延安市建筑材料天然放射性及其辐射危害

李 楠 卢新卫 杨 光 赵彩凤

（陕西师范大学旅游与环境学院 西安710062）

天然放射性核素广泛存在于岩石、土壤、水体及各种建筑材料中[1]。由于人一生有~80%时间在室内度过，加上建筑材料工业的快速发展、工业废渣大量使用及新型建筑材料的不断涌出，建筑材料的天然放射性水平引起国内外学者的广泛关注[2−9]。这项研究为建筑材料的安全使用提供科学指导，也有助于分析建筑材料使用给居民带来的辐射危害及制定相关放射性标准。不同地区各类建筑材料的天然放射性核素含量因材料来源、加工原材料及建筑材料本身的化学物质组成而呈现较大差异[5]。因此，开展各地建筑材料放射性水平调查研究极为必要。

延安市地处黄土高原，是国务院首批公布的全国24个历史文化名城之一，也是我国重要的红色旅游城市。80年代前，延安居民建筑以窑洞居多。随着改革开放及西部大开发政策的实施，延安的城市化快速推进，建筑物类型也发生巨大变化。然而，用于现代建筑材料的天然放射性水平资料极为匮乏。为了解延安市建筑材料的天然放射性及其辐射危害，本课题组于2011年7月对延安市的建筑工地进行了样品采集，用低本底多道γ能谱仪测定分析了样品中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的活度，根据国家最新颁布的《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)标准及欧盟委员会提出的γ辐射指数进行分析评价，此项研究是课题组以往工作的继续[9−13]。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备

延安市常用建筑主体材料有红砖、空心砖、水泥、砂子、碎石和灰渣，主要来自延安市及周边地区。在延安市随机选择5处建筑工地，采集建筑主体材料样品。依据来源不同，每类建筑样品采集5−10份，每份样品重~2 kg。所有样品破碎磨细，使其粒径小于0.16 mm，在110ºC条件下烘干至恒重，称量（精确至0.1 g），装入与标准物质一样的样品盒中（直径7.0 cm，高6.5 cm）[13]，密封35天，待测。

1.2 测量仪器与方法

样品中天然放射性226Ra、232Th和40K的含量采用低本底多道γ能谱仪（中核北京核仪器厂）测定[13]。γ能谱仪的探头为NaI(Tl)，其能量分辨率优于8%(137Cs 662 keV)，当样品中226Ra、232Th和40K放射性比活度之和大于18.5 Bq/kg时，其测量结果的不确定度小于20%。每个样品的测量时间为300 min，测量4次，结果取其平均值。

2 结果与分析

2.1 各类建筑主体材料天然放射性核素含量

延安市常用建筑主体材料天然放射性核素含量测量结果如表1。从表 1看出，延安市常用建筑主体材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的比活度分别为 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较大差异，砂子样品226Ra和232Th比活度最低，40K比活度相对较高。炉渣样品中226Ra及水泥、空心砖和红砖中232Th比活度相对较高。除砂子和碎石外，其他建筑材料中226Ra和232Th的平均值均显著高于该区域土壤中相应核素的平均值（分别为 33.3 Bq/kg和46.9 Bq/kg）[14]，空心砖、红砖、砂子和碎石中40K的平均含量也均高于该区域土壤中40K的平均值(587.2 Bq/kg)[14]。

表1 延安市建筑主体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给出延安与西安[10]、宝鸡[11]、咸阳[12]几大城市主要建筑主体材料中226Ra、232Th和40K平均比活度的比较。由表2，延安市砂子中226Ra的放射性比活度低于其他城市，232Th比活度与西安接近，但低于宝鸡和咸阳，40K比活度与宝鸡和咸阳接近，而高于西安；碎石中226Ra和232Th比活度高于西安和咸阳，40K比活度界于西安和咸阳之间；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较高的电厂粉煤灰。延安市与其他城市红砖中放射性核素比活度差异不明显，这与各地红砖烧制使用的土壤放射性水平接近[14]有关。延安建筑市场使用的炉渣中226Ra和232Th的平均含量低于西安和宝鸡，炉渣是燃煤电厂发电产生的固废，其中放射性核素比活度的差异可能与各地电厂的原煤来源不同有关。延安的煤炭主要来自周边矿区三叠纪煤炭，西安燃煤电厂的原煤主要来自渭北地区的石炭-二叠纪煤炭，宝鸡电厂原煤主要来自甘肃华亭矿区。各地不同成煤期形成的煤炭中放射性核素含量有较大差异[15]，所以，煤炭燃烧发电产生的炉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异主要与建筑材料的来源或加工所用原材料的不同有关。

表2 不用地区建筑主体材料放射性核素平均含量比较(Bq/kg)Table 2 Mean concentration comparison of natural radionuclides in main building materials from different areas(Bq/kg).

2.2 辐射风险

为判断本次调查建筑主体材料的用途及其用于房屋建筑给居民可能造成的辐射风险，本文根据国家最新颁布的《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)标准[16]及欧盟委员会提出的 γ辐射指数[17]进行评价。《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)标准中给出的内照射指数(IRa)和外照射指数(Iγ)的计算公式为：

式中，CRa、CTh和CK分别为226Ra、232Th和40K的放射性比活度，单位为Bq/kg；200为仅考虑内照射情况下标准规定的建筑材料中放射性核素226Ra的放射性比活度限量，单位为Bq/kg；370、260和4200分别为仅考虑外照射情况下标准规定的建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K在其各自单独存在时的限量，单位为Bq/kg[16]。

根据式(1)和式(2)计算的延安市建筑主体材料的内外照射指数结果见图1。由图1可见，延安市常用建筑主体材料的内照射指数IRa为0.04−0.37，外照射指数Iγ为0.21−0.62，内外照射指数均小于1。本次调查的延安市建筑主体材料的天然放射性水平符合国家标准GB6566-2010中对建筑主体材料天然放射性核素水平的限量要求，因此这些建筑材料不受限制。

图1 延安建筑主体材料内外照射指数IRa和IγFig.1 The values of IRa and Iγ for main building materials from Yan’an, China.

国际上对建筑材料天然放射性水平也有相应的限制要求，例如欧盟委员会对建筑材料用γ辐射指数评价其辐射安全性[17]。其γ辐射指数计算公式为：

式中，300、200和3000分别为仅考虑γ辐射时建筑材料中226Ra、232Th和40K在其各自单独存在时的限量，单位为Bq/kg[17]。

欧盟委员会关于建筑材料天然放射性辐射防护报告指出，IγR≤0.5相当于年有效 γ剂量率≤0.3 mSv/y，IγR≤1 相当于年有效 γ剂量率≤1 mSv/y[17]。根据欧盟委员会的建议，建筑材料用于房屋建设时对居民产生的年有效 γ剂量率应控制在 0.3−1 mSv/y。延安市建筑主体材料的 γ辐射指数均小于1(IγR为 0.28−0.81)，可见本次调查的建筑主体材料所致居民辐射剂量不会超过1 mSv/y。

3 结语

(1) 延安市常用建筑主体材料中天然放射性核素226Ra、232Th、40K 的比活度分别为 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较大差异，砂子样品226Ra和232Th比活度最低，40K比活度相对较高。炉渣样品中226Ra及水泥、空心砖和红砖中232Th比活度相对较高。

(2) 延安市常用建筑主体材料的内、外照射指数均小于 1，符合国家标准，使用不受限制。调查的建筑主体材料的γ辐射指数也均小于1，其所致居民年有效γ剂量率在欧盟委员会规定的限制范围内(0.3−1 mSv/y)，建筑材料的使用不会对居民构成辐射危害。

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