輻射監(jiān)測(cè)自動(dòng)站空氣吸收劑量率天然本底波動(dòng)分析
——以福建省為例

文_江春 福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站

2016年福建省新增10個(gè)省控輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，因此截至目前福建省共建立了35個(gè)站點(diǎn)，初步建成“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)核電廠、全面覆蓋地級(jí)市”的輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了輻射自動(dòng)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)省內(nèi)輻射環(huán)境質(zhì)量，為全省核與輻射監(jiān)管提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)和環(huán)境決策的科學(xué)依據(jù)。

1 環(huán)境空氣吸收劑量率連續(xù)監(jiān)測(cè)

自動(dòng)站空氣吸收劑量率連續(xù)監(jiān)測(cè)是一種可直接、快速、連續(xù)反映環(huán)境輻射水平的測(cè)量，可用于輻射環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)，是核電廠常規(guī)監(jiān)測(cè)和監(jiān)督性監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。監(jiān)測(cè)子站配備了RSS-131高氣壓電離室和NaI能譜儀，每天24h連續(xù)正常工作，每5s或10s一次向前沿站和省數(shù)據(jù)中心發(fā)送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖形化用于實(shí)時(shí)監(jiān)查數(shù)據(jù)的變化情況。子站采用有線與無線兩路數(shù)據(jù)傳輸方式，確保數(shù)據(jù)在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的傳輸安全。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在前沿站和省數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器上，供調(diào)用、分析和判斷。子站同時(shí)配備了氣象儀、溫濕度儀、氣壓計(jì)、雨量器等設(shè)備、其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也被傳輸并存儲(chǔ)在前沿站和省數(shù)據(jù)中心用于輔助判斷劑量率的變化。子站現(xiàn)場(chǎng)各參數(shù)可分別設(shè)置報(bào)警上下限，具備數(shù)據(jù)超閾值自動(dòng)報(bào)警功能，并能夠保存3個(gè)月以上的報(bào)警信息，同時(shí)將報(bào)警信息及時(shí)上傳至數(shù)據(jù)中心。

自運(yùn)行以來，福建省各自動(dòng)站空氣吸收劑量率水平均在天然本底正常漲落范圍內(nèi)，貢獻(xiàn)主要為地表中天然放射性核素和宇宙射線。其波動(dòng)主要受降雨、土壤中水分含量、潮汐變動(dòng)和地表表面積水等因素以及大氣中氡子體濃度的影響。

2 環(huán)境空氣吸收劑量率波動(dòng)分析

2.1 降雨可致翻倍漲幅

降雨期間，雨水把地表上空的氡子體沖刷到地面，引起地表γ輻射劑量率的短時(shí)間上升，形成1個(gè)或多個(gè)雨峰響應(yīng)，雨峰上升的幅度與降雨量、降雨強(qiáng)度、大氣穩(wěn)定度和區(qū)域排水情況有關(guān)。降雨結(jié)束，由于沖刷下來的氡子體的衰變以及雨水的覆蓋對(duì)γ輻射起屏蔽作用，地表γ輻射劑量率不斷下降，短時(shí)間內(nèi)低于降雨前，然后隨著地表面水分的蒸發(fā)及進(jìn)一步下滲，含水量減少，地表γ輻射劑量率再次緩慢上升回歸至降雨前水平，這個(gè)過程長(zhǎng)短和降雨持續(xù)時(shí)間有關(guān)。

圖1是國(guó)控點(diǎn)連江站一次典型降雨期間劑量率變化圖，降雨前2h劑量率均值為98.3nGy/h，降雨過程最高上升至222.4 nGy/h，上升幅度為126.1%，之后下降，約2h后受雨水覆蓋屏蔽作用期間劑量率接著降低至谷底后由于水分蒸發(fā)γ輻射劑量率再次緩慢上升至降雨前水平，持續(xù)約8h，該期間均值為95.0nGy/h。

福建省屬于亞熱帶氣候，全年雨量集中在6～7月份，尤其是大暴雨，雨峰響應(yīng)十分明顯。圖2是寧德核電廠外圍10個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的γ輻射劑量率雨峰響應(yīng)，在煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)范圍內(nèi)的9個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站雨峰響應(yīng)時(shí)間比較一致，計(jì)劃區(qū)外的福鼎由于距離較遠(yuǎn)，相對(duì)其他9個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站在某些時(shí)刻不一致。

2.2 潮汐可致周期性波動(dòng)

潮汐引起γ劑量率波動(dòng)的機(jī)制是隨著潮汐漲落，潮間帶周期性的露出或被海水淹沒，潮間帶環(huán)境介質(zhì)中天然放射性核素發(fā)出的γ射線周期性的被探測(cè)到或基本被海水屏蔽。福建省輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中有7個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位于海邊，包括了寧德核電廠外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的小筼筜、牛郎崗和崳山島3個(gè)站點(diǎn)以及福清核電廠外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的赤礁、西山、下宅和小麥嶼4個(gè)站點(diǎn)。

經(jīng)分析，由于牛郎崗自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)置位置相較于其他站點(diǎn)不同，在海岸的一座自然巖山上，高壓電離室在巖山頭頂，對(duì)站址混凝土平臺(tái)的架設(shè)高度僅1m左右，并布置在遠(yuǎn)離海的一側(cè)，潮間帶基本被平臺(tái)遮擋。而赤礁站點(diǎn)儀器與高潮線的距離和高差符合限制要求。除了牛郎崗和赤礁外，其余5個(gè)站點(diǎn)均受潮汐影響，數(shù)據(jù)呈周期性（周期約為12h）波動(dòng)，漲落幅度在5nGy/h左右。

2.3 短時(shí)間內(nèi)高溫突變并未影響，持續(xù)高溫天可致小幅上升

福建省位于中國(guó)東南沿海，全省各地的夏季溫度普遍較高。福州是有名的火爐城市，有時(shí)白天的溫度在3～4h內(nèi)的變化會(huì)高達(dá)7～8oC。就多個(gè)自動(dòng)站點(diǎn)的高壓電離室的劑量率在一天內(nèi)的變化情況來看，在一天內(nèi)當(dāng)溫度變化突然升高的天氣，高氣壓電離室的5min平均劑量率和小時(shí)平均劑量率并未有顯著變化。在同一天內(nèi)，當(dāng)夜晚溫度較低時(shí)，在排除掉其他原因的影響下，溫度對(duì)高氣壓電離室的影響也不是特別明顯。但在較長(zhǎng)一段時(shí)間的高溫后，情況稍有變化。

圖3為國(guó)控點(diǎn)福飛北路站2017年7月1日～8月8日期間5min劑量率曲線圖，由圖可知?jiǎng)┝柯首?月3日后持續(xù)小幅上升至7月31日降雨后回歸均值水平，其中上升最大值比近三年均值高16 nGy/h，上升期間均值高出約7nGy/h。主要是由于持續(xù)高溫天氣下，土壤中水分蒸發(fā)，致使土壤中天然放射性核素的活度濃度相對(duì)增加，待降雨后由于雨水的滲透，恢復(fù)表層土壤的濕度，監(jiān)測(cè)值水平恢復(fù)。

2.4 地面積水可致明顯下降

由于排水不暢，產(chǎn)生的地面積水會(huì)一定程度屏蔽地表γ輻射，可使γ輻射劑量率明顯下降。

寧德核電廠外圍筼筜站和國(guó)控點(diǎn)連江站兩站點(diǎn)在積水期間的γ輻射劑量率均有明顯下降，下降幅度分別為25%和36%。不同在于，筼筜自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的γ輻射劑量率直接下降，而連江站則是先上升再下降。究其原因是，筼筜站為海邊站，且為臺(tái)風(fēng)天，空氣中氡子體濃度低，降雨時(shí)沉降下來的氡子體產(chǎn)生的γ射線貢獻(xiàn)比雨水屏蔽掉的陸地γ射線少，從而造成直接下降的趨勢(shì)；而連江站為陸地站，且起始雨量相對(duì)小，空氣中的氡子體沉降下來使得γ輻射劑量率小幅上升，之后大暴雨，降下來的雨水未及時(shí)排掉，造成站點(diǎn)積水，γ輻射劑量率再明顯下降。

3 結(jié)語

本文總結(jié)了福建省輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)35個(gè)自動(dòng)站自運(yùn)行以來，環(huán)境空氣吸收輻射劑量率波動(dòng)的幾種影響因素，分析發(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣吸收輻射劑量率波動(dòng)受降雨影響幅度最大，積水次之，土壤中水分、潮汐等因素影響范圍有限。