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黑龙江省主要燃煤电厂粉煤灰天然放射性水平

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:www.bob123.com  发布时间:最新发布
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  摘要:为了解黑龙江省主要燃煤电厂粉煤灰天然放射性核素水平及其应用情况,采用低本底HPGeγ谱仪对样品中天然放射性核素含量进行测量。依据国家标准GB6566-2001,对其进行比较分析,结果表明,采集的粉煤灰中天然放射性核素水平属于正常水平,属A类建筑材料,不受应用限制。 
  关键词:粉煤灰;核素;天然放射性 
   
  1 引言 
   
  粉煤灰是燃煤电厂排放的主要废弃物,约占燃煤总量的5%-20%。随着我国经济的快速发展,对废弃物的再利用越来越得到重视,尤其是粉煤灰产品二次利用和增效取得了可喜成绩,但由此带来的环境影响问题也越来越受到关注。研究表明,煤中含微量铀、钍、镭等天然放射性元素,燃烧后,煤灰中的放射性物质直接或间接排向周围环境,污染环境。虽然大部分粉煤灰的放射性元素含量符合国家标准,但由于煤种及燃烧过程的不同,一部分粉煤灰中的放射性元素会超标,因此,对粉煤灰放射性的研究具有重要意义。粉煤灰主要用于建材工业、建筑工程、筑坝以及造地、造田等领域,近年来随着我国人民生活水平的不断提高,利用各类装修材料进行建筑物室内、外装修已成为时尚。本文以黑龙江省内主要燃煤电厂的粉煤灰为调查对象,报道了粉煤灰核素测量的全过程,并结合最新国家标准(GB6566-2001)进行分类分析,对粉煤灰的综合利用提出了合理化建议。 
   
  2 样品采集与制备 
   
  2.1 采集样品 
  在各电厂的除尘器灰斗、灰库、灰仓等处采集粉煤灰样品,用专用采集塑料袋密封包装,现场填写采样记录和贴上样品标签,在一点连续采样6次,每天取样2次,间隔8小时,每次0.5Kg,3Kg作为一个灰样,4家电厂共采集粉煤灰样品16个。样品运至黑龙江省科学院技术物理研究所同位素应用重点实验室进行制备,分别编号存放于瓷托盘中,自然通风晾干。 
  2.2样品制备 
  对处理过的粉煤灰样品进行研磨、过至颗粒小于80目。将过后的粉煤灰进行加热、烘干48小时。将烘干后的粉煤灰装入φ75mm×70mm的标准样品盒内,用天平称重,进行蜡封并贴好标签。每份样品密封保存2周以上以备进行测量。样品制备使用的主要设备有:瓷托盘五个、粉碎机一台、80 目网、样品勺若干、烘箱一台、天平一台、电炉子一个、石蜡、标签及φ75mm×50mm的标准测量容器[1]。 
   
  3 测量仪器及方法 
   
  3.1 标准样品 
  采用国家计量科学研究院提供的含有已知活度238U、226Ra、232Th、40K核素的混合标样,其中各核素活度为:238U:645Bq·kg-1;232Th:59.9Bq·kg-1;226Ra:120Bq·kg-1g;40K:415Bq·kg-1。 
  3.2测量仪器 
  测量仪器为美国PGT8008多道γ能谱分析仪、高纯锗探测器、铅屏蔽室、杜瓦瓶、DELL工作站等。系统主要技术指标:其能量分辨率为1.96keV(对60Co1332.5keV),相对探测效率为28%, 对137Cs 康普顿抑制系数为4.02,该系统已累计工作数千小时,测量了大量的样品,在测量过程中采取了严格的质量保证措施。系统用中国计量科学研究院提供的60Co标准源进行能量刻度采取了严格的质量保证措施。在测量过程中包括每个样品测量时间24h,每个电厂测量四个标样,各类标样循环测量。 
  3.3 测量方法 
  采用最新国家标准方法GB6566-2001。使用高纯锗(HPGe)γ能谱仪,通过对本底、标准样品及粉煤灰样品中的γ能谱测量,应用能谱相对比较分析法,确定粉煤灰样品中天然放射性核素238U、26Ra、232Th、40K的含量,进行分类分析。 
   
  4 放射性核素含量分析 
   
  4.1 粉煤灰核素含量 
  天然放射性核素含量的测量结果以A表示,利用C表示测量样品的比活度(Bq/kg),σ表示其不确定度,按误差传递公式[2]计算得出(K=2)。 
  样品核素比活度计算公式为: 
   
  式中,C:检验样品比活度;A0:标准样品比活度;nX: 检验样品计数率;n0: 标准样品计数率;nb: 本底计数率;mX: 检验样品质量;m0: 标准样品质量;D: 衰变校正系数。 
  4.2 放射性核素含量评价指标 
  放射性核素含量评价指标依据《建筑材料放射性核素限量标准》(GB6566-2001)给出了建筑材料放射性核素的限值,对不同点电厂的粉煤灰进行对比分析,来判别粉煤灰中天然放射性核素含量是否满足国家限制标准[3]。 
  4.2.1 内照射指数(internal exposure index) 
  内照射指数是用建筑材料中的天然放射性核素226Ra的放射性比活度除以本标准规定的限量。 
  表达式为: 
   
  式中: IRa-内照射指数; 
  CRa-建筑材料中天然放射性核素镭-226的放射性比活度; 
  4.2.2外照射指数(external exposure index) 
  外照射指数是用建筑材料中的天然放射性核素232Th、226Ra、40K的放射性比活度分别除以其各自单独存在时的标准规定限量之和。 
   
  表达式为: 
   
  式中: Ir-外照射指数; 
  CRa、CTh、CK-分别为建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度; 
  4.3 分类分析 
  国家标准GB6566-2001中对建筑材料的原料按其放射性水平含量多少分为三类。A类 : 建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和4OK的放射性比活度同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.3,A类建筑材料产销与使用范围不受限制;B类:IRa≤1.3和Ir≤1.9,B类建筑材料不可用于Ⅰ类民用建筑的内饰面,但可用于Ⅰ类民用建筑的外饰面及其他一切建筑物的内、外饰面;C类 :不满足A、B类建筑材料要求但满足Ir≤2.8的要求。C类建筑材料只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途。 
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  结论 
   
  通过对黑龙江省内主要燃煤电厂的粉煤灰进行核素测试分析,所测样品在建筑领域内属于A类产品,产品的使用和销售不受范围限制。尽管粉煤灰具有放射性,但可以通过一定的措施进行改良, 将粉煤灰应用于筑路、回填及造田,制作保温材料,生产水泥等领域作为一种原料而得到广泛应用。在我国原煤中放射性核素含量低于世界其他国家,粉煤灰的应用前景将十分乐观。 
   
  参考文献 
  [1]中华人民共和国国家标准.土壤中放射性核素的γ能谱分析方法.GB11743-89.北京:中国标准出版社,1989. 
  [2]赵志祥,周德邻.数据测量和评价工作中的数学处理.北京:原子能出版社,194.8 
  [3]中华人民共和国国家标准.建筑材料放射性核素限量.GB6566-2001.北京:中国标准出版社,2002. 
  作者简介:李北城(1953-),男,研究员级高工,主要从事核电子学与过程控制方面的研究 
   
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