稀土天然放射性核素的分析与思考

毕明亮

摘 要：土壤是生态系统中的物质迁移和转化是最活跃的介质。暴露在土壤中通过吸收累积的植物产生外部辐射。近年来，放射性核素在土壤中移动变换成为研究的热点。本文就核素迁移的影响因素进行了分析，并探讨了测量的质量控制措施。

关键词：土壤；放射性核素；分析

前言

土壤辐射环境质量状况不仅直接影响一个地区的经济发展，而且还关系到人民群众的身体健康。核电外围土壤中的放射性主要来源于核事故的沉降灰沉降、核设施排出的气载流出物跟随沉降灰沉降、核设施废液排放后的生物圈循环及迁移等，随着核电的飞速发展，搞清楚核电外围土壤中放射性核素的含量就显得至关重要。

1核素迁移的影响因素

影响核素迁移的因素很多，可以概括为核素自身性质、地质条件、水动力及化学环境等。其中，决定核素迁移的内在决定因素是地质条件与核素自身的性质。地下水的水动力场和水化学场作为外部因素，会影响其迁移的程度。

1.1核素本身的形态与性质

核素形态是决定吸附行为最本质的因素，因此价态对核素迁移性具有决定性影响。一般，呈阳离子的核素，其分配系数常常较高，而成阴离子的核素，其分配系数都较小。常见核素铀的化学性质非常活泼，化合物铀酰盐在地下水的作用下会进入表层土壤和水，进而被动植物吸收。但是核素钍则不同，常与其他酸盐结合形成络合物，迁移程度不及铀，借助水不会迁移太远。

1.2地质条件与环境

核素所处的地质条件主要表现为土壤或者岩石的结构和理化性质。土壤所含的腐殖质、胶体、阳离子等都会不同程度地影响核素迁移。其中，核素迁移性能主要取决于矿物的吸附性。矿物粒径越小，比表面越大，吸附容量相应增大。此外，土壤中的腐殖质对核素迁移性能也有较大的影响，可能加快核素的迁移速度，也可能阻止核素的迁移程度。不同的腐殖酸类型、分子量、含量都与核素的迁移性有密切的关系。

1.3水动力及化学环境

虽然地下水是影响核素迁移的外在因素，但是其水动力场直接影响核素的迁移趋势，水文地球化学性质则会影响其核素的价态与存在形式。很多长半衰期放射性核素为变价元素，它们是释放到环境中的放射性核素的主要贡献者，但是在还原环境下迁移性大大降低。所以，放射性核素从废弃物转入地下水经过了一系列物理化学作用，受地下水环境的影响其化学形态会发生变化，形态差异也会导致吸附行为差异，进而影响其在迁移和富集程度和速度。地下水中含有阴阳离子、有机物、腐殖酸和各种胶体等，有些易与核素发生化学反应，如溶解—沉淀反应、氧化—还原反应、吸附—解吸反应、阳离子交替吸附作用等，都会对改变核素的迁移程度。所以，地下水的成分、pH、Eh、阴离子、腐殖酸、胶体等和性质会影响核素形态以及分布。

1.4其他

微生物、气候、核素的来源等也都会影响其迁移性能。研究发现，即使在高放射性活度污染的土壤环境，微生物也可以生存并对核素迁移性产生影响。因此，微生物对核素迁移的影响需要引起重视。微生物对核素迁移的影响主要表现在可以降解核废物，腐蚀废物储存罐；通过改变地下水的化学特征来间接影响核素赋存形态；直接摄取核素，使其移动或者滞留；或者通过生物还原作用降低核素在土壤环境中的溶解度和移动性等。

2分析质量控制

2.1离子型稀土料液中铀、钍萃取分离实验

2.1.1实验试剂与设备

实验试剂：萃取剂为环烷酸，改质剂为异辛醇，稀释剂为磺化煤油。由于环烷酸黏度大，环烷酸极性强，为避免分相及溶解性问题，环烷酸浓度不宜过高。同时，需加入改质剂异辛醇进行改性，采用15%环烷酸+15%异辛醇+70%磺化煤油（体积分数）萃取剂体系。料液为南方离子型稀土料液。实验设备：500mL玻璃烧杯，5000mL玻璃烧杯，搅拌装置为JJ?1A型精密增力电动搅拌器，XSP型电感耦合等离子光谱发射仪（Thermo Electron Corporation，USA）。

2.1.2实验方法

有机相的配制：萃取剂、改质剂和磺化煤油按需要的体积分数，量取于烧杯中，充分搅拌混匀后备用。萃取实验：先量取一定体积的料液于玻璃烧杯中，再量取需要体积的配制好的有机相，加入装有水相的烧杯中，置于搅拌装置中匀速搅拌，根据实验所要求的条件来控制搅拌过程，搅拌结束后，静置分相。分析萃余液中元素的浓度，并计算萃取率。反萃实验：先量取一定体积的料液于玻璃烧杯中，在量取需要体积的负载有机相，加入装有水相的烧杯中，置于搅拌装置中匀速搅拌，根据实验所要求的条件来控制搅拌过程，搅拌结束后，静置分相。分析反萃液中元素的浓度，并计算反萃率。

2.2实验室内部质量控制内部控制方法包括自控措施和他控措施

自控措施有空白样测定、平行样测定、加标回收率测定，要求空白样比例不低于5%，空白样一次测定至少两个空白实验值、平行样比例不低于10%、加标样比例不低于5%，对低本底α、β测量仪和高纯锗γ谱仪应定期测量本底，绘制仪器本底、效率质控制图和泊松分布，检验仪器是否正常。他控措施是在自控措施基础上，由质量监督员根据质控计划要求，采用留样复测、密码加标、密码平行等方式定期进行他控。主要有空白试验、平行样测定、加标回收率测定、密码样与密码加标测定等方式。要求空白样不低于5%，空白样一次测定至少两个空白实验值、平行样不低于10%、加标样不低于5%、密码样不低于5%。

2.3实验室外部质量控制

參加能力验证和实验室间比对，主要是参加IAEA（国际原子能机构）的实验室间比对和环保部组织的全国辐射环境质量监测考核，通过下发密码质控样品方式进行，通过密码样品，考核实验室的分析能力，判断测定结果的准确性和可靠性。除此之外，还可以与不同的实验室开展实验室间比对。

结束语

因土壤的成分较为复杂，人类的生产活动对土壤的影响较大，加之土壤中放射性核素尤其是总钍、总铀分析较为复杂，流程也较长，做好土壤监测过程的质量控制有助于土壤辐射监测数据的准确有效，对评价核电站对外围土壤产生的影响具有至关重要的作用。

参考文献

[1]EJ/T1035-2011，土壤中总钍、总铀的分析方法[S].

[2]时燕华.土壤中放射性核素总钍、总铀总钍、总铀浓度测定方法的研讨[J].四川有色金属，2013（12）.

[3]中华人民共和国环境保护行业标准.土壤中放射核素的γ能谱分析方法：GB/T11743-2013[S].

（作者单位：广东核力工程勘察院）