董豫陽，蘇自強(qiáng)，陳海龍，廉 冰

(中國(guó)輻射防護(hù)研究院，太原 030006)

前 言

現(xiàn)行的輻射防護(hù)評(píng)價(jià)是利用環(huán)境中濃度或者暴露程度和合適的生活習(xí)性來評(píng)估公眾所受到的劑量。因此，為了保護(hù)公眾，我們有必要定義一個(gè)用來判斷劑量約束值是否得到滿足的人，這個(gè)人就被稱作 “代表性個(gè)人”。“代表性個(gè)人”的定義就是，在某地區(qū)受到照射的范圍內(nèi)，任意選擇一個(gè)人，這個(gè)人所受到的劑量大于某特定劑量值的概率要小于一定的比例，這個(gè)劑量值就可以稱作是該地區(qū)的代表性個(gè)人的劑量。 “代表性個(gè)人”所受到的劑量取代了國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)在第7號(hào)報(bào)告中提出的 “關(guān)鍵居民組”的平均劑量。

“關(guān)鍵居民組”的概念首次提出是在ICRP第7號(hào)報(bào)告中，當(dāng)時(shí)提出的目的是為評(píng)價(jià)公眾所受到的照射劑量是否符合劑量約束值提供比對(duì)的方法。此報(bào)告中的第15段這樣敘述：在某些關(guān)鍵途徑中某種關(guān)鍵核素的存在，是不會(huì)對(duì)每個(gè)場(chǎng)外的居民都產(chǎn)生相同的照射劑量。在運(yùn)行前的調(diào)查通常會(huì)發(fā)現(xiàn)居民中一個(gè)或兩個(gè)組的存在，他們的特性，包括習(xí)慣、位置、年齡會(huì)使他們受到比場(chǎng)外其他部分居民更高的劑量。這種情況的居民組就可以把他們定義為 “關(guān)鍵居民組”。

在實(shí)際核設(shè)施劑量評(píng)價(jià)過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)“關(guān)鍵居民組”具有一定的局限性，主要是“關(guān)鍵居民組”選擇的是一個(gè)受到所考察的源項(xiàng)最大照射的群組，這意味著，關(guān)鍵組內(nèi)的一些成員可能會(huì)受到高于和低于關(guān)鍵居民組的平均劑量。在關(guān)鍵居民組之外，也可能有少數(shù)幾個(gè)人生活習(xí)慣和特征極不相同，這種特異性有時(shí)意味著這些人所受劑量比關(guān)鍵居民組高[1]。

同時(shí)(1)ICRP輻射防護(hù)體系發(fā)生著演變，并且ICRP的建議已經(jīng)成為更多國(guó)家審管體系的基本要素；(2)近年來采用更精巧的計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行劑量評(píng)價(jià)的能力有了顯著的提高，可以更方便的進(jìn)行概率論估計(jì)，可以得到保羅結(jié)果不確定度在內(nèi)的劑量分布。

綜合以上原因，ICRP有必要也有責(zé)任提出一個(gè)定義，代表絕大多數(shù)公眾所受到的最大劑量，即“代表性個(gè)人”。

1 研究方法

ICRP第60號(hào)出版物中基于輻射防護(hù)三原則而建立的放射性廢物排放管理的概念框架包括：源項(xiàng)，在環(huán)境中的轉(zhuǎn)移，照射途徑，劑量估算，與劑量約束值的比較[2]。一般以模式計(jì)算為主，利用實(shí)際測(cè)量或設(shè)計(jì)報(bào)告的物料平衡得到排放源項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境擴(kuò)散/遷移/轉(zhuǎn)移和劑量估算模式以及相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)[3]，完成居民劑量的估算，對(duì)輻射環(huán)境質(zhì)量做出綜合分析、比較和評(píng)價(jià)[4]。

影響劑量評(píng)估的主要因素包括：核素、照射途徑、氣象條件、公眾生活習(xí)性(包括食譜、外出活動(dòng)時(shí)間、呼吸速率等)。 “代表性個(gè)人”劑量評(píng)估還和人口分布有關(guān)。

根據(jù)上述步驟，分別對(duì)正常工況下某核設(shè)施的 “關(guān)鍵居民組”和“代表性個(gè)人”的劑量計(jì)算，通過分析計(jì)算過程和結(jié)果以及兩者概念上的區(qū)別，得出“代表性個(gè)人”比“關(guān)鍵居民組”更適合作為輻射環(huán)境評(píng)價(jià)的指標(biāo)的結(jié)論。

2 正常工況下某核設(shè)施周圍輻射環(huán)境劑量評(píng)估

2.1 評(píng)估所用數(shù)據(jù)來源說明以及假設(shè)前提

本文以國(guó)內(nèi)某核設(shè)施的人口數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算得出關(guān)鍵居民組所受到的劑量。

2.1.1 計(jì)算點(diǎn)周邊人口分布的說明：

這里可以假設(shè)一個(gè)人口分布，同時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，僅僅考慮源項(xiàng)周圍5 km范圍內(nèi)的人群。把人群分為16個(gè)方向徑向間距為1 km的80個(gè)子區(qū)，假設(shè)0～1 km內(nèi)每個(gè)子區(qū)的人數(shù)為100人且人口在該地區(qū)按面積均勻分布，同時(shí)根據(jù)該地區(qū)性的人口分布資料將評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)人群分為四個(gè)年齡組，分別為幼兒(0～1歲)、兒童(1～7歲)、少年(7～17歲)、成人(17歲以上)，占總?cè)丝诘谋壤謩e為2%、8%、16%、74%。雖然ICRP給出了6個(gè)年齡組的劑量系數(shù)，但是研究表明，采用3個(gè)年齡組(分別為0～7歲、7～17歲、17歲以上)的劑量系數(shù)足以反映源項(xiàng)的影響和年輕靈敏人群的差別[1]。然而近年來嬰兒(0～1歲)的劑量評(píng)估受到了廣泛關(guān)注，環(huán)境保護(hù)部為規(guī)范全國(guó)核基地輻射環(huán)境現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)工作，建議將嬰兒組(0～1歲)分為單獨(dú)的年齡組進(jìn)行分析。

2.1.2 計(jì)算點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的說明：

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳粳F(xiàn)場(chǎng)大氣擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所獲得的不同穩(wěn)定度的平均混合層高度見表1，不同穩(wěn)定度的大氣擴(kuò)散參數(shù)見表2。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳練夂蛸Y料統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)年平均風(fēng)速為1.0 m/s。不同風(fēng)量的年降水量如表3所示。該大氣擴(kuò)散試驗(yàn)是為廠址北2.5 km處的火電廠建廠時(shí)做的，由于該火電廠距廠址較近，因此，報(bào)告中采用該大氣擴(kuò)散試驗(yàn)的結(jié)果。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳咎峁┑牡娘L(fēng)向、風(fēng)速、總云量、低云量觀測(cè)結(jié)果，計(jì)算得出的風(fēng)向、風(fēng)速、穩(wěn)定度三維聯(lián)合頻率,主導(dǎo)風(fēng)向較為WNW～NNW之間。

表1 平均混合層高度Tab.1 Depth of average mixed-layer (m)

表2 廠址區(qū)域大氣擴(kuò)散參數(shù)Tab.2 Atmospheric diffusion parameters of site

表3 不同風(fēng)向的年降水量Tab.3 Annual precipitation in different wind directions (mm)

該廠址的生產(chǎn)設(shè)施氣載流出物為來自各廠房全面排風(fēng)、局部排風(fēng)以及工藝系統(tǒng)的尾氣，主要放射性污染物為UO2、UF6和UO2F2。各系統(tǒng)的工藝尾氣根據(jù)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)不同采取相應(yīng)的凈化方式處理，然后與局部排風(fēng)混合后進(jìn)一步處理。對(duì)于含有鈾氣溶膠的全排和局排系統(tǒng)排風(fēng)，經(jīng)高效空氣過濾器處理后排入總排風(fēng)管道，進(jìn)入排風(fēng)中心，通過接力風(fēng)機(jī)排至80 m高煙囪排入大氣。

2.2 照射途徑分析以及計(jì)算模式和參數(shù)

2.2.1 照射途徑分析

大氣途徑，對(duì)公眾的照射如圖1所示，對(duì)公眾的主要照射途徑有吸入空氣內(nèi)照射、空氣浸沒外照射、地表沉積物外照射、食入動(dòng)植物產(chǎn)品的內(nèi)照射[5]。

圖1 大氣途徑對(duì)公眾的照射Fig.1 Exposure to the public by atmospheric route

2.2.2 假設(shè)條件

2.2.2.1 關(guān)于源項(xiàng)的假設(shè)：本工程產(chǎn)生的低濃度鈾產(chǎn)品中，235U的豐度≤5%，計(jì)算中，235U的豐度保守的按5%考慮。根據(jù)《輻射防護(hù)手冊(cè) 第三分冊(cè)》中的數(shù)據(jù)，對(duì)于235U富集度為5%的低濃產(chǎn)品，U中234U、235U、238U的原子數(shù)比分別為0.054%、5.061%、94.885%。234U、235U、238U的比活度分別為2.31×108Bq/g、8.00×104Bq/g、1.24×104Bq/g。表4中給出了源項(xiàng)計(jì)算的相關(guān)參數(shù)。

表4 源項(xiàng)計(jì)算中的相關(guān)參數(shù)Tab.4 Related parameters in source term calculation

因?yàn)殛P(guān)鍵核素是U-234，所以可以假設(shè)源項(xiàng)氣載放射性氣體申請(qǐng)排放量為1.0×108Bq/a，放射性元素僅考慮U-234，排放煙囪為80 m且僅有一個(gè)，周圍無高大建筑物影響，以此作為計(jì)算點(diǎn)的源項(xiàng)數(shù)據(jù)。以正北方為Y軸正軸，以正東方為X軸正軸建立坐標(biāo)系，煙囪的坐標(biāo)可認(rèn)為是(0，0)，內(nèi)徑為3.8 m，假設(shè)排放為無動(dòng)力釋放。所以可以得出源項(xiàng)的數(shù)據(jù)見表5。

2.2.2.2 關(guān)于主要照射途徑的假設(shè)：正常情況下，在進(jìn)行劑量估算時(shí)，考慮的公眾受照射的途徑為空氣浸沒外照射、地面沉積外照射、吸入和食入所致的內(nèi)照射。在各種照射途徑中，關(guān)鍵途徑為吸入內(nèi)

表5 正常工況下排放出的放射性氣體的總量Tab.5 Total amount of radioactive gas discharged under normal conditions

照射，所以本文假設(shè)只考慮空氣浸沒外照射和吸入空氣所導(dǎo)致的內(nèi)照射。

2.3 “關(guān)鍵居民組”照射劑量的計(jì)算

2.3.1 計(jì)算方法和過程

AIRDOS程序系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)立橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)環(huán)保局編制的。用于評(píng)價(jià)核設(shè)施在常規(guī)運(yùn)行工況下，放射性核素向大氣釋放對(duì)環(huán)境影響的計(jì)算機(jī)程序。

計(jì)算中所采用參數(shù)和一些劑量轉(zhuǎn)換因子如表6、表7所示。

表6 計(jì)算參數(shù)Tab.6 Calculation Parameters

表7 吸入劑量轉(zhuǎn)換因子[6]Tab.7 Inhalation dose conversion factor (Sv/Bq)

2.3.2 計(jì)算結(jié)果

2.3.2.1 大氣擴(kuò)散因子

利用得到的數(shù)據(jù)和AIRDOS程序可以計(jì)算出所求的80 m煙囪5 km范圍內(nèi)的年均大氣擴(kuò)散因子。80 m煙囪大氣擴(kuò)散因子最大值出現(xiàn)在0～1 km的ESE方位上。

2.3.2.2 個(gè)人劑量

在正常工況下，利用AIRDOS程序?qū)?km范圍內(nèi)的234U通過吸入內(nèi)照射和空氣浸沒外照射途徑所致公眾個(gè)人有效劑量進(jìn)行了計(jì)算。最大個(gè)人有效劑量出現(xiàn)在ESE方位的0～1km子區(qū)，幼兒組、兒童組、少年組和成人組的最大個(gè)人平均有效劑量分別為4.86×10-7Sv/a、2.80×10-7Sv/a、6.94×10-7Sv/a、7.91×10-7Sv/a， “關(guān)鍵居民組”為ESE方位0～1 km子區(qū)的成人組。

2.4 代表性個(gè)人劑量估算

2005年ICRP出版了101號(hào)報(bào)告中對(duì) “代表性個(gè)人”的定義，確定方法和流程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本文借鑒101號(hào)報(bào)告中推薦的代表性個(gè)人的計(jì)算方法，根據(jù)對(duì)我國(guó)某核設(shè)施實(shí)際廠址假設(shè)和獲得的數(shù)據(jù)，從而代表性個(gè)人劑量的分析確定。

用確定論方法對(duì)受照人群的所有人員進(jìn)行了劑量點(diǎn)估計(jì)，點(diǎn)估計(jì)的值為該子區(qū)的平均劑量。則每個(gè)劑量區(qū)間的權(quán)重可以認(rèn)為是接受該劑量范圍的人數(shù)占總受照人數(shù)的份額。因此，這種接受不同年劑量的人數(shù)分布，可用于估計(jì)個(gè)人年劑量不超過某種水平的受照人數(shù)占總受照人數(shù)的份額。具體步驟如下：

2.4.1 將每個(gè)子區(qū)的平均劑量由小到大排序，因?yàn)樽訁^(qū)點(diǎn)估計(jì)的值是該子區(qū)的平均劑量，所以可以假設(shè)子區(qū)內(nèi)有一半的人所受劑量大于該子區(qū)的平均劑量值。累積概率的概念是不大于某一劑量的概率，某一固定劑量值的累積概率可以用對(duì)應(yīng)的人口數(shù)與總?cè)藬?shù)的比值來反映出來，即可表示為：

P=m/n

P：低于已知?jiǎng)┝恐档娜藬?shù)占總?cè)藬?shù)的比例，即累積概率；m：所受劑量低于某一固定劑量值的人口數(shù)；n：該受照范圍內(nèi)總?cè)丝跀?shù)。

2.4.2 將步驟(1)得到的數(shù)據(jù)分別在直角坐標(biāo)軸和對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上表示出來。從圖2可以看出，當(dāng)取普通坐標(biāo)軸時(shí)，累積概率大于90%后，劑量增加速度非?？?，說明了受到劑量較大的人群所占人口比例較小；從圖3可以看出，當(dāng)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)時(shí)，在累積概率的值處于5%～95%區(qū)間內(nèi)，則其分布趨近于線性分布。

圖2 受照射人數(shù)按個(gè)人年劑量的累積概率分布Fig.2 Cumulative probability distribution of the number of people exposed to radiation according to the individual annual dose

圖3 受照射人數(shù)按個(gè)人年劑量的累積概率分布(對(duì)數(shù)坐標(biāo))Fig.3 Cumulative probability distribution of the number of people exposed to radiation according to the individual annual dose(log scale)

2.4.3 根據(jù)圖上的趨勢(shì)和步驟(1)得到數(shù)據(jù)對(duì)受照人數(shù)關(guān)于年劑量的累積概率分布實(shí)施對(duì)數(shù)線性擬合，得出擬合函數(shù)方程為：

lgY=0.016 71X-8.818 9

假設(shè)按照一般對(duì)于 “代表性個(gè)人”的建議，即高于 “代表性個(gè)人”劑量的人數(shù)小于5%，則代表性個(gè)人的劑量根據(jù)上式可以估算出為7.75×10-8Sv。

2.5 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

結(jié)合計(jì)算結(jié)果，在柱狀圖中表示出來，如圖4所示。

圖4 不同年齡組關(guān)鍵居民組個(gè)人劑量與代表性個(gè)人劑量的對(duì)比Fig.4 Comparison of dose between representative group in different age groups and representative person

圖中可以看出，基于本文中假設(shè)的人口數(shù)量，關(guān)鍵居民組的各個(gè)年齡組的最大平均劑量均大于 “代表性個(gè)人”的劑量。這種情況可以分為兩種情況：(1)劑量約束值遠(yuǎn)大于 “關(guān)鍵居民組”和“代表性個(gè)人”的劑量，此時(shí)是符合劑量約束的：(2)劑量約束值和 “關(guān)鍵居民組”的劑量相差不大，應(yīng)考慮“關(guān)鍵居民組”內(nèi)外是否有人受到的劑量是大于劑量約束值，超過的人數(shù)通過“關(guān)鍵居民組”劑量計(jì)算無法推出，此時(shí)無法判斷是否應(yīng)該對(duì)照射條件實(shí)施控制措施。

由圖2可以看出，在累積概率大于90%的一段曲線，劑量上漲速度非?？欤梢钥闯鲇捎诒疚娜丝诘募僭O(shè)(即人口數(shù)量在該地區(qū)按照面積均勻分布)，導(dǎo)致受到劑量較大的人口的數(shù)量占總?cè)丝诘谋壤^小。所以， “代表性個(gè)人”的劑量要比僅考慮某個(gè)平均劑量較大子區(qū)某年齡組的平均劑量要小。

若假設(shè)一種極端情況，即每個(gè)子區(qū)內(nèi)的人數(shù)是相等的，利用AIRDOS程序得出的 “關(guān)鍵居民組”的年平均劑量是沒有變化的，但是根據(jù)本章的子區(qū)點(diǎn)估計(jì)和累積概率，根據(jù)前文所用的方法，可以算出累積概率為95%處的劑量為2.32×10-7Sv，即 “代表性個(gè)人”的劑量?？芍?，當(dāng)受到照射劑量較高的人群數(shù)目占比較大時(shí)， “代表性個(gè)人”的劑量也會(huì)增高，甚至?xí)哂凇瓣P(guān)鍵居民組”的劑量。

3 結(jié)論和展望

“代表性個(gè)人”的劑量是對(duì)整個(gè)受照區(qū)域人口的考慮，其數(shù)據(jù)可靠性更加值得信賴。同時(shí)，“代表性個(gè)人”的劑量會(huì)隨著人口分布的變化而有所改變，在某些情況下，“代表性個(gè)人”的劑量甚至?xí)^“關(guān)鍵居民組”的劑量，這時(shí)候再用 “關(guān)鍵居民組”的劑量來確認(rèn)是否符合劑量約束值就不夠保守了，此時(shí)“代表性個(gè)人”的劑量更能代表接受劑量較大的個(gè)人。

“代表性個(gè)人”概念于1985年提出，目前尚未廣泛應(yīng)用于輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)，經(jīng)分析主要原因在于：(1)“代表性個(gè)人”劑量評(píng)估相對(duì)“關(guān)鍵居民組”步驟較為繁瑣；(2)核設(shè)施正常工況下一般造成的“關(guān)鍵居民組”劑量和“代表性個(gè)人”劑量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于劑量約束值，是否有必要進(jìn)行“代表性個(gè)人”的劑量估算值得討論。但是，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境的要求提高，“代表性個(gè)人”的劑量提供了更值得信賴的劑量分布數(shù)據(jù)，因此有必要進(jìn)一步將其應(yīng)用在實(shí)際評(píng)價(jià)中并找出可能存在的問題。