正确认识天然石材的放射性xxxxxx

2010年第 3期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，生活居室和 公共用房室内外墙壁及地面等，采用天然石材产品即大理石、 花岗岩进行装饰的越来越多。它们主要用作饰面材料，部分用 作雕刻材料。天然石材因含有天然放射性核素而具有一定的放 射性，所以当其作为饰面材料时，其放射性问题不容忽视。如果 对放射性比活度较高的石材产品不加限制地使用，将会产生一 定量的放射性照射，污染环境，危害公众健康。因此，科学地认 识和评价石材的放射性，合理地开发和利用石材资源，对环境 保护和维护公众的健康具有十分重要的意义。 1 天然石材放射性的基本知识 1.1 天然石材的分类 天然石材包括能切成一定块度，磨光后具有各种装饰性色 泽或花色的，部分沉积或沉积后变质的碳酸盐岩、镁质硅酸盐 岩，以及岩浆岩或变质岩。天然石材是一种商品名，它采自地壳 中的岩石，是经机械加工而成的一种建筑、装饰材料，分为大理 石、花岗石和板石 3种。 大理石是泛指具有装饰功能、可加工成建筑石料或工艺品 的、已变质或未变质的各类碳酸盐岩类。主要由方解石和白云 石组成，主要成分为碳酸钙，占 50%以上，其他成分还有碳酸 镁、氧化钙、二氧化硅等。我国目前已开发的品种达 400种。 花岗石泛指具有装饰功能、可加工成一定规格石料或可雕 琢成器的酸性、中性、基性、超基性岩浆岩、火山岩类和部分深 变质岩类，矿物成分有石英、长石、云母和少量暗色矿物。如花 岗岩、流纹岩、闪长岩、安山岩、辉长岩、辉绿岩、橄榄岩、蛇纹 岩、玄武岩、角岩、混合岩和片麻岩等。我国目前已开发的主要 品种约 300种。 板石即板岩，是指可作装饰材料用的，经过轻微变质作用 形成的浅变质岩，其化学成分主要为铝硅酸盐类，其矿物成分 以各种粘土类矿物为主，并含有较多的微细粒石英和云母等。 常见的岩石有硅质板岩、粘土质板岩、云母质板岩、粉砂质板 岩、凝灰质板岩等。目前我国开发的品种约 50种。 1.2 天然石材放射性的来源 放射性存在于自然界中，天然石材同所有建材产品一样都 有放射性。科学研究表明，天然放射性是指自然界中一些元素 的原子核不稳定，能自发发生衰变，即从一个核素原子核变成 另一个核素原子核，这期间伴随着放出射线。天然石材的放射 性来源于岩石中所含的天然放射性核素。自然界岩石中广泛存 在的天然放射性核素主要有铀系和钍系的衰变产物以及钾 - 40 等。这些放射性核素在不同岩石中的分布有很大差异：放射性 核素铀、钍、钾在碳酸盐岩中的含量均很低；对于各种岩浆岩， 酸性岩中其平均含量最高；超基性岩中平均含量最低；花岗岩 因含有微量的磷灰石、锆石等副矿物而具有较高的放射性比活 度。石材中的放射性核素主要是铀、钍及其子体和钾 - 40，其中 产生 γ辐射的主要核素是铀系氡 - 222的子体、钍及其子体和 钾 - 40；造成内照射的主要是氡 - 222及其短寿命子体。 1.3 天然石材放射性的特点 同一岩体的放射性分布极不均匀，呈正态分布，个别样品 可能偏离母体平均值，不具有代表性。因此，在抽样和检测中， 要防止以偏盖全。 同一岩体不同岩相带的岩矿石放射性水平有差异，甚至差 异较大，最大的差别可达 5.75倍。某一矿段的样品放射性，不 能代表整个岩体的平均放射性水平。 石材放射性比活度从高到低依次为红色、肉红色、灰白色、 白色和黑色，且花岗石的比活度比大理石和板石的高。有关研 究表明，当 γ射线穿过石材时，因光电效应、康普性效应和形 成电子对效应等作用形式而发生衰减（屏蔽），亦即 γ射线被 石材介质所部分吸收，因而天然石材对高于其放射性的土壤、 水源、燃料和其他建筑材料等物质的放射性具有一定的屏蔽作 用。某一石材颜色中的一个品种的放射性不能代表一个系列的 放射性。天然石材的放射性是石材内在品质的表现，不是石材 企业产品质量高低的指标，不是人为或机械所能控制或改变 的。 2 天然石材放射性的水平 2.1 天然石材放射性的评价 人们接受电离辐射照射有两个途径：一是体外照射，二是 体内照射。公众接受的外照射剂量主要来源于室内建筑材料 等；住房内的氡及其子体是公众接受的最重要的内照射源。天 然石材放射性评价应根据这类特殊建材的特点，在我国室内外 γ外照射和室内氡调查资料的基础上，根据我国天然石材的 放射性水平，选择适用的内、外照射模式，并依据 ICRP对公众 接受天然辐射的限制原则，制定石材产品的放射性分类控制标 准，进而对石材进行分类管理和分类使用。 刘重 肖婧 陈瑞康 （天津经济技术开发区建设工程试验中心 天津 300457） 正确认识天然石材的放射性 【摘 要】介绍了我国天然石材放射性的主要来源和放射性水平，以及应用天然石材装饰室内所致辐射对人体健康 产生的不良影响，结合实际情况提出正确选择天然石材的方法，提出了加强对天然石材产品使用管理的相关建议。 【关键词】辐射防护 天然石材 放射性 辐射危害 收稿日期：2010-05-08 科学观察110 2010年第 3期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 2.1.1 内照射和外照射限制模式 室内 γ辐射主要来源于建 筑材料（包括石材），主要与建材中放射性核素的比活度有关。 石材放射性评价标准中 γ 外照射限制模式采用 GB 6566模 式。该模式把房屋看成一个球形的空腔，其中放射性核素均匀 分布，产生 4π照射。由该模式并经门窗和墙厚（22 cm）修正， 得出室内 γ空气吸收剂量率与建筑材料中铀（镭）、钍、钾的比 活度关系为： Xγ=6.40×10-2（CRa+1.35CTh+0.088CK） （1） 式中：Xγ为室内 γ空气吸收剂量率，单位为 10- 8 Gy·h- 1； CRa、CTh、CK分别为镭 - 226、钍 - 232、钾 - 40的放射性比活度，单位为 Bq·kg- 1。 公众在室内接受 γ 外照射的年有效剂量当量由下式计 算： HE 外=Xr kωaN （2） 式中：HE 外为 γ外照射年有效剂量当量，单位为 mSv·a- 1；k 为空气中吸收剂量换算到室内全身吸收剂量的换算系数，为 0.7；ωa为辐射权重因子，γ射线为 1（过去称为品质因数 Q）；N 为其他修正因子，即公众一年在室内接受照射的小时数，通常 为 7 008 h。 根据我国卫生部调查结果：公众在室内接受的 γ本底外 照射剂量当量为 0.6 mSv·a- 1，当建材的附加剂量当量为 0.5 mSv·a- 1时，总的外照射剂量当量为 1.10 mSv·a- 1。将 HE 外 =1.10 mSv·a- 1代入公式（2）并归一化，则得到室内 γ外 照射限制公式： （CRa+1.35 CTh+0.088 CK）≤350 （3） 室内氡浓度与建材中镭的比活度和氡在材料中的析出率、 材料本身的孔隙度、建筑物的体积和比表面积、室内空气交换 率等诸多因素有关。在其他条件相同的情况下，建材中的比活 度和表面氡析出率是决定因素。由于氡浓度测量的影响因素很 多，所以大多数情况下采用实测数据。 根据我国部分省、市的实测值，室内氡的平衡当量浓度平 均为 16 Bq·m- 3，住房混合建材（砂、石灰、砖等）中镭的典型值 为 50 Bq·kg- 1，取粘土砖和水泥氡的平均析出率为 4%。当内 照射附加有效剂量当量为 0.5 mSv·a- 1时，得到内照射限制公 式： CRa≤200 （4） 2.1.2 评价标准 由于天然石材多用作装饰材料，应按石材 产品的不同用途分类控制。公式（3）和（4）就是分类控制限制 式。定义 CeRa为镭当量浓度，则： CeRa=CRa+1.35CTh+0.088CK （5） 公式（5）即为石材产品的放射性分类控制标准。 2.2 天然石材放射性的分类 按放射性水平大小，天然石材分为 A、B、C 3类。A、B、C 3 类石材适用的范围分别是：A 类，使用范围不受任何限制， CeRa≤350Bq·kg-1，CRa≤200Bq·kg-1；B 类，不可用于住宅、老年 公寓、托儿所、医院和学校等建筑的内饰面，但可用于上述建筑 的外饰面及其他一切建筑物的内外饰面，CeRa≤700 Bq·kg- 1， CRa≤250 Bq·kg- 1；C类，只可用于上述建筑的外饰面及室外其 他用途，CeRa≤1 000 Bq·kg- 1，CRa不加考虑。 2.3 我国天然石材放射性水平 我国目前开发利用的天然石材包括 3大类，即大理石、花 岗石和板石，其中大理石有 100多个花色品种，花岗石有 300 多个品种。从我们的工作结果来看，大理石和板石中放射性比 活度低微，一般属于 A类石材；花岗石因其种类繁多，岩性、粒 度变化较大，其放射性水平变化范围也较大，少数为 A类石 材，多数属于 B类石材，极少数属于 C类石材。 3 天然石材放射性的危害 生活中人体受到环境辐射的照射剂量，在一般情况下大部 分来自室内天然辐射源的照射。据科学研究表明，各类不同建 材的辐射对人体剂量的贡献有很大的差异。由此，对机体产生 的影响也就各不相同。辐射对人类的致癌是可以肯定的。如居 室内氡浓度的升高可引发肺癌发生率的升高。在美国由于吸入 氡及其子体，每年导致新发生肺癌病人约 2×104例，每年有 6 000～34 000名肺癌死亡人数与室内氡有关。除肺癌外，氡 与白血病的关系也非常密切。1980年 Lacie等学者在英国开 展的几项室内氡水平与白血病关系的流行病学调查显示，人患 急性粒细胞白血病发病率与氡浓度呈正相关。此外，还有调查 报告显示，肾癌、皮肤癌及黑色素瘤都随氡暴露水平的增高而 有所增加。氡对人的肺和支气管产生辐射作用。由于氡的迁移 活动性大，易被人体吸收，现已成为仅次于香烟的第二号引发 肺癌的因素。 4 天然石材放射性的防护 目前居民生活环境中，放射性危害主要来自室内放射性核 素含量超标的建筑材料。为保护公众健康，我国 2001年重新 颁布实施了《建筑材料放射性核素限量》标准，但众多加工、经 营企业并未按此执行，石材市场管理比较混乱，加之居民对辐 射防护自我保护意识薄弱，不知不觉地把超标的石材产品用来 装修室内的墙、地表面，造成对人体健康的损害。 4.1 索证 广大居民在采购装修石材时，要索取产品放射性合格证， 防止把放射性超标的石材买回家而形成额外的附加剂量。一般 石材只有 A类适于居室内的装修。 4.2 合理的通风 室内通风良好是清除一切辐射物质的最简单有效的方法。 如果由于不了解天然石材含放射性物质的状况，或者不慎误将 “B类”产品装修在家庭居室内了，也不必惊恐不安，只要注意 室内经常通风，室内空气新鲜，问题就解决了。以对人体造成内 照射危害的放射性氡气为例，通过实际测试表明：一间将门窗 完全关闭一夜的居室中氡气含量已经高达 151 Bq/m3，在此情 况下，经过开窗通风一小时以后，氡的含量下降到 48 Bq/m3。 4.3 注意石材的选择 一般从石材购买者的心理上看，首先选用的一个指标就是 图案要求好看。其实这样的选择方法是不对的，因为石材的图 案越靓丽（鲜艳红色系列、鲜艳绿色系列及花斑系列），放射性 就可能越大。购买石材时不能只看外表，应把石材放射性的大 小放在选择石材的首要位置。 科学观察 111 2010年第 3期 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 据抽检的石材发现，一般来说，不合格的产品基本为花岗 岩石，其中绿色花岗岩超标幅度最大，红色、深红色次之，选择 时可供参考。 4.4 加大管理力度 从目前发生的情况看，必需重视和加强石材放射性标准和 产品质量标准的实施及管理工作，普及专业知识，正确认识和 引导石材消费。尽快筹集石材放射性的科研经费，抓紧检测设 备的研制工作，并将石材的检测、监督、管理等工作统一归口到 中国石材工业协会，引导生产企业标明产品标准，分类投放市 场。根据装饰用途选择石材种类。消费者还可到建材、卫生、地 矿、技术监督部门的检测机构或委托中国石材工业协会进行 检测。了解了检测结果，才能买得放心，装得安全，住得安心。 中国石材工业协会要发挥其组织协调作用，加强石材放射性 标准的实施管理和监督，促进石材生产和应用科学的不断进 步和管理科学的完善。积极开展放射防护知识的宣传，使广大 居民认识到放射性对人体的危害性和辐射的可防性。 天然石材是大自然赐给人类的宝贵财富，以其优良的性能 和极其丰富的资源，受到人们青睐。我们相信，随着现代科技的 不断发展，石材的开发、加工和利用都将在现代装饰艺术中大 放光芒。■ 参考文献 [1]王南萍.我国天然石材的放射性水平及特征[J].建材地质， 1992（6）：30-32. [2]GB6566-2001.建筑材料放射性核素限量[S]． [3]章晔，华荣洲，石柏慎.放射性方法勘查[M].北京：原子能 出版社，1990. [4]邹文良，马吉英，张聚敬．环境中氡水平及其对人体健康危 害[J]．干早环境监测，2001，5(1)：9-l2． [5]任长远．关于石材资源的开发与利用[J]．山东建材学院 报，1991，5（1）：73-75． 目前，我国的能源结构中天然气仅占 3%，远低于世界平 均水平 23.8%，随着社会经济的发展，人民生活水平的普遍提 高，为进一步改善大气环境质量，提高清洁燃料的比例，促进 全面、协调、可持续发展，我们应大力发展燃气应用新技术。 1 推广燃气红外辐射加热技术 1.1 燃气红外辐射加热技术的介绍 燃气与其燃烧所需的空气全部预混以后，在一定条件下 进行无焰燃烧，可以直接产生红外辐射用于各种加热过程。红 外线能够穿透空气而被物体或人体直接吸收，并将其中的热 量释放出来。 1.2 燃气红外辐射器的应用 1.2.1 燃气红外辐射器在干燥工艺上的广泛应用 燃气红外 辐射器发出的辐射波长较长，使一些被加热的物体容易吸收， 因此在许多工艺中能够采用，如：纺织、印染工业中的脱水和 树脂等浸渍物的干燥；油漆、油墨或涂层的烘干；蓄电池的铅 板预烘；陶瓷生产的烘干过程；石棉水泥瓦的烘干；纸张和胶 合板的干燥等等。 1.2.2 红外辐射器用于食品烘焙 许多食品采用燃气红外辐 射烘烤不仅可以加快烘烤速度，而且色、香、味都比较好，因此 现代的家用灶和商业灶里，安装了各式各样的燃气红外辐射 器。 1.2.3 燃气红外辐射器广泛用于大空间采暖 对于厂房、仓 库等高大空间建筑物，采用红外线辐射采暖不必加热室内空 气，热量直接被墙壁、天花板、地板等固体表面吸收，可以避免 对流采暖时产生的温度场的垂直失调，同时可以根据生产工 艺要求，对厂房内区域进行局部采暖或间歇性采暖，和传统的 对流式采暖方式相比，燃气红外线辐射采暖可以节约运行费 用 30%～60%，节能效果非常显著。 图 1、2是辐射采暖与常规对流采暖的比较示意图： 蔡美婷 （天津泰达津联燃气有限公司 天津 300457） 孙中飞 （中国市政工程华北研究总院 天津 300074） 浅谈燃气技术的应用前景 【摘 要】随着社会经济的发展，人民生活水平的普遍提高，为进一步改善大气环境质量，提高清洁燃料的比例， 促进全面、协调、可持续发展，应大力发展燃气应用新技术。对几种燃气应用新技术作了简单地介绍，并分析了 燃气应用新技术的应用前景。 【关键词】红外辐射技术 燃气采暖炉 燃气空调 能源 收稿日期：2010-05-04 科学观察112