龙泉青瓷瓷土天然放射性核素分析

2019-05-15叶银鹏叶伟平

中国陶瓷工业 2019年2期

叶银鹏，叶伟平，周虎

(浙江省青瓷及日用陶瓷产品质量检验中心，龙泉市产品质量监督检验所，浙江龙泉 323700)

0 引言

随着社会生活的不断发展，环境中的各种辐射源引起人们的广泛关注[1]。天然本底辐射是环境辐射水平的主要贡献者，也是人类所受年有效剂量的主要来源[2]。瓷土作为各种建筑材料以及陶瓷制品的主要原料，其放射性元素的分布及含量直接影响陶瓷制品的放射性水平。

瓷土又名高岭土，是以高岭石或多水高岭石为主要矿物成分的土状或泥状的岩石，其化学成分以富钾、高硅、贫铝、低铁为特征。瓷土中的天然放射性物质主要包括232Th、226Ra、和40K三个天然衰变系及其他放射性核素，这些核素在不同地域、不同岩石类型、不同土壤类型和不同水域中的含量差别很大。龙泉有中国青瓷之都的美誉，是全国的主要青瓷生产基地。然而，目前对于龙泉青瓷瓷土的放射性核素水平分析的研究非常少。为此，本文通过对龙泉市瓷土矿中放射性核素含量的研究反映该区域的瓷土矿辐射水平，进而评估青瓷制品的放射性含量水平。

1 概况

龙泉市位于浙江省西南部的浙闽赣边境，地理坐标北纬27° 42′-28° 20′，东经118° 42′-119° 25′。由于受到地质构造和新构造运动的抬升影响，龙泉是浙江省内海拔最高的山地地貌区域之一，东南和西北部山脉绵亘，龙泉溪从西南向东北贯穿中部，群山平行于河谷对称分布，西北部为仙霞岭山脉，东南部为洞宫山脉，中部为龙泉溪大小不一的河谷小盆地。龙泉境内地形中，低山占总面积的69.17%，丘陵盆地占27.92%，河谷平原占2.91%，故有“九山半水半分田”之说。

龙泉是我国著名的青瓷产区，拥有极为丰富的制瓷原料，储量丰富，分布广阔。已经发现的大大小小的瓷土矿产地达到50多处，预测储量在800多万吨，瓷土矿矿石量占全国瓷土矿资源量的0.57%，占浙江省瓷土矿资源量的26.17%[3]。龙泉瓷土矿点主要分布于宝溪、上垟、查田、小梅、道太等地，各地所产原矿，质量相差较大。龙泉地区瓷土矿形成与酸性脉岩极为密切，为风化残积型，酸性脉岩风化亚类型矿，原岩受强烈的风化，但绝大部分仍保持原岩的结构、构造。根据目前开采的原矿及矿点的地质特征，可分为：风化土状矿石、半风化块状矿石、弱风化微密块矿石等三个类型。

2 样品的采集与处理

2.1 样品采集

根据龙泉市瓷土矿的分类与分布，采集主要分布于上垟、宝溪、竹垟、八都、小梅、道太、西街等地区，共7个矿点。每个矿点采集瓷土1 kg左右，并对每个采集点进行坐标定位，及对该矿点简要的地理形貌进行描述。表1为龙泉市瓷土取样分布表。

2.2 样品处理

为了消除气候、温湿度以及瓷土形状尺寸等因素对测量结果的影响，采集的样品经以下步骤进行处理： (1)将野外采集来的瓷土样品剔除杂草、枯叶等异物后在 110 ℃的恒温烘箱中烘烤24 h 至恒重，使其充分干燥；(2)用振动磨将烘干后瓷土样品进行粉粹形成颗粒直径小于 60目(0.25 mm 孔径)的粉末；(3)用电子天平称量标准样品盒重，样品盒尺寸为直径为15 cm、高为7 cm；(4)将待测瓷土放入标准样品盒，装满、压实、密封、贴上标签；(5)用电子天平称量各瓷土样品，并计算土壤净重。

2.3 样品测定

测量仪器为CIT-3000F数字化低本底多道γ能谱仪(四川新先达测控技术有限公司)，其技术指标为：数字化多道分析器(1024/2048)；分辨率优于6.9%(Cs-137)；重复性：＜2.0%；稳定性：＜1.0%。用40K进行能量刻度，1.461 MeV 能量峰对应的道址为425道；用226Ra进行能量刻度1.764 MeV能量峰对应的道址为511道。

本实验选用镭、钍、钾标准物对仪器进行标定，然后根据标定结果对镭、钍、钾的含量和比活度进行计算，探测时间为1800秒，样品重量为500 g。测量环境为：温度 20 ℃ ，湿度52%。

3 结果分析

龙泉市上垟、宝溪、竹垟、八都、小梅、道太、西街等地区，共7个矿点中232Th、226Ra、和40K的含量7份瓷土样品采集地点以及样品中天然放射性核素含量调查结果列于表2。由表2可知，所采集样品区域矿点中232Th、226Ra、和40K的比活度范围分别为(57.4-195.2)Bg·kg-1，(1.2-54.6)Bg·kg-1，(576.9-926.0)Bg·kg-1，可见所测天然放射性核素含量在合理范围内[4]。其中226Ra比活度最低和最高的矿点分别是D071竹垟村碗笠下矿点(1.2 Bg·kg-1)和D100小梅大窑村矿点(54.6 Bg·kg-1)；232Th比活度最低和最高的矿点分别是D055宝溪矿点(57.4 Bg·kg-1)和D147西街街道新茶村矿点(195.2 Bg·kg-1)；40K比活度最低和最高的矿点分别是D147西街街道新茶村矿点(576.9 Bg·kg-1)和D076八都枫锦村矿点(926.0 Bg·kg-1)。此外，7个矿点瓷土的内外照射指数范围分别为(0.0-0.3)和(0.4-0.9)。

表1 龙泉市瓷土分类取样分布表Tab.1 Distribution of celadon clay samples in Longquan City

表2 龙泉市不同矿点瓷土的放射性水平Tab.2 Radioactivity levels of clay samples from diあerent mineral deposits in Longquan City

为了进一步了解龙泉青瓷瓷土矿的放射性核素含量的水平值，将7个矿点的检测均值与浙江省以及全国的土壤天然放射性核素含量监测均值进行了比较。由表3可知，对于226Ra的比活度，龙泉市低于全国和浙江省的平均监测值；232Th的比活度，龙泉市均高于全国和浙江省的平均监测值；40K的比活度，龙泉市与浙江省平均监测值处于同一水平，高于全国平均监测值。

矿点瓷土中天然放射性含量的高低主要取决于产生瓷土的母岩岩性、构造、土壤母质形成后的转化作用、化学及生物化学相互作用等[5]。此外，不同地区的降雨量、植被分布差异也在一定范围内影响了天然放射性核素在瓷土中的迁移与分布。龙泉属山区县地处三江之源，山地占69.17%，森林覆盖率达78.4 %。龙泉属中亚热带季风气候区，年降雨量1699.4 mm，平均相对湿度79%，年日照时数1850 h。独特的地理位置、自然环境和气候条件形成了龙泉青瓷瓷土矿的天然放射性含量水平。

4 放射性水平评价

我国目前没有制定关于瓷土原料放射性核素的相关标准，与陶瓷制品放射性物质相关的标准主要有GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》、SN/T 2716-2010 《进出口建筑材料天然放射性核素检测方法》、SN/T 3722-2013《进出口陶瓷制品放射性安全控制规范》。其中SN/T 2716-2010和SN/T 3722-2013标准都是检测方法标准，没有放射性核素的限量值，故瓷土放射性核素限量值只能依据GB 6566-2010标准中的建筑主体材料中的放射性限量值进行评价。GB 6566-2010标准要求建筑主体材料中的天然放射性核素232Th、226Ra、和40K的放射性比活度应同时满足内照射指数IRa≤ 1.0和外照射指数Ir≤ 1.0。通过计算龙泉市7个不同矿点中232Th、226Ra、和40K的内外照射指数可以看出，7个批次瓷土的内外照射指数均未超过1.0，表明龙泉青瓷原料放射性核素总体情况较好。