥16384道；本底：<3cps。

表1 前沿站環境實驗室監測任務

2 低本底α、β測量儀

低本底α、β測量儀一種測量低水平α、β放射性強度的儀器，可用于水、土壤、氣溶膠、沉積物等樣品的總α、總β、90Sr放射性測量[3-4]。探測器是以氣體作為帶電粒子電離或激發的介質，在氣體電離空間置有兩個電極，外加電場并保持一定的電位差，當帶電粒子穿過氣體時與氣體分子軌道上的電子發生碰撞，使氣體分子產生電離而形成離子對，在電場中電子向正極移動，電子在平均自由程內獲得的能量足以與氣體分子發生碰撞，產生新的離子對，同樣新的電子又被加速再次與氣體發生電離碰撞，這就是氣體放大過程。正離子向負極移動，最后到達負電極被收集，使電子線路上引起瞬時電壓變化（電壓脈沖），由后續的電子儀器記錄。

石島灣前沿站實驗室選用的是ORTEC公司生產的低本底α、β測量儀（ORT-MPC-9604型），用于環境樣品中低水平總α、總β放射性活度測量，能同時測量α、β活度。探測器類型：流氣試正比計數器；測量通道數為4個，每個通道均有獨立的探測器、10cm鉛屏蔽和電子學單元，氣路系統采用并聯方式，各路之間完全獨立，互不影響，同時具有自動扣除本地功能；探測器有效面積：≥20cm2；α、β計數器本底測量結果范圍滿足α≤0.1cpm、β≤1cpm的要求；效率測量結果范圍滿足α≥40.0%、β≥50.0%的要求；串道比：α對β：≤1%，β對α：0%。

3 低本底液體閃爍計數器

低本底液體閃爍計數器主要用于測定發生β核衰變的放射性核素，用于測量水體、指示生物中的氚、14C等核素，依據射線與物質相互作用產生熒光效應。首先是閃爍溶劑分子吸收射線能量成為激發態，再回到基態時將能量傳遞給閃爍體分子，閃爍體分子由激發態回到基態時，發出熒光光子。熒光光子被光電倍增管(PM)接收轉換為光電子，光電子再經光電倍增管倍增，倍增的電子流形成電壓脈沖，以脈沖信號形式輸送出去。將信號符合、放大、分析、顯示，表示出樣品液中放射性強弱與大小。

石島灣前沿站實驗室選用的是PE公司生產的低本底液體閃爍計數器（Quantulus GCT 6220），對于低活度α和β放射性具有較高的靈敏度和檢測能力，可以用于環境樣品水中氚、氡、鐳和鈾的測量，核電廠氚和14C輻射的評估。能量范圍:0～2MeV；測量效率(對于密封的充氮、無猝滅的有機樣品):3H≥60%，14C≥95%；本底計數:＜1.5cpm(20mL樣品瓶)。

4 熱釋光劑量測量系統

輻射環境監測中累積測量可提供輻射劑量數據資料，有利于評價輻射環境質量和相關人群所受核設施排出物造成的外照射劑量，以LiF（Mg,Cu,P）為材料的熱釋光劑量計，常用于環境累積劑量測量[5-7]。當熱釋光材料受到電離輻射照射時，電子獲得足夠能量，由價帶躍遷到導帶并在價帶中形成空穴。電子或空穴在晶格內運動，自由電子可能被導帶俘獲，空穴被激發能帶俘獲。當把受照過的熱釋光材料加熱后，被俘獲的電子獲得足夠的能量逃逸出來與空穴結合，同時多余的能量以光輻射的形式釋放出來，其強度與從陷阱中釋放的電子數成正比，因而與磷光體吸收的劑量成正比并且隨溫度變化而變化，所以通過熱釋光可測輻射劑量。

石島灣前沿站實驗室選用的是銳比公司生產的熱釋光讀數器（360A自動型），具備測讀熱釋光或光釋光兩種能力，可以有效測量封裝在劑量盒內的熱釋光和光釋光元件吸收的輻射劑量。能量范圍：12keV～7MeV；能量響應：≤20%；測量范圍：1uSv～10Sv；熱釋光計量讀數器；溫度穩定：±1%；高壓穩定性：±0.005%；測讀時間：30s/片；讀數器集成的自動進樣和退樣系統，可以自動讀取劑量元件200個。

5 結語

核電站外圍環境輻射監測是一項復雜的任務，石島灣前沿站按照“借鑒經驗、提前介入、全程參與、確保質量”的工作原則，自石島灣前沿站規劃開始，就參與了前沿站設計方案審查，以及選址、建設、設備采購、安裝調試的全過程，先后多次派人到核電廠相關部門進行溝通協調，共同研究解決前沿站建設、設備安裝調試過程中的矛盾和問題。石島灣前沿站2020年12月順利通過生態環境部華東核與輻射安全監督站組織的預驗收，前沿站的順利、穩定運行，認真履行監督性監測職能，確保了華能石島灣核電廠周邊區域環境安全和公眾安全，促進了核電廠與地方的和諧發展。