建筑材料放射性现场检测.

建筑材料放射性现场检测

项目完成人员：徐锴陆逊周绚乙

项目完成单位：上海市计量测试技术研究院

【摘要】本文对影响建材表面γ空气比释动能率测量的几个因素作了研究，提出了一种建材放射性现场检测方法和剂量限制要求，并对实验和理论计算结果进行了讨论，二者之间有较好的一致性。【关键词】建筑材料；放射性测量

1 前言

一般情况下，建筑物的放射性大部分来自建筑材料中的天然放射性核素，这些放射性物质对公众造成附加照射，一般表现为全身外照射及其衰变子体的内照射。对建筑材料放射性物质含量的限值是基于辐射防护基本安全标准而确定的，并以常见的放射性核素226Ra、232Th和40K的比活度表征。国际放射防护委员会(ICRP)对公众规定的五年内平均年有效剂量限值为1mSv，如果建造住房和工作用房的建筑材料中226Ra、232Th和40K 的比活度分别为120、100和1000Bq·kg-1(这一放射性水平接近现行国际规定的极限)，并假定公众在室内的居留因子为0.8，则建材放射性对公众个体造成的年有效照射剂量约为1.1mSv，已经略为超过ICRP确定的上述有效剂量限值[1]。

为保障公众及其后代的健康与安全，促进建筑材料的合理利用和建材工业的合理发展，各国相继根据本国的放射卫生防护法规和标准制定出建筑材料放射性物质的限制标准及相应的检测方法，并授权或指定有关部门负责贯彻实施。我国现行关于建筑材料放射性主要有以下三部标准，分别是：1994年国家建筑材料工业局颁布的JC518-1993《天然石材产品放射防护分类控制标准》；2000年国家质量技术监督局修订发布的GB6566-2000《建筑材料放射卫生防护标准》；2000年国家质量技术监督局修订发布的GB6763-2000《建筑材料产品及建材用工业废渣放射性物质控制要求》[2,3,4]。上述标准中所规定的测量条件和限制要求均不相同，而且对建筑物室内的γ空气比释动能率没有作出限值要求和指定检测方法。因此，迫切需要建立一种与现行标准有机联系、适合现场快速检测、并具操作性的测量方法，以满足市场需求，这对于保护上海城市环境和公众健康，促进国际大都市的可持续发展具有重要意义。

本文以目前市场上大量用于室内装饰的花岗石材料为研究对象，针对影响石材表面γ空气比释动能率测量结果的几个因素进行了实验研究，得出一种现场快速检测方

法，并尝试提出建筑物内部建材放射性的检测方法和限值要求。

2 实验

2.1 测量仪器和实验材料

本实验测量 γ 空气比释动能率采用便携式χ-γ射线辐射仪，比活度测量选用美国ORTEC 公司高纯锗 γ 谱仪，其对60Co1332keV 能量峰分辨率为1.87keV 。实验材料选用山东石岛红花岗石，切割成规格为50⨯50⨯2cm 的正方形薄板。 2.2 建材本身对放射性的吸收影响

当γ光子束穿过吸收介质时,将通过光电效应、康普顿散射和产生电子对三种效应损失能量,宽束γ光子数目的衰减规律由下式表示：[5]

x e BI I μ-=0 （1-1） 式中，I 0为入射光子束强度,I 为经过厚度为x 的吸收体后γ光子束的强度，μ为吸收体的线性减弱系数，B 称为积累因子，是

一个描述散射光子影响的物理量，它与射线能量、介质种类和厚度等许多因素有关。由于γ光子的散射效应较为复杂，介质对射线的吸收通常通过实验测得。

考虑到天然石材的放射性水平较低，实验中我们按照地球天然本底Ra 、Th 、K 的成分比例制作了一块平板源：用60Co 溶液源（E γ平均=1.25MeV ）代替

40

K

（E γ=1.46MeV ），Ra 选用U-Ra 平衡粉末，

Th 选用ThO2粉末，活度分别为2.8⨯105Bq 、2.27⨯104Bq 、1.68⨯104Bq, 均匀混合三种源, 用883万能胶水固定于两块20cm ⨯20cm ⨯0.8cm 的石材中。在距离石材表面10cm 处分别测量未加覆盖和覆盖2cm-42cm 花岗石的剂量率（覆盖面积为2m ⨯2m ），间隔厚度为2cm ，结果如图2.1所示。 2.3 建材堆放面积对空气比

释动能率测量的影响

在堆放厚度一定，探头距建材表面距离一定的条件下，建材表面空气比释动能率与面积大小明显相关，

我们模拟了正方形堆放模

图2.1 花岗石对放射性的自吸收影响

50100150200250300350

04

81216202428323640

覆盖厚度(cm)

空气比释动能率(n G y /h

)

图2.2 不同边长模型与空气比释动能率的关

500100015002000

25002080160240320400

边长(c m )

空气比释动能率(10n G y /

体不同边长对空气比释动能率的影响，实验中我们以40cm 为递增长度，测量

了边长从20cm 到400cm 的不同面积情况下与之相对应的建材表面空气比释动能率，模体厚度为2cm ，测量结果对土壤本底和宇宙射线作了修正。考虑到天然石材的放射性水平较低，在模体厚度仅为2cm 的条件下，测量统计误差过大，我们仍旧利用另外制作的较高放射性水平的平板源作为实验材料。由于没

有足够经费，也不太可能做出一套边长从20cm 直到400cm 的平板源，实验中我们把20cm ⨯20cm ⨯2cm 的源放置在以测量点为中心，间隔为20cm 的周围不同位置，分别测量其空气比释动能率。最后不同边长模体的空气比释动能率由其相应位置的空气比释动能率分量算术叠加而得。图2.2给出了探测器距建材表面中心高度分别为5cm 、10cm 、15cm 时空气比释动能率随模体尺寸大小的变化规律。

2.4 探测器距建材表面中心高度对空气比释动能率测量的影响

实验采用2m ⨯2m ⨯0.5m 的堆垛模型作为研究对象，分别测量了贴近材料表面直到距材料表面中心50cm 处的空气比释动能率，间隔距离为5cm ，测量值对土壤本底和宇宙射线作了修正，结果如图2.3所示。

2.5 模体厚度对空气比释动能率测量的影响

我们在模型尺寸2m ⨯2m ，探测器距材料表面中心10cm 条件下，测量了堆放厚度从2cm 到50cm ，厚度间隔为2cm 的空气比释动能率的变化，其结果如图2.4。 3 结果

3.1 γ 空气比释动能率测量与比活度分析结果对比

实验用花岗石经比活度分析，226Ra 、232

Th 和40K 含量分别为48.6、125.9、1120Bq/kg ；

2m ⨯ 2m ，厚度0.5m 堆垛距表面中心10cm 处测得的 γ 空气比释动能率为178nGy/h （含本底）。根据Beck 公式[6]可以计算出堆垛表面空气γ吸收剂量率为152nGy/h ，由1.2的实验可知，土壤本底完全被0.5m

厚的石材所吸收，所以测量之中所含本底仅剩下宇宙

图2.3 测量距离与空气比释动能率的关系

50

7090110130150170190

5101520253035404550

距离(cm)

空气比释动能率(n G y /h )