中学生导报稿件信息
碘-131气溶胶的垂直分布特性实验研究
杨朝桐,徐光华,潘贤海，陈敬，李亿斌
（成都中核高通同位素股份有限公司，四川 成都 610041）
摘要：近年来，随着核医学的逐渐发展，从事放射性药物生产及核医学的相关人员逐渐增加。关于内照射的监测和防护，我国也制定了一系列标准，但内照射监测一直处于滞后状态。本文通过实验研究碘-131气溶胶的垂直分布情况，了解放射性气溶胶空间分布规律，为从事放射性药物生产、分装相关人员的辐射防护提供参考。
关键词：放射性；碘-131；气溶胶；垂直分布
中图分类号： 文献标志码：A
Experimental study on the vertical distribution characteristics of I-131 aerosol
Yang Chaotong,Xu Guanghua,Pan Xianhai,Chen Jing,Li Yibing
(CHENGDU GAOTONG ISOTOPE CO.,LTD,Chengdu 610041 China)
Abstract: In recent years, with the development of nuclear medicine application, an increasing number of people have been devoted to the radiopharmaceuticals production and nuclear medicine research. Regarding to detection and protection to the inner exposure, our country has established relative standards, however the standards for inner exposure is still lagging behind. This article serves as a radiation protection reference for personnel involved in production and packaging of radiopharmaceuticals through experimental research of I-131 aerosol vertical distribution and the exploration of spatial distribution regularities of radioactive aerosols.
Key words: radioactive; I-131; aerosol; vertical distribution
1 引言
在碘[131I]化钠口服溶液生产、分装、给药过程中，会挥发出单质碘，单质碘附在不同粒径颗粒上，导致空间放射性气溶胶浓度升高。
碘-131是中毒的，可通过快速吸入途径产生内照射，为保护放射性工作人员身体健康，保证个人年有效剂量满足国家标准要求，GB 11930-2010《操作非密封源的辐射防护规定》推荐，甲级非密封源工作场所气载放射性核素浓度监测周期为1次/1周，乙级为1次/2周，丙级为1次/4周。GBZ 129-2016《职业性内照射个人监测规范》要求，内照射限定的年剂量2 mSv/a（为年剂量限值20 mSv/a的1/10）。以成人的呼吸率为参考（1.2 m3/h），每年工作时间为2000h，则推算出，碘-131放射性工作场所的气溶胶导出空气浓度（DAC）为75.8 Bq/m3。
为更好对放射性气溶胶进行防护，需要知道气溶胶的分布情况，选择合适的防护用品，对除碘过滤器的安装位置、密封套等进行优化。本文通过对碘-131气溶胶垂直分布实验研究，分析碘-131气溶胶的分布规律，为放射性药物生产、分装、给药等工作人员的辐射防
护（气溶胶防护）提供参考。
2 仪器的选择
（1）伽马谱仪
本次测量采用ORTEC高纯锗γ谱仪（探头型号：GMX25P4，主机型号：DSPEC-JR2.0），试验采用与待测样品的几何形状、大小、性状相同、基质一样，核素和γ射线能量不同的标准放射源，在与样品相同的测量条件下进行测量，获得标准源谱。在指定的能量范围内，选数个孤立的γ射线能量峰，计算出全吸收峰的探测效率，计算公式如下：
…………………………………………………………（1）
式中：
——选定全能量γ射线全吸收峰的探测效率；
N——测量到的核素选定特征峰的计数率；
A——经衰变修正后的标准放射源活度，Bq；
γ——该核素选定的特征γ射线的发射几率。
用谱分析软件完成γ射线全吸收峰探测效率
与γ射线能量Eγ的关系曲线拟合，得出γ射线全吸收峰探测效率曲线。完成效率刻度后，对样品测量时，软件可根据样品的测量能谱数据自动计算出样品的活度。
（2）采样器
采样器选择美国HIQ公司生产的CF-1001BRL，其主要技术参数为：
取样流量：0～1200L/min（CF-1001）；
数字显示瞬时、累积、最大和最小流量，瞬时流量大小连续可调。
计时器显示取样时间。
电机：无刷，二阶离心风机。
三角支架最大伸缩高度1.6米。
电源：230VAC,50/60Hz。
3 滤盒的选择
空气中存在的I-131工作场所，碘盒的目数有多种：如 20×30 目、 30×50目。一般来说丝网目数越大，碘盒内的活性炭密度越高，收集效率越高，同时碘盒前后的压差也越大，所需采样泵动力越大。因此选择碘盒也要注意选择采样器类型。碘盒的过滤效率又称为滞留率，是指在一定流速下及一定的环境条件下，碘盒收集放射性碘的能力。
|
|
|
|
a 碘盒吸附甲基碘的效率曲线 |
b Tc型号碘盒 |
图1 Tc型号碘盒吸附甲基碘的效率曲线及实物
根据美国HI-Q公司提供碘盒的资料显示，当流率增加，各型号滤盒吸附效率随之减小。TC-45型号（30×50目）的碘盒吸附效率如图1所示，随着流率增大吸附效率缓慢降低，但都保持在90%以上。本实验选用碘盒为HI-Q公司的TC-45型号 30×50目。当流率为1 SCFM（standard cubic foot per minute）时，即28.32 L/min，吸附效率达到98%以上，结合实际，本实验选择流率为30 L/min。
4 导出空气浓度（DAC）标准值
根据GBZ 129-2016《职业性内照射个人监测规范》，内照射年剂量限值为2mSv/h。在没有关于大小的专门资料的情况下，可假定活度中值空气动力学直径（AMAD）为5μm，I-131为快速吸入，AMAD=5μm时，
。一年工作时间50周，每周工作5天，每天工作8小时，则一年工作时间为：2000h；职业人员呼吸率为1.2 m3/h时，职业人员年剂量限值为20mSv，导出空气浓度（DAC）可用下式计算：
......（1）
其中，DAC为导出空气浓度（Bq/m3）；0.02为职业人员年剂量限值（Sv/a）；2000为一年工作时间（h/a）；
为吸入j类核素的年摄入量限值（Bq）；
为吸入j类核素的有效剂量系数（Sv/Bq）。由（1）式得出碘-131导出空气浓度（DAC）为758 Bq/m3。内照射为2mSv时，碘-131导出空气浓度（DAC）为75.8 Bq/m3。
5 理论分析
经研究表明，气溶胶浓度随高度的增加呈指数下降，当其浓度衰减到近地面浓度1/e时，气溶胶的高度即称为标高，则高度h处的气溶胶浓度
可表示为：
.......................................................（2）
其中，
为近地面气溶胶浓度；
为标高，反应了气溶胶浓度随高度的增加而减小的速率，是衡量气溶胶浓度随高度变化的关键参量。对气溶胶标高进行统计分析，能够更好地了解气溶胶随时空变化的特征。
6 实验数据分析
本实验分为四组：
1）第一组：高度为0.15m，温度为23.7℃，湿度为67.0%，气压96.19kPa，采集2个样。
2）第二组：高度为0.5m，温度为25.3℃，湿度为66.0%，气压96.35kPa，采集2个样。
3）第三组：高度为1.0m，温度为24.8℃，湿度为65.0%，气压96.30kPa，采集2个样。
4）第四组：高度为1.5m，温度为25.1℃，湿度为63.5%，气压96.14kPa，采集2个样。
流率设置为30 L/min，采集时间为30min，碘盒吸附效率为98%。将采集的数据放置3h，以减少天然放射性核素的影响，经过高纯锗γ谱仪进行测量、分析，得到如下数据：
表1 采集4组数据对比
|
序号 |
离地面高度（m） |
温度（℃） |
湿度（%） |
取样体积（L） |
导出空气浓度（DAC）（Bq/m3） |
均值（Bq/m3） |
|
1组 |
0.15 |
23.7 |
67.0 |
910 |
111.4 |
106.4 |
|
900 |
101.4 |
|||||
|
2组 |
0.5 |
25.3 |
66.0 |
900 |
92.4 |
90.2 |
|
900 |
88.0 |
|||||
|
3组 |
1.0 |
24.8 |
65.0 |
900 |
83.4 |
83.0 |
|
901 |
82.6 |
|||||
|
4组 |
1.5 |
25.1 |
63.5 |
901 |
70.1 |
71.1 |
|
900 |
72.2 |
如表1所示，在实验环境相同条件下，可以看出距离地面高度越高，气溶胶浓度越小，对表1实验数据进行拟合，如下：
图2 放射性气溶胶浓度空间分布情况
图3 导出空气浓度随高度增加变化曲线
如图2、图3所示，图2为放射性碘-131气溶胶浓度在整个空间的垂直分布情况，实测值与拟合曲线变化趋势一致，两者吻合较好，图3为近地面（0.15m~1.5m）放射性碘-131气溶胶浓度垂直分布情况。由此可见，气溶胶浓度随高度的增加，按指数衰减规律进行衰减。根据公式（1）及第一组实验数据均值，标高
=3.56m，浓度为40 Bq/m3。
6 结语
本实验是在密闭空间进行，没有设置换置气，其主要目的是减少其他因素对放射性气溶胶的垂直分布的影响，由图2可知，随着离地面距离增加气溶胶浓度逐渐减小，放射性碘-131气溶胶浓度大致呈指数下降分布。通过本实验了解放射性气溶胶的空间分布情况，可为放射性工作场所气溶胶监测、除碘过滤器位置安装、内照射评价提供参考。
参 考 文 献
[1] 刘 琼;耿福海;陈勇航,等.上海不同强度干霾期间气溶胶垂直分布特征[J].中国环境科
学，2012,32（2）:207-213.
[2] 秦武斌;李学彬;鲁先洋,等.我国西北地区气溶胶垂直分布特征分析[J].光学学报，2017,37
（3）：0301001
[3] 唐方东;赵 超;何林峰,等.气载放射性碘监测仪参考响应测量方法[J].核技术，2015,38（5）:050301
[4] 张震;张奇;拓飞,等.4家核医学工作场所空气中131I活度浓度的监测[J].安全与防护，2013,39（3）：185-186
[5] 杨新芳;赵进沛;刘士敏,等.医院核医学项目的辐射防护状况与管理对策[J].中国辐射卫生，2011,20（2）：172-173
