拓 飛 徐翠華* 張 慶 李文紅 周 強(qiáng)

在事故狀態(tài)下，懸浮于空氣中的一些放射性微粒會(huì)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(duì)吸入放射性氣溶膠所致呼吸道內(nèi)照射劑量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，濃度與粒徑分布是其中的重要參數(shù)。氣溶膠濃度決定了吸入劑量，濃度越高，危害越大。當(dāng)濃度到達(dá)一定程度時(shí)，粒徑大小對(duì)于估算粒子在呼吸道的沉積及其劑量有顯著影響，因?yàn)榱脚c其在呼吸道內(nèi)的沉著、滯留和廓清有密切關(guān)系。另一方面，在對(duì)不同地域、不同類型的放射性工作場(chǎng)所內(nèi)照射危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，造成差異較大的主要原因之一是缺乏對(duì)場(chǎng)所中氣溶膠的濃度、粒徑分布等特性的了解，這些參數(shù)的差異導(dǎo)致內(nèi)照射劑量的評(píng)價(jià)存在較大不確定度[1]。因而，對(duì)一些典型放射性工作場(chǎng)所進(jìn)行氣溶膠濃度、粒徑分布監(jiān)測(cè)，可以為估算內(nèi)照射劑量提供基線參考數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)測(cè)先確定吸入粒徑大小的分布，再根據(jù)已有數(shù)據(jù)對(duì)一些情況下粒徑大小的分布做符合實(shí)際的假定[2-4]，這樣可以減小內(nèi)照射劑量評(píng)價(jià)中的誤差。我國(guó)有研究人員已對(duì)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(chǎng)所和環(huán)境的氣溶膠濃度與粒徑分布進(jìn)行了測(cè)量和分析。本文選取了5類放射性工作場(chǎng)所進(jìn)行濃度和全粒徑的測(cè)量研究，給出了氣溶膠個(gè)數(shù)濃度、質(zhì)量濃度、計(jì)數(shù)中位粒徑和質(zhì)量中位徑的分布。

1 材料與方法

1.1 采樣裝置

使用美國(guó)TSI(Trust Science Innovation Incorporated)公司生產(chǎn)的3321型空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀(aerodynamic particle sizer spectrometer,APS)進(jìn)行氣溶膠濃度和粒徑的測(cè)量，其可檢測(cè)范圍為0.5～20 μm，所配備的軟件可實(shí)時(shí)顯示濃度、粒徑并具有自動(dòng)記錄功能[10]。詳細(xì)采樣原理和計(jì)算公式已在文獻(xiàn)[11]中有詳細(xì)敘述。儀器采用11個(gè)不同大小粒徑的標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行了標(biāo)定，所用標(biāo)準(zhǔn)均可溯源至美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(national institute of standards and technology，NIST)，在使用過(guò)程定期采用Duke公司(美國(guó))提供的DRI-CALTM10 μm標(biāo)準(zhǔn)微粒子球進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證。

1.2 測(cè)量步驟

測(cè)量前將儀器平放于場(chǎng)所中央距地面1.5 m的位置，并保證后方和側(cè)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(jì)算機(jī)相連，一端連接在APS背后標(biāo)注“SERIAL PORT”端口；打開AIM軟件。檢查儀器面板上的LED狀態(tài)指示燈“POWER”、“LASER”和“PUMP”都處于點(diǎn)亮狀態(tài)；當(dāng)開始采集時(shí)，檢查并確?！癙ARTICLE”燈處于閃爍狀態(tài)，“HI CONC”燈處于未點(diǎn)亮狀態(tài)，即粒子濃度未超出儀器測(cè)量范圍值，未進(jìn)行濃度過(guò)高報(bào)警。通過(guò)程序設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)測(cè)量，視不同情況一般將步長(zhǎng)設(shè)為5～60 min，采集12 h以上。預(yù)采樣5 min后，正式開始測(cè)量。

1.3 調(diào)查測(cè)量場(chǎng)所

調(diào)查的測(cè)量場(chǎng)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(jí)操作室、放射性去污洗消室、放射性內(nèi)污染測(cè)量室。以上場(chǎng)所開展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量期間，溫度范圍為14～19 ℃，相對(duì)濕度從40%～70%變化，氣壓為615～625 mmHg。為了進(jìn)行比較，測(cè)量了核電站周邊普通居室、辦公室(晴天和陰天分別測(cè)量)作為對(duì)照，詳細(xì)信息見表1。

2 結(jié)果

2.1 個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度

在正常生產(chǎn)和工作條件下，于上午9時(shí)至次日9時(shí)之間連續(xù)測(cè)量了某核電站乏燃料暫存區(qū)的氣溶膠濃度和粒徑，采樣時(shí)儀器置于暫存池與人員操作平臺(tái)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(duì)γ能譜分析室、放射性丙級(jí)操作室、放射性去污洗消室、放射性內(nèi)污染測(cè)量室等場(chǎng)所進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見表2。生活場(chǎng)所室內(nèi)氣溶膠個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度的測(cè)量結(jié)果列于表3。

2.2 計(jì)數(shù)中位徑和質(zhì)量中位徑

因?yàn)榉派湫詺馊苣z的粒徑分布特性不僅可用活度中值空氣動(dòng)力學(xué)直徑(AMAD)及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差描述，也可以根據(jù)具體情況用其他表征粒度分布性質(zhì)的參數(shù)描述。本研究測(cè)量了所調(diào)查場(chǎng)所計(jì)數(shù)中位徑和質(zhì)量中位徑的分布，詳見表4和表5。

3 討論

在本次調(diào)查的場(chǎng)所中，放射性丙級(jí)操作室的氣溶膠個(gè)數(shù)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(zhì)量濃度也最高，但是最大值未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)10 μm粒徑規(guī)定的濃度限值(0.15 mg/m3)[12]，最大和最小質(zhì)量濃度分別為0.12 mg/m3、0.03 mg/m3，平均值為0.06 mg/m3。經(jīng)分析，放射性丙級(jí)操作室作為樣品預(yù)處理與制備室，承擔(dān)著樣品預(yù)處理工作，且其通風(fēng)方式為窗戶自然通風(fēng)，在工作時(shí)打開通風(fēng)機(jī)進(jìn)行樣品的研磨、過(guò)篩等操作會(huì)引起氣溶膠濃度的增加，因此個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度最高。γ能譜分析室相對(duì)有較為潔凈的環(huán)境，且一般與樣品預(yù)處理和制裝樣操作間分開，故濃度最低,其平均個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)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(nèi)污染測(cè)量室和核電站乏燃料暫存池的氣溶膠個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度介于最大和最小值之間。普通生活辦公場(chǎng)所中，居室的質(zhì)量濃度高于辦公室，而辦公室里晴天環(huán)境氣溶膠的個(gè)數(shù)濃度最高。

表1 測(cè)量場(chǎng)所的調(diào)查信息

表2 工作場(chǎng)所個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度的分布

表3 生活場(chǎng)所個(gè)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度的分布

表4 工作場(chǎng)所計(jì)數(shù)中位徑和質(zhì)量中位徑的分布

表5 生活場(chǎng)所計(jì)數(shù)中位徑和質(zhì)量中位徑的分布

研究顯示，測(cè)量場(chǎng)所的計(jì)數(shù)中位粒徑均在0.7 μm左右。對(duì)質(zhì)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(jí)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(nèi)污染測(cè)量室的均值最低為0.84 μm。生活、辦公場(chǎng)所中，生活居室的計(jì)數(shù)中位粒徑約為0.7 μm，與放射性工作場(chǎng)所差別不大，雨天和晴天辦公室環(huán)境的計(jì)數(shù)中位徑較為一致。對(duì)于質(zhì)量中位徑而言，乏燃料暫存場(chǎng)所略低于居室，但雨天環(huán)境的質(zhì)量中位徑約為晴天的3倍。

綜上所述，在放射性丙級(jí)操作場(chǎng)所氣溶膠質(zhì)量濃度持續(xù)很高，反應(yīng)了氣溶膠質(zhì)量濃度與工作場(chǎng)所和人工活動(dòng)情況關(guān)系密切；在空調(diào)(人工)通風(fēng)的環(huán)境，受室內(nèi)人為作業(yè)因素影響大，而受外界氣象因素影響較小。調(diào)查結(jié)果表明，上述放射性工作場(chǎng)所中，計(jì)數(shù)中位徑分布較為一致，除核電站乏燃料暫存池外，質(zhì)量中位徑約為1.0 μm。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[13]，在這些粒徑分布特征比較穩(wěn)定的場(chǎng)所，在常規(guī)取樣中可以只采濃度樣品，對(duì)于粒徑不定期分析即可。同時(shí)也看出，上述場(chǎng)所內(nèi)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(shù)百納米的粒子大得多。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)吸入放射性氣溶膠所致的內(nèi)照射劑量，對(duì)場(chǎng)所中粒徑大于1 μm的氣溶膠粒徑和濃度分布等參數(shù)可再深入研究；季節(jié)和天氣等因素對(duì)濃度和粒徑的影響也有待進(jìn)一步的分析。本調(diào)查所建立的基線數(shù)據(jù)資料，可為開展內(nèi)照射劑量評(píng)價(jià)提供參考。

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