ERICA2.0 软件和R&D128 程序中41Ar 和85Kr 核素对陆生生物辐射剂量率估算对比的初步研究

熊潇颖，杜红燕，魏其铭，白晓平，王晓亮，郑 伟，邱 林

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

核设施释放的放射性物质进入环境后，可能会通过各种途径对生物及其种群产生辐射影响。非人类物种的辐射影响日益受到国际社会的关注，各国应用的评价非人类物种的辐照剂量的程序主要有ERICA 软件和R&D 128 模型等[1]。

ERICA（电离污染环境危害：评价和管理）软件是欧洲委员会在2004—2007 年完成开发的，可以估算非人类生物辐射效应的程序，目前2.0 版本中包含49 种元素88 种核素，还可以根据需要添加其他核素。该程序采用了三级筛选评价方法，具有对物种的针对性强、生物效应数据库较为全面、可根据需要添加新的生物和核素等诸多优点。R&D128（对野生动物的电离辐射影响评价）程序是英国国家环保署于2001 年开发的用以评价电离辐射对野生动物生物辐射影响的剂量评估方法[2]。R&D128 程序对于陆生生态系统主要选取了16 个元素17 个核素，其中包含惰性气体41Ar和85Kr 核素。

在我国的生物辐射影响评价中，现阶段计算核素对生物的影响大多采用ERICA1.3 版本软件，由于ERICA 软件中没有考虑惰性气体的对陆生生态系统照射的贡献，而R&D 128 模型对惰性气体41Ar 和85Kr 核素进行了考虑，因此环境影响评价中目前对生物的辐射影响评价使用ERICA 软件和R&D128 程序同时进行计算。ERICA 软件于2021 年进行了版本更新，更新后的2.0 版版本较以前的所有版本，首次添加了Kr、Ar、Rn、Xe 等惰性气体元素，惰性气体相应的剂量率转换因子（DCC）等参数也做了补充。

本文将对R&D 128 程序和ERICA2.0 软件中均包含的惰性气体核素41Ar 和85Kr 对生物造成的辐射剂量的原理、参考生物和参数等方面进行比较，并以我国某核电厂为例，对核电厂周围惰性气体核素41Ar 和85Kr 对陆生生物的辐射剂量进行计算和比较。

1 R&D 128 程序和ERICA2.0 软件的对比

1.1 参考生物与惰性气体核素

1.1.1 参考生物

R&D128 程序选取了18 种陆生参考生物：真菌、苔藓、乔木、灌木、草本植物、种子、真菌、毛虫、蚂蚁、蜜蜂、土鳖、蚯蚓、食草哺乳动物、食肉哺乳动物、啮齿类动物、鸟类、鸟卵和爬行动物。

ERICA 软件2.0 版本的13 类陆生参考生物与1.3 版本保持一致：两栖动物、鸟类、食腐类节肢动物、飞行类昆虫、腹足纲软体动物、草本植物、苔藓类植物、大型哺乳动物、小型掘穴类哺乳动物、爬行动物、灌木、环节动物和乔木。

1.1.2 惰性气体核素

R&D128 程序中，惰性气体包括41Ar 和85Kr核素；在ERICA 2.0 软件中，惰性气体41Ar、85Kr、85mKr、87Kr、88Kr、131mXe、133Xe、133mXe、135Xe、138Xe，比R&D128 程序的惰性气体核素种类丰富。

1.2 计算公式

1.2.1 R&D128 程序对惰性气体的计算

对于惰性气体，在R&D128 程序的计算中，内照射剂量率计算为0。核素i对生物j造成的总剂量率为：

式（1）为核素i对生物j造成的照射剂量率。

式中：z——生物栖息地，对于惰性气体，z为空气；

Cz,i——核素i在栖息地z中的浓度，对于惰性气体，为在空气中，Bq·m-3。

1.2.2 ERICA2.0 软件对惰性气体的计算

在陆生生态系统的计算中，对于惰性气体，其在ERICA2.0 软件的二级计算中，内照射剂量率计算为0。计算惰性气体对生物的剂量率时，介质浓度数据输入为空气中放射性核素活度浓度，采用浸没（即土壤上方浸没在污染的空气中）剂量率转换因子。计算公式为：

1.3 主要参数

由于惰性气体的剂量率计算中，不考虑内照射的影响，因此惰性气体对生物的内照射剂量率为0。在参数中也不考虑与内照射相关的参数。计算中主要参数为外照射剂量率转换因子。

（1）在R&D128 程序中

在R&D128 程序中，惰性气体的外照射剂量率转换因子主要是根据环境特征参数、照射途径和参考生物的特征参数，利用Monte-Carlo方法或经验公式计算得到[1]。对于41Ar 和85Kr核素，程序中给出的外照射剂量率转换因子如表1 所示。

（2）在ERICA2.0 软件中

在ERICA2.0 软件中，惰性气体的空气浸没外照射剂量率转换因子来自ICRP136 出版物中的Biota-DC 程序[4]，且无论生物在地面上还是地面下，均假设其100%浸没于有放射性核素的空气中。为与R&D128 程序进行对比，选取与R&D128 程序相同的41Ar 和85Kr 核素进行说明。对于41Ar 和85Kr 核素，空气浸没外照射剂量率转换因子如表2 所示。其中，环节动物、草本植物、灌木和乔木的剂量率转换因子为0。

表2 ERICA2.0 软件陆生生态系统空气浸没外照射剂量率转换因子Table 2 The dose conversion coefficient of immersion external radiation in the air of terrestrial ecosystems in the Erica2.0 software μGy·h-1/Bq·m-3

2 某厂址周围41Ar 和85Kr 对陆生生物造成的辐射剂量计算和分析

以我国某核电厂两台WWER 机组为例，采用R&D128 程序和ERICA2.0 软件计算该核电厂两台机组正常运行状态下：

（1）选择计算R&D128 程序和ERICA2.0软件中含有的41Ar 和85Kr 核素排放所致厂址附近陆生生物的辐射剂量率进行对比，两个核素的排放量和在空气中的浓度如表3 所示。

表3 两台WWER 机组在运行状态下41Ar 和85Kr 核素的年排放量和在空气中的浓度Table 3 Annual emissions and air concentration of 41Ar and 85Kr nuclides from two WWER units under operating conditions

（2）选择两个模型中同类的参考生物：环节动物、食腐类节肢动物、鸟类、飞行类昆虫、草本植物、苔藓植物、大型哺乳动物、小型掘穴类哺乳动物、爬行动物、灌木和乔木11 种生物进行计算。

计算结果如表4 和图1、图2 所示。

图1 采用R&D128 程序和ERICA2.0 软件计算厂址附近11 类陆生生物的剂量率结果比较（41Ar）Fig.1 Comparison of dose results for 11 types of terrestrial organisms near the nuclear power plant site calculated using the Erica2.0 software and the R&D128 program (41Ar)

图2 采用R&D128 程序和ERICA2.0 软件计算厂址附近11 类陆生生物的剂量率结果比较（85Kr）Fig.2 Comparison of dose results for 11 types of terrestrial organisms near the nuclear power plant site calculated using the ERICA2.0 software and the R&D128 program (85Kr)

表4 采用R&D128 程序和ERICA2.0 软件计算厂址附近11 类陆生生物的剂量率结果比较Table 4 Comparison of dose results for 11 types of terrestrial organisms near the nuclear power plant site calculated using Erica2.0 software and R&D128 program μGy/h

从计算结果看出，（1）R&D128 程序对于41Ar 和85Kr 核素的计算结果均比ERICA2.0 软件大；（2）R&D128 程序对所有生物均有剂量率计算结果，ERICA2.0 软件的计算结果中环节动物、草本植物、灌木和乔木的剂量率计算结果均为0。

3 对比分析和结论

根据以上对比看出：

（1）ERICA2.0 软件比R&D128 程序的惰性气体核素种类丰富；

（2）R&D128 程序共选择了18 种陆生参考生物，ERICA2.0 软件共选择了13 种陆生参考生物，R&D128 程序的参考生物种类更加丰富；

（3）对于内照射剂量率，R&D128 程序和ERICA2.0 软件对于41Ar 和85Kr 的内照射剂量率均为0；

（4）ERICA2.0 软件和R&D128 程序的剂量率转换因子采用的来源不同，在R&D128 程序中，41Ar 和85Kr 的外照射剂量率转换因子主要是根据环境特征参数、照射途径和参考生物的特征参数，利用Monte-Carlo 方法或经验公式计算得到；在ERICA2.0 软件中，41Ar 和85Kr的空气浸没外照射剂量率转换因子来自ICRP136 出版物中的Biota-DC 程序，也是造成剂量率结果不同的主要原因；

（5）从计算结果上看，在41Ar 和85Kr 排放量相同的情况下，R&D128 程序的计算结果比ERICA2.0 软件的计算结果大一个量级，R&D128 程序的结果相对保守；且ERICA2.0软件的计算结果中环节动物、草本植物、灌木和乔木的剂量计算结果均为0，是由于它们的空气浸没外照射剂量率转换因子均为0 造成的；可见对于41Ar 和85Kr，R&D128 程序参数数据来源更齐全。

因此，对于惰性气体核素的辐射影响计算，41Ar 和85Kr 的计算使用R&D128 程序是相对保守和可行的；对于其他惰性气体的计算，可采用ERICA2.0 软件进行补充和完善。目前的生物辐射影响评价中，可将 R&D128 程序和ERICA2.0 软件结合使用，进行惰性气体对生物造成的辐射剂量的计算和分析。