陶瓷制品的放射性及應對策略

童玉

摘要：近年來，陶瓷制品日漸增多，但其內放射性核素所產生附加的內外照射不容忽視。因此，基于存在輻射所致隨機效應，我們的責任，不是要變更標準，而是要開展相應研究，爭取在合理達到的條件下，盡可能減少陶瓷制品中放射性核素含量。本文對陶瓷制品的放射性及應對策略進行了相關的論述，以期對大家以后的工作有所幫助。

關鍵詞：陶瓷制品；放射性；應對策略

引 言：人類大多數在室內度過他們一生中的大部分時間，人們在室內活動時受到建筑材料中天然放射性核素產生的內外照射。近代人為活動有可能使這種輻射照射劑量增加。從現行劑量-效應關系無閾理論考慮，任何輻射劑量增加都將帶來潛在的健康危害。

1 放射性概述

1.1 放射性和放射性衰變

放射性是一種自然現象，世界上萬物都是由“原子”這類微小粒子構成的，原子包括原子核、質子、中子和電子，大多數物質的原子核是穩定的，但有些物質的原子核不穩定，它會形成同位素，會發生“衰變”，我們將不穩定核素自發地放射出粒子或輻射的性質稱為“放射性”。將放射性核素通過放射出粒子或輻射自發地轉變成其它核素的變化稱為“放射性衰變”。將放射性物質在單一的放射性衰變過程中，原放射性物質減少到其原有量的一半所經歷的時間叫做半衰期，用T1/2來表示。各種放射性元素的半衰期相差很大，在人造核素中，有的半衰期不到1秒，而在天然核素中，有的半衰期長達1015年。其中和我們陶瓷及相關材料有關的核素主要是天然核素，天然核素的種類不多，主要有以下兩種：

（1）釷系（原子質量數A=4n，即釷系的母體和各子體的質量數能被4除盡，故又稱為4n放射系）。

天然核素232/90Th的放射性衰變如下：

（2）鈾-鐳系（原子質量數A=4n+2）

天然核素238/92U的放射性衰變如下：

其中，釷和鈾是錒系元素中兩種天然豐度最大的元素，釷大量存在的是232/90Th，它放射出α粒子，半衰期為1.4×1010年，主要存在于獨居石等礦物中；鈾大量存在的是238/90U，主要存在于晶質鈾礦和瀝青鈾礦中。

原子核放射α粒子（4/2He，即氦原子核）的放射性衰變稱為α衰變，原子每發生一次α衰變后原子序數減少2，其質量降低4個單位，即其在元素周期系中的位置向左移動兩格，如：

原子核放射出電子，其質量不變，但變成另一種原子核的衰變稱為β-衰變，原子核每發生β-衰變后，其原子序數增加1，即在元素周期系中的位置向右移動了一格，如：

在β-（放出電子）衰變過程中。原子核中有一個中子變成了質子。與β-衰變相對應的還有β+ 衰變，在這種衰變過程中，原子核放射性放出正電子，即有一個質子變為一個中子，原子每發生一次β+衰變，原子序數少1，即在元素周期系中的位置向左移動一格，如：

α粒子束和β-電子束、β+ 正電子束又稱為α射線和β射線，在α衰變和β衰變的過程中，往往還伴隨著有γ射線的放射，因為原子核在放射出α射線或β射線后，常處于激發態，由激發態通過發射出γ光子就可以躍遷到基態，即穩定態，此時原子核的質量數和原子序號都不發生變化，只是能量狀態發生變化。α射線、β射線和γ射線對人體都是有害的，其貫穿能力是γ>β>α。天然放射性物質在地球形成時就存在，如天然礦物中的獨居石中就存在有放射性元素，如238U、232Th、40K等，自然界中任何物質都含有天然放射性元素，環境中的土壤、水、甚至空氣中都會含有放射性元素；此外，建筑材料如水泥、鋼材、石材、陶瓷磚、衛生陶瓷中也會含有放射性元素，關鍵在于其含量有多大，會不會對人造成傷害。

1.2 放射性強度及其單位

天然和許多人工核素都能自發地發射出各種射線，有的發射α射線，有的發射β射線，有的則在發射α或β射線的同時也發射γ射線，有的三種射線都有。衡量物質的放射性強度通常不用質量單位，因為質量的多少不能從根本上反映出其放射性大小，一般使用放射性物質的放射性活度（即單位時間內放射性物質的衰變數）的大小作為衡量單位。

（1）放射性活度和放射性比活度

過去，放射性活度的單位采用的是“居里”（簡記為Ci）或“盧瑟?！保ê営洖镽d），1975年國際計量大會通過決議，對放射性活度單位作了新的命名，稱為“貝可勒爾”（Becquerel），其意思為每秒發生一次衰變，簡記為Bq，它與“居里”和“盧瑟?！钡年P系如下：

1Ci=3.7×1010Bq

1Rd=1×106Bq

我國國家標準規定，放射性活度的法定計量單位是Bq，Rd已廢棄使用，Ci也將淘汰，通常我們在對放射性相關的檢驗報告中用到的放射性強度單位是放射性的比活度，即某種核素的放射性活度除以所在物質的質量后所得之商：C=A/m

式中：

C——放射性比活度，Bq·kg-1

A——核素的放射性活度，Bq

m——含核素物質的質量，kg

放射性比活度1Bq·kg-1的含義是：在1秒內，1kg的放射性物質發生一次核衰變。

（2）內照射指數和外照射指數

在建筑材料放射性核素限量標準（Gb6566-2001）中，內照射指數（internal exposure index）特定是指：建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度除以本標準規定的限量而得的商，內照射指數無量綱，其表達式為：IRa=CRa/200

式中：

IRa——內照射指數

CRa——建筑材料中，天然放射性核素鐳-226的放射性比活度，Bq·kg-1

200——僅考慮內照射情況下，本標準規定的建筑材料中放射性核素鐳-226的放射性比活度限量，Bq·kg-1

外照射指數在GB6566-2001中是指建筑材料中，天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40的放射性比活度分別除以其各自單獨存在時，本標準規定限量而得的商之和。Ir=CRa/370 + CTh/260 + CK/4200 式中：

Ir——外照射指數（無量綱）

CRa、CT、Ck—— 分別為建筑材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40的放射性比活度，Bq·kg-1

370、260、4200——分別為僅考慮外照射情況下，本標準規定的建筑材料中，天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40，在其各自單位核素放射性下比活度規定的限量，Bq·kg-1

可以認為內照射指數和外照射指數是指針對建筑材料參照執行的相對放射性比活度。

3陶瓷原輔材料的放射性

這里以鋯砂為例，純的鋯砂（ZrSiO4）并沒有放射性，鋯（Zr）、鉿（Hf）、硅（Si）都不是放射性核素，但與鋯砂共生的獨居石礦物中則含有放射性核素（232Th、238U、40K等）；眾所周知，獨居石是稀土和釷、鈾等的磷酸鹽（La、Ce、Th、U、Ra）PO4，包括磷釔礦（Y、Th、U……）PO4等，由于世界各地的成礦條件和地質構造的差異以及選礦水平的高低，使得鋯英石（鋯砂）精礦中的放射性也不同，一般而言澳大利亞鋯砂（簡稱澳砂）的放射性最低，南非砂和印尼砂次之，而海南、兩廣和越南鋯砂礦中，由于Th、U在礦物中，呈細粒分布狀態，在選礦過程中難以分離，從而導致Th、U含量較高，因而放射性比活度也比較高，經分析比較后得出以下結論：

（1）澳砂質量穩定，ZrO2≥65%（即65度），Th、U總量不超過500ppm，其放射性比活度在5.6Bq/kg以下；

（2）南非砂的放射性比活度，大致接近澳砂；

（3）越南砂的放射性比活度接近7Bq/kg，而海南砂則超過7.8Bq/kg。

目前隨著選礦水平的不斷改進和提高，海南礦的放射性比活度有希望進一步下降。此外鋯砂精加工系列產品如電熔鋯、化學鋯、硅酸鋯在不同的加工工藝中，放射性比活度都大幅度得以降低，因此，通過改進工藝均可達到或接近國際上規定的對放射性物質的豁免規定。

4 陶瓷制品的放射性應對策略

陶瓷制品的放射性關系到人們的身體健康，必須引起高度的重視和認真對待。國家一系列相關標準的出臺說明了我國政府對此的重視，對此既要重視，又要以科學的態度去認識和對待，不要輕信片面的渲染和夸大。要嚴格控制陶瓷制品用原輔材料的放射性比活度，超標的不采用或經過一定處理達標后才能使用，對放射性元素及其相關的廢渣、廢水必須做到嚴格的相應處理，達到環保部門的要求。

5 結束語

總之，我們應以科學的態度去認識和對待陶瓷產品的放射性，對放射性核素及其放射原理和危害要有正確的認識。在此基礎上，國家制定出相關標準和檢驗方法來嚴加控制，盡可能減少陶瓷制品中放射性核素含量。

參考文獻：

[1] GB 16353- 1996，含放射性物質消費品的放射衛生防護[S] .

[2] GB 6566- 86，建筑材料放射衛生防護標準[ S] .