钢铁原材料的放射性污染及防护1-67

2007中国钢铁年会论文集 钢铁原材料的放射性污染及防护 Yindong Yang1 Guirong Zhang2 Gaetano Ronchi3 （1．Department of Materials Science & Engineering,University of Toronto, Ontario, Canada M5S 3E4；2．NEWTECH (Canada) Consulting Inc.,240 Wellesley St. E. Ontario, Canada M4X 1G5；3．IKEA Components ABBox 600, S-343 24, Almhult, Sweden）

摘 要 瑞典家具零售商IKEA做了一项研究，是有关钢铁工业目前的辐射管理状况及将来发展趋势的研究。研究结果概括如下：（1）钢铁废料的放射性污染已成为世界钢铁工业关注的主要问题，而且是被世界公认的严重的环境问题。（2）在中国，放射性污染废料的主要来源是前苏联；其次是被遗失或被偷盗的用于中国工业上的放射性资源，自然产生的放射性材料，例如被污染的铁矿，煤，难熔材料及造渣材料也会对钢及其副产品造成影响。（3）中国政府和一些职业联合会已经制定了一条辐射防护法及一些规定和标准，严格控制放射性污染。中国钢铁工业的主要运营者已经意识到了与放射性污染废料相关的潜在的健康，安全以及商业危险。（4）中国海关以及一些大的钢铁公司已经安装了放射检测系统。AT-900系列辐射入口监控器是被公认的对移动交通车辆上无法确定的隐藏放射能源进行迅速探测的有效系统。小型钢铁公司以及废料经销商并没有考虑过安装辐射检测系统。因为放射性污染对家具和建筑工业有更多的商业危险，建议钢铁的主要使用者，例如IKEA，要抓住每一次机会向钢铁制造者提出这种危险并在主要的检查点安装自己的系统来监控放射性污染。 关键词 辐射管理 放射性污染 放射源 炼钢 废料

1 引言 钢铁废料是新钢和铸铁产品生产的重要原材料。钢铁和铸造工业高度依靠制造过程废料的可用性以及用过材料的重复使用性。随着全世界范围内钢铁生产的增长，钢铁废料的消耗增加。在废料再利用和熔炼方面大家最关心的主要问题之一是就是放射性污染。金属废料是从不同的工业以及大范围能源收集而来。随着核工业的发展以及放射性同位素在现代工业中越来越多的应用，使放射性材料有了更多的机会进入金属废料中。钢铁使用者，钢铁生产商以及废料再循环工业已经开始关注放射性污染问题。因此，对此问题的研究有重要意义。

2 放射性污染及其对人类健康的影响 2.1 放射及应对措施 放射在物理学上讲是以波或粒子的形式释放能量的过程。各种类型的放射都可根据放射能量/实体的性质，放射能源的类型，性质以及放射的目的等等区分开来。例如，电磁辐射是一束光子，α辐射是He-4原子核，β辐射由激活电子或正电子组成，中子辐射由自由中子组成。放射性衰减是一系列各种各样的过程，通过衰减，不稳定的原子核放射出亚原子粒子（辐射）。衰减据说是在双核子上发生并产生子核。放射能是用来描述单位时间内核子衰减的数量，表示为 ddNAt= （1）

贝克（符号为Bq）就是SI，是推算出的放射能单位，定义为一定量放射性材料中一个核子每秒衰减的活性，即等同于s−1。较老些的放射能单位是居里(Ci)，定义为 1 Ci = 3.7×1010 Bq = 37 GBq （2） 钢铁原材料的放射性污染及防护 贝克是以Henri Becquerel命名的，他与皮埃尔以及玛丽居里在发现放射能方面做出了巨大的贡献，并共同获得了诺贝尔奖。 放射性污染明显地是在生产和使用放射性核（放射性同位素）过程中对放射性材料的管理失败造成的。例如，用于核医药的放射性核意外溅出，人为在走动过程中将放射性材料散落掉。放射性污染也有可能是某种过程的必然结果，例如放射性氙在核燃料后处理过程中的释放。核辐射微尘就是核爆炸造成的放射性污染的散布物。 表面污染通常用每单位面积的放射能单位来表示。对于SI，即贝克/平方米（(or Bq/m2)），除了SI，也

使用其他的单位，例如每100 cm2的微微居里或者每分钟每平方厘米衰变次数(1 dpm/cm2 = 166 2 Bq/m2)。表

面污染可能是固定的也可能是变化的。在固定污染的情况下，不能将放射性材料定义为散布，但是仍然可测。 剂量是放射数量或吸收能量的统称。剂量涉及到吸收剂量，即每单位质量的能量堆积值或等同剂量，吸收剂量按照测得的放射类型的相对生物效应做调整。吸收剂量是对致电离辐射媒介中积聚的能量的测量，因此单位为J/kg，并有专用名Gray（Gy），1gray是1kg物质吸收1J放射能。

2-2J1Gy=1=1mskg⋅ （3）

rad（吸收辐射剂量单位）是测量吸收剂量的又一单位，将1rad定义为每克组织吸收100尔格能量，该单位可用于任何类型的材料辐射，但它并不能表述不同辐射的生物效应。1gray等于100rads.Rem（人体伦琴当量）是用来推算剂量当量的单位。它将人体组织的吸收剂量与辐射的有效生物危害联系起来。并不是所有的辐射都有同样的生物效应，即便是同样的吸收剂量。剂量当量通常以rem的千分之一或者是mrem来表示。为了确定剂量当量(rem)，要通过质量因素(Q增加剂量当量)，这是单相对于入射辐射类型来说的。Sievert也是用来推算一些剂量当量的单位，剂量当量通常以Sievert的百万分之一或micro-Sievert的形式来表示，1Sievert等于100rem。为了避免吸收剂量与剂量当量间有任何混淆，吸收剂量必须用相应的专用单位Gray代替焦耳每千克来表示，对于剂量当量则用Sievert来代替焦耳每千克（J/kg）。

2.2 辐射对人体健康的影响 污染废料中的放射性核素会衰减放出致电离辐射，它会与人体细胞反应造成无法挽回的危害，导致细胞死亡或者诱发癌症。致电离辐射人体感觉不到，因此，废料的放射性污染在钢铁工业是一个严重的环境问题。近些年来有许多报道，是有关人类未曾料到的放射性材料造成的金属废料污染的案例。辐射中毒，也被称作“辐射病”，是由于过多地暴露于致电离辐射环境下对人体组织造成的一种危害。短期以来，这个字眼常被用来提及大剂量的辐射所造成的敏锐问题。放射性污染对人体和环境的危害程度取决于放射性污染物的性质，污染的程度以及污染扩散的程度。低程度的放射性污染引起的危险性较小，但仍能由放射探测器探测得到。当半衰期同位素引起低污染时，最好的办法是让其自然衰减。高程度的污染对人体和环境会造成主要的危害。人体可能会暴露在潜在的致命放射水平下，包括外部和内部的，主要是由于大量放射性材料污染的意外散布造成的。外在地暴露于放射性污染条件下的生物效应一般是与外在于放射源下的生物效应是一样的，且取决于吸收剂量。但该放射源并不存在于放射材料中，例如X光仪器。根据国标，人们从事辐射职业的剂量当量应当限制到50mSv，公共环境下要限制到1mSv。

3 放射性污染事件 3.1 西方一些国家的放射性事件 自20世纪80年代早期，就已报道了大量有关废金属中发现放射源的事件。美国资料库中记载了2500起这样的事故报道，其中60起导致放射源意外熔化在钢中。如今美国大约有60万台含不同量放射性材料的设备在使用中。由于这些设备放射危害较小，大部分设备的使用都得到了许可，而且根据美国法律对这些设备无需例行检查，被许可人与授权人之间也不需要签订合同。由于缺乏监督管理，造成许多资源流失，被偷盗或无法解释的严重问题。结果，每年大约有200种放射源丢失，其中一些是意外的熔化在钢厂，带来相当大的污染和成本损失。近年来在美国和加拿大发现了污染金属制品最常见的放射核，见表1。 2007中国钢铁年会论文集 表1 美国和加拿大的熔融钢中发现的放射源 放 射 性 核 发 现 物 数 量 137Cs 52

Th 23 U 17 241Am 14

60Co 6

85Kr 3

90Sr 2

3H 2

Ra 116 others 9 Total 244

在欧洲，1998年西班牙的宏基电脑公司事件，是由于不锈钢厂电炉中铯-137的熔化造成了法国的大气污染，且在意大利的污染程度达到了2 mBq/m2，大约是正常情况下的1000倍。幸运的是这次事件对人体健

康的影响不大，但单单融毁造成的经济损失却是巨大的：清理放射源，工厂整顿以及废物贮存花掉了2500万美元，甚至在证券市场上对宏基电脑公司股票造成了严重的长期影响。意大利在1990年开始制定有关金属废料放射性污染的经验政策，并特别提到了含铯-137的米兰波河南部河的污染。对意外发生铯熔化地区的一些铸造厂进行了调查。这件事件过去好多年后意大利政府健康部门才得知污染废料正在欧洲流通。这两个事件发生后，意大利制定了长远的计划来控制进口的放射性污染废料。 2000年9月，1名工人在去法国核动力厂的路上引爆了放射探测器，之后担心他可能会暴露于工厂的放射源下，对其进行了放射性污染的全面检查，检查结果不仅震惊了法国，且震惊了全世界。工人自身没有遭到污染，但是发现其手表上金属手镯的零件具有了放射性。进一步的分析表明，手镯上的钢烧针受到了钴-60的污染。手表是从香港引进的，同时这些零件也是从香港组装的，后来将污染源追踪到了中国为手镯烧针提供钢的小厂，认为是该厂癌症病人做照射处理的设备被意外地当作废料熔化了。

3.2 中国的放射性事件 在中国，平均每年大约要发生10起放射性事件，但其中仅有一部分事件与钢铁废料的放射性污染有关。但是，发生问题的潜在危害却不能忽略。20世纪80年代，台湾钢铁公司购买了含有钴60放射源的钢铁废料，炼钢后，大约有2000公吨钢具有放射性，之后钢铁产品被卖到了建筑公司用于居民建筑，结果有200多幢建筑物，1000多个单元以及几所学校被污染。污染建筑物的辐射水平在0.5～120µSv/h范围内。大约1500名居民及学生在2～15年内要受到额外的低剂量γ射线辐射，由此引起了赔偿诉讼。1983年1月27日至2月8日期间，在台湾泰阳钢铁公司，一个740 MBg的钴-60放射源，即金属钴的放射形式，意外地与76.8t钢铁废料混在了一起熔化并轧成了管材。管材随后被运到了美国，由Ace部件公司分发出去。GA技术中心的健康生理学家在一次水暖工“热浸”替换管材的调查中，发现了放射性污染管材。随后，将所有管材召回返回台湾。 2001年4月16日，重庆早报报道了由放射性物质引起的一起事件。1999年2月，茯苓食品油类进出口有限责任公司的一名住户因工作需要搬入了公司为其提供的新公寓，一年后，他开始发烧，胸痛，咳嗽，全身无力。同时，这座楼里的其他住户也有类似的感觉。这些住户将此情况上报到了当地流行疾病防护中心。经过检查发现，14幢公寓里的γ射线放射超过了常规允许值。当地健康流行性疾病防护中心的报告证实建