阿尔及利亚东部工业土壤中天然与人工放射性核素的HPGe评估及相关辐射风险研究

《Journal of Hazardous Materials Advances》：HPGe-Based Assessment of Natural and Anthropogenic Radionuclides and Associated Radiological Risks in Industrial Soils of Eastern Algeria

　　

本研究首次对阿尔及利亚东部三个主要工业中心（Bordj Bou Arreridj、Batna和Constantine）的表层土壤进行了放射学指纹图谱分析。研究人员利用高纯锗（HPGe）γ能谱法，定量测定了天然放射性核素（226Ra、232Th和40K）以及人工放射性核素（137Cs）的活度浓度。研究结果显示，所有采样点的天然放射性核素活度浓度均处于全球典型范围内，而Batna和Constantine地区检测到了局部的137Cs沉降信号。基于实测数据计算了年有效剂量（AED）和超额终生癌症风险（ELCR）等辐射危害指数，结果表明这些工业区的公众健康风险可忽略不计。该研究为北非地区的环境监测建立了关键的基线数据库，并为阿尔及利亚工业区的辐射安全评估提供了重要参考依据。

一、研究背景与目的

天然放射性是地球表面的固有特征，主要来源于²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K等原生放射性核素。在快速工业化的区域，持续监测这些特定放射性核素至关重要，因为密集的人为活动可能改变土壤基线组成并影响元素的迁移行为。此外，人工放射性核素如¹³⁷Cs是全球大气核试验沉降的重要示踪剂，可用于评估人类活动对环境的影响。

在阿尔及利亚，Bordj Bou Arreridj、Batna和Constantine三大工业中心的快速发展亟需高分辨率的环境质量评估。然而，现有研究存在明显空白：缺乏将天然本底“指纹图谱”与人工放射性核素评估相结合的统一调查，尤其是在这些战略性经济扩张区域内，表层土壤放射性核素分布模式与先进安全指标（如超额终生癌症风险ELCR）之间的关联数据极为有限。因此，本研究旨在通过HPGeγ能谱法精确量化这三个地区表层土壤中²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K和¹³⁷Cs的基线活度浓度，验证“东阿尔及利亚高强度工业化并未导致严重技术放射性退化，当地地质本底仍严格符合国际安全标准”这一研究假设。

二、研究方法

研究人员于2024年在阿尔及利亚比林核研究中心（NRCB）开展实验工作。采用选择性采样策略，从三个目标省份的最主要高工业化区域采集表层土壤样品（0–10 cm深度）。共系统采集45份表层土壤子样品（每区15份），将同一省份内的15份子样品彻底混合并机械均质化，形成1份代表性复合样品，最终获得3份核心复合土壤样品用于高分辨率HPGe分析。样品经空气干燥、105°C烘干、粉碎、过筛（2 mm和0.160 mm）后，密封于Marinelli容器中储存至少4周以实现²²⁶Ra与其子体间的长期平衡。采用同轴p型HPGe探测器（型号GC3018，Canberra公司）进行γ能谱测量，探测器相对效率36%，分辨率1.8 keV（@1332 keV），配备铅室屏蔽和GENIE 2000分析软件。能量校准使用标准¹⁵²Eu源，效率校准使用¹³³Ba和¹⁵²Eu认证标准源。样品和本底计数时间均为36000秒（10小时），并使用IAEA提供的认证标准参考物质（SRM）进行质量控制，实验回收效率与认证值的偏差保持在±5%以内。

三、研究结果

3.1 天然放射性核素活度浓度

研究发现，三个工业区表层土壤中²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K的活度浓度均处于全球典型范围之内，表明当地的地质本底辐射水平未因工业化活动而发生显著异常升高。

3.2 人工放射性核素¹³⁷Cs的分布

在Batna和Constantine的土壤样品中检测到了局部的¹³⁷Cs沉降信号，这主要归因于20世纪60年代全球大气核武器试验后的历史性沉降。Bordj Bou Arreridj地区的¹³⁷Cs活度浓度相对较低。

3.3 辐射危害指数评估

基于实测放射性核素活度浓度，研究人员计算了年有效剂量（AED）和超额终生癌症风险（ELCR）。结果显示，所有研究区域的辐射危害指数均远低于国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的公众限值，表明这些工业区的辐射风险对公众健康可忽略不计。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究填补了阿尔及利亚工业区系统性放射学基线数据的空白，为北非地区的环境监测提供了重要的参考基准。通过与近期塞尔维亚等国土壤放射性研究的比较，强调了地质背景对天然放射性核素空间分布的主导作用，同时证实了快速工业化并未在这些区域引发显著的技术增强天然放射性（TENORM）。

研究结论明确指出：阿尔及利亚东部三大工业中心（Bordj Bou Arreridj、Batna和Constantine）表层土壤中的天然放射性核素活度浓度符合国际安全标准，局部检测到的¹³⁷Cs属于历史性全球沉降的残留信号，当前的辐射暴露风险对公众健康不构成威胁。该研究建立的基线数据将为阿尔及利亚的环境保护框架和长期辐射安全协议提供关键的监管基准。