东海近岸大气中的^(210)Po、^(210)Bi和^(210)Pb及其沉降入海通量评估

大气^(210)Po、^(210)Bi和^(210)Pb的沉降通量是海洋中核素示踪颗粒物动力学过程(颗粒有机碳输出、颗粒物输运)的基础参数,为揭示我国近海地区^(210)Po、^(210)Bi和^(210)Pb活度浓度的时空变化规律并估算其沉降入海通量,本文于2016年9月至翌年2月和2021年9-11月分别对上海及厦门地区近地表大气气溶胶中^(210)Po、^(210)Pb和^(210)Bi的活度浓度进行了连续观测;基于^(210)Po-^(210)Pb活度比(^(210)Po/^(210)Pb)和^(210)Bi-^(210)Pb活度比(^(210)Bi/^(210)Pb)两种示踪法计算了气溶胶颗粒物的滞留时间,并利用一维简单气溶胶沉降速率模型估算了3种核素以大气沉降方式输入东海的通量。结果显示,2016年上海秋、冬两季^(210)Po、^(210)Bi、^(210)Pb 3种核素活度浓度的变化范围分别为0.11~1.27 m Bq/m^(3)、0.45~1.83 m Bq/m^(3)和1.12~6.10 m Bq/m^(3);2021年秋季厦门^(210)Po、^(210)Bi、^(210)Pb 3种核素活度浓度的变化范围分别为0.05~0.85 m Bq/m^(3)、0.83~2.52 m Bq/m^(3)和0.17~1.32 m Bq/m^(3),上海近地表气溶胶中3种核素的活度浓度秋季平均值比厦门地区高。利用^(210)Po/^(210)Pb和^(210)Bi/^(210)Pb计算得到上海和厦门近地面大气的气溶胶滞留时间存在显著差异,基于^(210)Po/^(210)Pb计算上海气溶胶滞留时间均值为(94±54)d,基于^(210)Bi/^(210)Pb计算上海气溶胶滞留时间均值为(6.4±4.8)d,造成这种差异的原因很可能是两种示踪法本身具有的系统性差异。本文基于一维简易气溶胶沉降速率模型估算了上海地区的^(210)Pb、^(210)Bi和^(210)Po的大气沉降入东海的通量,其在秋季期间的变化范围分别为0.1~26.35 Bq/(m^(2)·d)、0.04~7.91 Bq/(m^(2)·d)和0.01~5.49 Bq/(m^(2)·d)。基于模型估算的^(210)Po、^(210)Bi和^(210)Pb沉降通量与研究区域的实际观测值接近一致,表明利用一维简易气溶胶沉降速率模型间接估算法在替代观测站直测核素的沉降入海通量方面具有一定可行性。

^(210)Po、^(210)Bi和^(210)Pb测试技术研究进展与现状

铀系核素210Po、210Bi和210Pb的测试在铀矿地质勘查与核废物安全处置研究、沉积年代学与同位素地球化学研究、大气环境学与辐射卫生学研究等诸多领域具有重要意义。本文重点总结了近些年来210Pb、210Bi和210Po3核素各种测试技术的研究进展与现状,评述了存在的主要问题及未来发展趋势。

铜箔恒温自沉积总α、总β计数法快速联测岩石、土壤及沉积物样品中的^(210)Pb、^(210)Bi、^(210)Po

研究了210Bi、210Po同时且定量恒温自沉积于铜箔的最佳制源条件,建立了双样-铜箔恒温自沉积总α、总β同时计数法快速联测岩石、土壤及沉积物样品中210Pb、210Bi、210Po的分析方法。试验发现,除酸度和温度等因素外,制源体系中的氯离子浓度也会对制源效果产生重要影响。当铜镀片面积为3.14cm2,盐酸浓度为0.5mol/L,氯化钠浓度为3.5mol/L,溶液体积为20mL,恒温90℃,振速为120次/min,振幅20mm,制源70min时,210Bi和210Po可同步定量自沉积且210Pb不沉积。Vc存在下,大量共存元素不干扰自沉积。方法的精密度优于5%,全程加标回收率在99.5%～100.5%之间。

Sr树脂在气溶胶^(210)Pb、^(210)Bi和^(210)Po联合分析中的初步应用

气溶胶中^(210)Pb、^(210)Bi和^(210)Po的活度浓度处于不平衡状态,本工作对3种核素联合分析进行了方法设计,并采用标准溶液对方法进行了验证。方法验证了Sr树脂对Pb-Bi-Po的分离。依据三种核素的回收率^(210)Bi(约97%)>^(210)Po(约93%)>^(210)Pb(约89%)、PbSO_4中^(210)Bi的生长曲线及BiOCl的衰变曲线,可以确定Sr树脂对3种核素的分离效果较好。Sr树脂在气溶胶^(210)Pb、^(210)Bi和^(210)Po中的联合分析应用研究,可以应用于探究气溶胶中Pb-Bi-Po不平衡现象,为气溶胶分析提供技术方法。

岩石土壤及沉积物样品中^(210)Pb-^(210)Bi-^(210)Po的快速联合测定

铀系核素210Pb-210Bi-210Po目前通常采用相对独立的分析技术,三核素分别进行测定,并存在一些技术问题需要解决。文献报道的三核素联测技术需要使用多种昂贵的测试设备和示踪剂,或者制源体系抗干扰能力较弱且分析周期较长。本文研究了210Bi、210Po同时且定量恒温自沉积于铜箔的最佳制源条件,建立了双样-两次铜箔恒温自沉积制源-总α、总β同时计数法快速联合测定岩石、土壤及沉积物样品中210Pb-210Bi-210Po的分析技术。结果表明,当铜镀片面积为3.14 cm2,盐酸浓度为0.5 mol/L,氯化钠浓度为3.5 mol/L,溶液体积为20 mL,恒温90℃,振速为120 r/min,振幅20 mm,制源70 min,210Bi和210Po可同步定量自沉积且210Pb不沉积。在抗坏血酸存在下,大量共存元素不干扰自沉积。方法的精密度优于5%,全程加标放化回收率在99.5%～100.5%之间。该联测技术采用的制源体系抗稳定铋干扰能力较强,回收稳定,分析周期短,仅需一台国产测试设备并无需示踪剂即可完成三核素联合测定,同时也适合于三核素的独立测定。

镍箔恒温自沉积总α、总β计数法同时或连续测定样品中^(210)Pb、^(210)Bi、^(210)Po

研究了210Bi、210Po同时恒温自沉积于镍箔的最佳制源环境,建立了岩石、土壤以及水体样品中210 Pb、210 Bi、210 Po同时或连续测定的方法——镍箔恒温自沉积总α、总β计数法。试验发现,当镍镀片面积为3.14cm2,盐酸浓度为1.0mol/L,溶液体积为25mL,恒温90℃,振荡频率180次/min,振幅20mm,制源60min,210Bi和210Po可同步定量自沉积。210 Po加入量与总α净计数率相关系数为0.9998,210Bi加入量与总β净计数率相关系数为0.9997。放置衰变法可以消除Bi和Po其它短寿命放射性同位素对测量产生的影响,盐酸肼及酒石酸存在时大量共存离子不干扰测定。方法的精密度优于5%,全程加标回收率在99.5%～100.5%。

基于^(210)Bi的β计数测量^(210)Pb的活度

选用M235型大气颗粒物分级采样器,在上海、衡阳等地开展可吸入大气颗粒物(PM10)的粒径分级采样,对比分析了210Pb活度的不同测量方法。利用210Bi与210 Pb在同一衰变链上活度最终平衡的特点,通过低本底β计数测量并计算得到不同粒径尺度上大气颗粒物中210Pb的活度。结果表明:上海市、衡阳市大气颗粒物中不同粒径范围的210Pb活度分布非常不均匀,分别约91.58%、91.37%活度分布在粒径范围小于或等于1.5μm的颗粒物中;与利用低本底反康普顿效应的γ谱测量方法得到的结果比较,发现两种方法得出的不同粒径范围大气颗粒物中210Pb活度分布具有几乎相同的分布规律。

气溶胶中210Bi对210Po测量结果推算的影响

气溶胶中210Pb和210Po两者之间浓度处于不平衡状态,被核素210Bi隔开,210Bi初始活度浓度往往未知,210Po活度浓度较难推算到采样初始时刻的量值。本文从理论上分析了210Bi对210Po测量结果推算影响大小。大多实际情况空气中210Po/210Pb比小于1,需要考虑空气中210Bi/210Pb的比值,需在一个月内对210Bi进行快速测量,否则无法衡量采样时刻210Bi/210Pb的大小。建议在初始空气中210Bi的活度浓度值未知的情况下,采取短时间采样、快速测量等措施以避免这种误差。

^(210)Po,^(210)Bi和^(210)Pb测试技术研究进展与现状

铀系核素210Po、210Bi和210Pb的测试在铀矿地质勘查与核废物安全处置研究、沉积年代学与同位素地球化学研究、大气环境学与辐射卫生学研究等诸多领域具有重要意义。重点总结了近些年来210Pb、210Bi和210Po三核素各种测试技术的研究进展与现状,评述了存在的主要问题及未来发展趋势。

从大量照射Bi_(2)O_(3)靶中分离^(210)Po

基于２１０Ｐｏ４＋与金属Ｂｉ之间的电化学置换反应，可从堆照的Ｂｉ２Ｏ３靶中分离２１０Ｐｏ。在秦山核电站原型堆启动用２１０Ｐｏ－Ｂｅ中子源棒的研制过程中，采用Ｂｉ粉搅拌自镀与Ｂｉ粉柱自镀相结合的方法从Ｂｉ２Ｏ３靶中分离２１０Ｐｏ取得了良好的分离效果，提取率高达９８．６％。

镍镀片富集-α、β粒子计数法同时测定岩石及土壤中的^(210)Pb、^(210)Bi、^(210)Po

提出以Ni箔为镀片富集210Bi、210Po,以α、β粒子计数法同时快速测定岩石、土壤样品中210Pb、210Bi、210Po的分析方法。通过对制源溶液的酸度、体积、温度及还原剂的优化选择,有效地消除了可能存在的共存元素和同位素的干扰,自镀时间缩短至40min。在最佳条件下,建立了210Po、210 Bi、210 Pb的校准曲线,其相关系数在0.998 3～0.999 7之间,线性范围在1.0×10-3～1.0×102 Bq之间,210 Po、210 Bi、210 Pb的检出限分别为6×10-4 Bq/g、6×10-3Bq/g、6×10-3 Bq/g,方法的测试精度(RSD,n=11)优于1.6%,样品加标回收率在95%～105%之间,实现了岩石及土壤中210Pb、210Bi、210Po的同时测定。

CL-P204树脂对^(210)Bi吸附性能研究

为了解决^(210)Bi测量过程中^(210)Pb干扰问题,选择CL-P204萃淋树脂进行实验研究,实现了^(210)Pb和^(210)Bi有效分离。结果表明:^(210)Pb和^(210)Bi混合液经过树脂吸附和解析后,可快速将约90%的^(210)Bi单独分离出来,且误差小于10%,本方法不但极大地缩短了分析时间,而且提高了分析精度;利用CLP204萃淋树脂分离^(210)Bi,可以有效避免^(210)Pb对测量过程的干扰。

液闪法与γ谱法测量气溶胶中^(210)Pb方法比较

目前^(210)Pb测量以γ谱法为主,方法存在干扰核素多、探测限较高的问题,本实验探索液闪法测量^(210)Pb,主要是通过低本底液闪测量^(210)Bi活度推算出^(210)Pb,活度.通过直接法和间接法测量气溶胶^(210)Pb活度.两种方法测量结果比较得出能谱法和液闪法的差异,最终探索出一种测量大气中^(210)Pb活度新方法。

萃取色层法测定90Sr时消除210Bi干扰的修正方法

^(210)Bi是环境样品分析^(90)Sr过程中最重要的干扰核素之一。在二(2-乙基己基)磷酸酯(Bis(2-ethylhexyl)phosphate,HDEHP)萃取色层法分析^(90)Sr过程中,通过对淋洗液分段收集、测量并绘制淋洗曲线,发现铋、钇完全被吸附在色层柱上且二者无法完全分离,导致^(90)Sr测量结果偏高。对于部分环境样品(如土壤、气溶胶等),^(210)Pb-^(210)Bi的含量远高于^(90)Sr-^(90)Y,必须采取进一步的除铋措施。过柱分离后残留的^(210)Bi可以通过Bi_(2)S_(3)沉淀的方法去除;未进行Bi_(2)S_(3)沉淀除铋或除铋不完全时^(210)Bi仍有残留。因此推荐一种利用衰变规律通过对样品源重复测量、运用公式修正的方法消除^(210)Bi干扰。试验结果表明:^(210)Bi与^(90)Sr活度比≤5时,经修正后的^(90)Sr结果与参考值的相对偏差在23%以内。环境样品通过修正方法计算的^(90)Sr结果与Bi_(2)S_(3)沉淀除铋后的测量结果基本一致。