（阳江核电有限公司 阳江 529500）
摘要：建立使用307氧化炉高温氧化燃烧法对样品中碳-14进行制样，液闪谱仪进行测量方法，讨论标准溶液贮存条件对于仪器效率的影响。该方法测量标准样品最大相对偏差为8.10%。该方法操作简便，准确度较高，具有广泛的使用性。
关键词：核电厂；放射性；流出物；碳-14
前言
环境中的碳-14，除来自宇宙射线的中子与氮原子作用[14N（n，p）14C]所产生的外，主要由核试验和核反应堆运行所产生。碳-14是一种纯β核素，半衰期是5730年。碳-14发射的β射线最大能量为156keV，平均能量为49.47keV。碳-14可通过食入和吸入途径进入人体，损坏人类健康。碳-14在人体中的代谢和运动过程与普通碳相同，吸入的碳-14在肺中很快与空气平衡，并且进入人体组织中，其生物半排期约为40天。与吸入途径相比，食入途径导致的碳-14在人体内的累计明显较大。碳-14易在食物链中浓集，在鱼类和软体动物中的浓集因子为20000，在土壤沉积物中的分配系数为2000[1，2]。
在核电站反应堆运行过程中，由于燃料、慢化剂和冷却剂中氧化物经中子活化[17O（n，α）14C]或其中的杂质经14N（n，p）14C核反应均可产生碳-14[3]。反应堆运行产生的碳-14分为无机碳和有机碳，主要以无机碳14CO2的形态存在。鉴于碳-14的长半衰期和它在环境中的分布，作为在局部环境和全球范围内对居民产生辐射照射的潜在源项之一受到人们的关注。碳-14的排放和管理已经成为当前核电厂流出物排放管理中重点关注的问题之一。其中，液态流出物中碳-14相比气态流出物中碳-14更易于在食物链中富集。本文重点介绍了核电厂液态流出物碳14制样和测量方法，并通过加标试验验证了监测方法的可靠性。
国内外研究现状
液态核电厂液态流出物中碳-14化学形式有以碳酸盐和碳酸氢盐形式存在的无机碳和以碳氢化合物形式存在的有机碳两种，并且有机碳-14的含量与无机碳-14的含量相当[4]。目前，同时被ISO、EPA和ASTM认可碳-14制样方法主要有：高温氧化法、加热的过硫酸盐氧化法、紫外加过硫酸盐氧化法等。其中，紫外线氧化能力不是很强，仅可作为提高氧化能力的补充手段，而高温催化氧化和湿法氧化（加热的过硫酸盐氧化）技术可以单独使用。USEPA方法规定：小于2 ppm浓度的样品应使用湿化学氧化法，湿法氧化主要测定针对的是比较纯净的样品基体。而氧化燃烧法可以完成针对高浓度和难于氧化的样品基体制样。
实验
仪器和试剂
Tri-Carb 3180TR/SL 液闪谱仪，美国PerkinElmer（PE）公司；307氧化燃烧炉，美国PerkinElmer（PE）公司；Combustaid助燃剂，美国PerkinElmer（PE）公司；Carb-SorbE吸收液，美国PerkinElmer（PE）公司；PermafluorE+闪烁液，美国PerkinElmer（PE）公司；碳-14标准溶液，活度浓度为76.67 Bq/g，中国原子能科学研究院；Combusto-cone专用锥形燃烧筒，美国PerkinElmer（PE）公司；Combusto-pad专用吸收垫，美国PerkinElmer（PE）公司；压缩氧气及压缩空气，99.99%，市售。
实验方法
实验通过内标法测量样品中的碳-14含量。具体步骤如下：（1）本底样品制备：在纤维素锥形燃烧筒（内置吸收垫）内加1ml蒸馏水或高纯水，加0.3ml助燃剂，焚烧3分钟；（2）待测样品制备：在纤维素锥形燃烧筒（内置吸收垫）内加1ml样品，加0.3ml助燃剂，焚烧3分钟；（3）内标样品制备：在纤维素锥形燃烧筒（内置吸收垫）内加1ml 样品，再加50μl精确称量过的碳-14标准溶液，再加0.3ml助燃剂，焚烧3分钟。
测量方法
制样完成后先放在液闪谱仪中避光12小时，然后本底/样品/内标样品依次各测量90分钟。
计算方法
液闪谱仪碳-14测量效率公式如下：
ε＝（（ns-n0）-（V2/V1）*（n-n0））/（Cs*ma*60）；（1）
样品中碳-14含量计算公式如下：
CA=（n-n0）/（ε*V1*60*10-6）；（2）
式（1）和式（2）中：CA为待测样品的碳-14活度浓度，Bq/m3；CS为碳-14标准溶液的活度浓度，Bq/g；n0为本底计数率，cpm；n为待测样品计数率，cpm；nS为内标样品计数率，cpm；ma为碳-14标准溶液所添加的质量（约50μl），g，；V1为测样品所添加的体积（为lml），ml；V2为内标样品中所添加的待测样品体积（为lml），ml。
结果与讨论
准确度
用两个不同浓度的标准样品（STD-A、STD-B）验证燃烧氧化法的准确性，测量结果列于表1。由表1可以看出，测量值与参考值的最大相对偏差仅为8.1%，说明本方法准确性较好。
仪器效率
307氧化炉氧化燃烧法由于采用内标法制样，样品中加入标准的准确度影响碳-14测量效率。一般条件下，碳-14标准溶液的贮存体系为NaOH溶液。但是，NaOH溶液浓度过高，制样时会产生大量的结晶，容易堵塞制样仪器；NaOH溶液浓度过低，Na14CO3会与空气中H+反应，14C释放出去。通过实验验证，NaOH浓度为10mmol时，碳-14标准溶液的贮存条件最佳，仪器效率保持稳定，大于50%。
结论
使用307氧化燃烧炉制样，液闪谱仪分析样品中碳-14放射性活度，该方法准确度较好，可用于核电厂液态流出物样品中碳-14放射性活度测定。
参考文献：
[1] IAEA. Sediment Distribution Coefficients and Concentration Factors for Biota in the Marine Environment，Technical Reports Series No. 422. 2004.
[2] IAEA. Management of Waste Containing Tritium and Carborn-14，Technical Reports Series No. 421. 2004.
[3] 潘自强.电离辐射环境监测与评价[M].北京：原子能出版社，2007：423.
[4] National Nuclear Laboratory.Test Report：Sizewell B Power Station-Analysis of C-14 in Effluent Sample，NNL/BE00728/06/10/204 Issue 01. 2009.
论文作者:李振华,陈权
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/27
标签：样品论文; 溶液论文; 核电厂论文; 浓度论文; 美国论文; 液态论文; 标准论文; 《电力设备》2017年第19期论文;