石岛湾前沿站环境实验室监督性监测介绍

（山东省核与辐射安全监测中心，山东济南市，250022）韩玉龙 韩 松 楚 瀚

石岛湾前沿站位于位于荣成市王连街道王连医院东邻，距离石岛湾核电厂直线距离14.3km，占地17.4亩，总建筑面积约3900m2，其中环境实验室约2640m2。2015年9月15日，《华能山东石岛湾核电厂辐射环境现场监督性监测系统设计方案》经过国家核安全局批准；2016年8月，石岛湾前沿站开工建设；2018年4月完成主体工程建设，2018年9月18日，山东省核与辐射安全监测中心派员进驻石岛湾前沿站参与实验设备调试工作；2019年1月，全面开始仪器设备性能测试工作，2020年12月11日，石岛湾前沿站通过了生态环境部华东核与辐射安全监督站组织的预验收，是国内第一个在核电厂投料运行前完成预验收的前沿站，为核电厂投料发电安全生产提供了保障。

石岛湾前沿站实验室配有P型高纯锗γ能谱仪、低本底α、β测量仪、低本底液体闪烁计数器、热释光剂量测量系统，以及配套辅助设备共230余台。石岛湾前沿站目前配有在编人员12人，负责环境样品采集工作、前处理及样品分析等工作。每年年初根据《华能山东石岛湾核电厂辐射环境监督性监测方案》制定本年度的石岛湾前沿站环境监测工作方案，监测任务主要包括：空气、水体、土壤(泥)、指示生物等，以及γ累积剂量监测，所需采集、分析的环境样品及频次如表1所示。

1 P型高纯锗γ能谱仪

高纯锗γ谱仪是一种用于环境科学技术及资源科学技术领域的核仪器，主要应用于测量气溶胶、沉降灰、土壤、水、指示生物等介质中放射性核素[1]。放射性核素产生的γ光子和X射线，由于其不带电荷，通过物质时不能直接使物质产生电离，不能直接被探测到，因此γ和X射线的探测主要依赖于其通过物质时与物质原子相互作用，并将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子，产生的次级电子再引起物质的电离和激发，形成电脉冲流，电脉冲的幅度正比于γ和X射线的能量。在高纯锗γ能谱仪中，探测器实际上是一个光电转换器，将光子的能量转变成幅度与其成正比的电脉冲。然后通过谱仪放大器将该脉冲成形并线性放大，再送入模数变换器中将输入信号根据其脉冲幅度转变成一组数字信号，并由相关软件形成谱图并进行分析[2]。

石岛湾前沿站实验室选用的是ORTEC公司生产的P型高纯锗γ能谱仪（GEM60P4-83型），用于环境样品的γ核素分析及总γ计数率测量。探测器类型为P型同轴型高纯锗探测器；测量能量范围为50keV～10MeV；相对测量效率：60%；能量分辨率：<2.1keV(在1.33MeV处)；峰康比：≥45:1(在1.33MeV处)；通道数：≥16384道；本底：<3cps。

表1 前沿站环境实验室监测任务

2 低本底α、β测量仪

低本底α、β测量仪一种测量低水平α、β放射性强度的仪器，可用于水、土壤、气溶胶、沉积物等样品的总α、总β、90Sr放射性测量[3-4]。探测器是以气体作为带电粒子电离或激发的介质，在气体电离空间置有两个电极，外加电场并保持一定的电位差，当带电粒子穿过气体时与气体分子轨道上的电子发生碰撞，使气体分子产生电离而形成离子对，在电场中电子向正极移动，电子在平均自由程内获得的能量足以与气体分子发生碰撞，产生新的离子对，同样新的电子又被加速再次与气体发生电离碰撞，这就是气体放大过程。正离子向负极移动，最后到达负电极被收集，使电子线路上引起瞬时电压变化（电压脉冲），由后续的电子仪器记录。

石岛湾前沿站实验室选用的是ORTEC公司生产的低本底α、β测量仪（ORT-MPC-9604型），用于环境样品中低水平总α、总β放射性活度测量，能同时测量α、β活度。探测器类型：流气试正比计数器；测量通道数为4个，每个通道均有独立的探测器、10cm铅屏蔽和电子学单元，气路系统采用并联方式，各路之间完全独立，互不影响，同时具有自动扣除本地功能；探测器有效面积：≥20cm2；α、β计数器本底测量结果范围满足α≤0.1cpm、β≤1cpm的要求；效率测量结果范围满足α≥40.0%、β≥50.0%的要求；串道比：α对β：≤1%，β对α：0%。

3 低本底液体闪烁计数器

低本底液体闪烁计数器主要用于测定发生β核衰变的放射性核素，用于测量水体、指示生物中的氚、14C等核素，依据射线与物质相互作用产生荧光效应。首先是闪烁溶剂分子吸收射线能量成为激发态，再回到基态时将能量传递给闪烁体分子，闪烁体分子由激发态回到基态时，发出荧光光子。荧光光子被光电倍增管(PM)接收转换为光电子，光电子再经光电倍增管倍增，倍增的电子流形成电压脉冲，以脉冲信号形式输送出去。将信号符合、放大、分析、显示，表示出样品液中放射性强弱与大小。

石岛湾前沿站实验室选用的是PE公司生产的低本底液体闪烁计数器（Quantulus GCT 6220），对于低活度α和β放射性具有较高的灵敏度和检测能力，可以用于环境样品水中氚、氡、镭和铀的测量，核电厂氚和14C辐射的评估。能量范围:0～2MeV；测量效率(对于密封的充氮、无猝灭的有机样品):3H≥60%，14C≥95%；本底计数:＜1.5cpm(20mL样品瓶)。

4 热释光剂量测量系统

辐射环境监测中累积测量可提供辐射剂量数据资料，有利于评价辐射环境质量和相关人群所受核设施排出物造成的外照射剂量，以LiF（Mg,Cu,P）为材料的热释光剂量计，常用于环境累积剂量测量[5-7]。当热释光材料受到电离辐射照射时，电子获得足够能量，由价带跃迁到导带并在价带中形成空穴。电子或空穴在晶格内运动，自由电子可能被导带俘获，空穴被激发能带俘获。当把受照过的热释光材料加热后，被俘获的电子获得足够的能量逃逸出来与空穴结合，同时多余的能量以光辐射的形式释放出来，其强度与从陷阱中释放的电子数成正比，因而与磷光体吸收的剂量成正比并且随温度变化而变化，所以通过热释光可测辐射剂量。

石岛湾前沿站实验室选用的是锐比公司生产的热释光读数器（360A自动型），具备测读热释光或光释光两种能力，可以有效测量封装在剂量盒内的热释光和光释光元件吸收的辐射剂量。能量范围：12keV～7MeV；能量响应：≤20%；测量范围：1uSv～10Sv；热释光计量读数器；温度稳定：±1%；高压稳定性：±0.005%；测读时间：30s/片；读数器集成的自动进样和退样系统，可以自动读取剂量元件200个。

5 结语

核电站外围环境辐射监测是一项复杂的任务，石岛湾前沿站按照“借鉴经验、提前介入、全程参与、确保质量”的工作原则，自石岛湾前沿站规划开始，就参与了前沿站设计方案审查，以及选址、建设、设备采购、安装调试的全过程，先后多次派人到核电厂相关部门进行沟通协调，共同研究解决前沿站建设、设备安装调试过程中的矛盾和问题。石岛湾前沿站2020年12月顺利通过生态环境部华东核与辐射安全监督站组织的预验收，前沿站的顺利、稳定运行，认真履行监督性监测职能，确保了华能石岛湾核电厂周边区域环境安全和公众安全，促进了核电厂与地方的和谐发展。