水体核污染，如何检测？

背景2021年4月13日，日本政府正式决定，计划从2023年开始，福岛第一核电站核污水经过滤并稀释后将排入大海，国际原子能机构（IAEA）调查团分别于2022年2月和11月两次赴日调查排海问题。 我们感兴趣的放射性物质是什么?以下列出了一些值得关注的主要物种及其各自的半衰期。半衰期是指一半同位素衰变并趋于稳定所需的时间。水体核污染，如何检测? 背景 2021年4月13日，日本政府正式决定，计划从2023年开始，福岛第一核电站核污水经过滤并稀释后将排入大海，国际原子能机构(IAEA)调查团分别于2022年2月和11月两次赴日调查排海问题。 找一张大海的图片 我们感兴趣的放射性物质是什么? 以下列出了一些值得关注的主要物种及其各自的半衰期。半衰期是指一半同位素衰变并趋于稳定所需的时间。 放射性核素 半衰期(年) H 12.4 90Sr 29.1 134Cs 2.1 137Cs 30.0 部分放射性核素及其半衰期，改编自(Buesseler Science 2020)。 气：氢的一种同位素，是水中最丰富的放射性核素，其浓度至少比其他放射性核素高3-4个数量级。然而，多核素去除设备(ALPS) 无法有效地去除氣，因为氚本身就是水分子的一部分。尽管无法有效地从水中去除气，但是不用担心，因为氚是一种低能的贝塔辐射核素，这个辐射水平的氣被广泛认为是安全的(Buesseler Science 2020)。 铯：除氯外，铯是含量仅次于气的污染物。铯也特别值得关注，因为它极易溶于水，而且很容易在地表水和地下水中转移。此外，半衰期的长度也是一个问题。铯同时发射贝塔和伽马射线，摄入铯对人体有害。铯的生物分布倾向于肌肉等组织。这些组织随后会受到高能伽马辐射(CDC)的损害。 锶：与铯类似，锶很难从水中去除，而且半衰期同样长。与其他放射性核素不同，锶很难通过 ALPS 去除。锶是也是一种发射射线的物质。摄入后，锶倾向于在骨骼中沉积，增加骨肿瘤形成的可能性(Uesugi， M.； et. al.； Talanta 2018)。 如何检测? 这些放射性核素的测试方法已被广泛发展和接受。 ALPS 除去的62种放射性核素的清单中包含了贝塔和伽马辐射的混合物。水样中的伽马辐射浓度可以用伽马射线能谱法测量，而伽马辐射通常用液体闪烁法测量。 样品制备的问题如何解决? 在样品制备方面，氣是一种特殊的情况，它很难从水中分离出来进行测量，但已经存在足够高的浓度，可以直接从水样中测量。其他放射性核素通常需要提取和浓缩步骤测量的放射性物质。 Empore是一个有30年历史的固相萃取(SPE)耗材品牌，由美国 CDS Analytical 公司(Oxford， Pennsylvania， USA)生产。其中， EmporeRAD 系列产品专门用于选择性地提取放射性的铯和锶。EmporeRAD 固相萃取膜片使用分子识别技术选择性提取和富集放射性物质，如铯和锶。 实例一： 在这种方法中，首先使用 EmporeRAD 膜片从水样中选择性地提取锶-90，然后采用液体闪烁分析仪法进行检测。Empore萃取盘的使用是此检测方法的关键，此检测方法更快速、精度高和重现性好。此方法的检测过程和结果，如下图所示。(Uesugi， M.； et. al.； Talanta 2018)。 Table 9 Determination ofSr in seawater samples near the Fukushima Daiichi NPP MDA：35mBq/L(180 min. Measurement) Method Sample (1 L) Recovery(%) MeasuredSr (BqL) (a) Direct measurements of Outside of FDNPP Harbor (2013.11.10)Ukedo Harbor (2014.8.7) 85*85* 0.11±0.020.10±0.02 Sr Sr-90 (spiked with 0.166±0.005 Bq) (New method) Sr-90 (spiked with 33.2±0.5 Bq) IAEA-TEL-2015-03 No.01 (30.1±0.9Bq)*** 85* 85*85* 0.16±0.0233.9±3.1 27.9±2.8 (b) Measurements of separatedY Outside of FDNPP Harbor (2013.11.10) Ukedo Harbor (2014.8.7) 80 83 0.13±0.02 0.11±0.02 83 0.23±0.03 27.2±2.8 使用 Empore 辐射 SPE盘(左图)提取锶的过程，以及测量的锶的回收率和放射性(右图)。 实例二： 在本方法中，科学家采用 Empore"RAD 锶固相萃取膜片，从水样中选择性地提取134锶和137铯，然后使用伽马射线能谱法测量。下图中的结果显示了一个孤立的湖泊在4年的时间里铯放射性的衰败。研究人员认为，铯同位素可以通过湖底转移到福岛核电站周围的其他地区。利用这些方法，科学家们正在证明通过地下水系统跟踪放射化学物质运动的可能性(Hirayama， Y.； et.al.； J. Environ. Radioact. 2020)。 Fig. 5. The tim itents of cesium in Yugama. The data foradioactive cesium were decay-corrected on the sampling date. Error bars in (b)represent errors in gamma-ray counting. Dotted lines and solid lines in (b) showthe indiological decay curves and the effective decline curves， respectively. Fig. 1. Locations of Kusatsu-Shirane volcano and the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). and Yumi-ike in the summit area. 福岛核电站的位置(左)，地形(中)，铯同位素的衰变(右)