瑞典Gavle地区切尔诺贝利137Cs沉降再评估：土壤采样与便携式NaI(Tl)γ能谱仪原位测量的对比研究

为解决切尔诺贝利事故后137Cs沉降长期剂量评估的争议，研究人员采用便携式NaI(Tl)γ能谱仪与土壤采样对比方法，发现原位测量低估沉积量50%，并修正生态半衰期为10-20年。该研究为低剂量辐射场动态监测提供了实用技术方案。

　　

1986年切尔诺贝利核事故释放的放射性铯(¹³⁷Cs)随风飘散至瑞典Gavle地区，形成北欧最严重的沉降区。三十余年来，科学家们持续监测该地区环境辐射水平，但传统土壤采样与便携设备测量结果存在显著差异，且对¹³⁷Cs贡献剂量衰减速率的认知亟待更新。这一争议直接影响长期辐射风险评估的准确性，特别是在剂量率已接近本底水平的现阶段。

为破解这一难题，Christopher Raaf团队于2022年5月重返Gavle地区9个历史监测点，采用ATOMTEX MKS AT6101D便携式NaI(Tl)γ能谱仪进行原位测量，同步采集土壤岩芯进行实验室高纯锗(HPGe)γ能谱分析。研究创新性地引入视野限制效应校正因子，通过对比两种方法获得的¹³⁷Cs沉积量及剂量率数据，揭示设备校准几何条件与实际地形差异导致的系统偏差。

关键技术方法包括：1) 使用直径5cm不锈钢取样器获取20cm深度土壤剖面；2) ATOMTEX MKS AT6101D便携设备24分钟原位γ能谱采集；3) 基于ICRP 144号报告的剂量转换模型计算H*(10)；4) 采用Ramzaev算法估算¹³⁷Cs迁移深度；5) 对1986-2013年历史剂量率数据进行指数衰减拟合。

主要结果

1. 1.

   剂量率测量一致性：便携式NaI(Tl)探测器与标准Automess有机闪烁体剂量计的H*(10)测量值平均差异仅6%，在Tr?dje森林区因¹³⁷Cs渗透深度差异出现最大偏差(102% vs 89%)。

2. 2.

   沉积量测量差异：土壤采样数据较便携设备原位测量高60%，经土壤渗透深度校正后仍存在45%差异。

   
   137Cs沉积量对比及视野限制效应示意图'>
3. 3.

   生态半衰期修正：新增2022年数据后，¹³⁷Cs贡献剂量的有效生态半衰期从6.8年修正为10-27.8年，与俄罗斯切尔诺贝利禁区观测值(14-23年)趋同。图2显示Forsbacka居民区半衰期从13.6年延长至27.8年。

   
   137Cs剂量贡献随时间变化曲线'>

结论与意义

该研究首次量化了便携式γ能谱仪在复杂地形中的视野限制效应，证实其在0.15μSv/h极低剂量率场景下的适用性。提出的土壤迁移模型校正方法（RDF(z)=0.5Exp(-(ln2/2.3)z_i)+0.5Exp(-(ln2/0.17)z_i)）为长期辐射监测提供标准化方案。修正后的生态半衰期参数将显著改善剂量预测模型，对制定核事故后居民返乡标准具有重要参考价值。

研究同时指出，未来需结合更多类型地表（如原始森林、耕地）的长期观测数据，建立¹³⁷Cs迁移与剂量衰减的普适性模型。这些发现发表于《Radiation Protection Dosimetry》期刊，为后处理时代的环境辐射监管树立了新基准。