2022年至2025年间，波兰南部（克拉科夫）地面大气层中伽马射线发射体与总大气降水量之间关系的季节性变化模式

《Journal of Environmental Radioactivity》：Seasonal patterns in the relationship between gamma emitters in the ground-level atmospheric layer and total atmospheric precipitation in southern Poland (Kraków), 2022 - 2025

　　

Sylwia B?a?ej | Jerzy W. Mietelski | Renata Kierepko | Miko?aj Wielgat

波兰科学院核物理研究所，Radzikowskiego 152号，31-342克拉科夫，波兰

摘要

大气中的物理和化学过程显著影响放射性核素的存在，这些过程影响它们的产生（对于宇宙成因的同位素）、水平和垂直传输以及重新悬浮。本研究展示了2022年至2025年间在克拉科夫（波兰南部）收集的气溶胶的每周伽马光谱测量结果以及大气降水的每月测量结果，这是自1990年开始的研究的延续。对于这两种类型的样本，都分析了整个研究期间以及四个季节子集内⁴⁰K、²¹⁰Pb、⁷Be、²²Na和¹³⁷Cs的观测活性浓度的时间序列和相关性。大多数观测到的趋势与温带气候区的季节性模式以及研究期间的主要大气现象相符。由于第25太阳活动周期期间太阳活动的增加，观察到这两种宇宙成因放射性核素的浓度呈下降趋势，但存在明显的季节性变化。在气溶胶或气态形式中均未发现¹³¹I的痕迹。

引言

自1990年以来，波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）一直使用高容量气溶胶采样站（ASS-500）和低本底伽马光谱仪对地面空气中的天然和人为放射性同位素进行常规监测。ASS-500（意为：每小时采样量达500立方米的气溶胶采样站）由波兰辐射防护中央实验室（CLRP）制造。自1990年以来，该研究所内一直运行着这样的采样站（1990年至1995年有一个，1995年后有两个）：其中一个属于由国家原子能机构（PAA）和CLRP协调的国家级监测网络，另一个归我们研究所所有，用于非常规或研究任务。自2002年起，该采样站配备了双活性炭滤芯，用于捕获气态碘（Mietelski等人，2005年）。除了监测大气气溶胶的放射性外，自2005年起我们开始收集大气降水以研究其放射性。我们研究所还配备了一个多探测器系统，称为“永久监测系统”，该系统可以监测外部剂量率，并将当前10分钟内的原位伽马光谱与过去3个月的平均光谱进行比较。所有这些仪器共同构成了一个被称为“放射性地面”的监测设施（图1）。

目前，我们的团队拥有21年来大气降水中放射性核素浓度的月度数据，以及36年来气溶胶样本的每周数据。在此期间，检测到了与福岛事故相关的显著信号（也包括气态碘）（Masson等人，2011年；Mietelski等人，2014年），2017年10月检测到¹⁰⁶Ru的存在（Masson等人，2019年；Bossew等人，2019年），以及切尔诺贝利地区的多次森林火灾（Masson等人，2021年）。此外，还对大多数存档样本进行了钚同位素的放射化学分析（Kierepko等人，2009年；Kierepko等人，2016年；Nalichowska等人，2023年）。目前展示的是最近4.5年（2022年3月至2025年6月）的未发表结果，包括⁷Be、²²Na、¹³⁷Cs、²¹⁰Pb和⁴⁰K等同位素的活性浓度及其季节性变化趋势。

对大气中天然和人工放射性核素的常规监测涉及系统地收集气溶胶和大气降水样本。对这些材料的长期深入分析揭示了通过自然过程或人为活动产生或引入的同位素之间的关系。

这些分析不仅提供了新的数据，补充了现有的结果数据库，还使我们能够追踪大气近地面层的长期趋势，并将其置于大气过程（例如，春季上层大气向低层的大气侵入）和物理现象（例如，太阳周期以及地理位置（纬度）的背景下进行解释，从而为全球关于大气中放射性同位素传输的研究做出贡献。

章节摘录

样本采集地点

本研究中使用的样本是在克拉科夫（50.088N, 19.928E, 240米海拔）的我们研究所内采集的，使用的是高容量气溶胶采样站ASS-500，同时也在同一地点采集了大气降水。

克拉科夫位于波兰南部，处于主要地质构造的交汇处，包括西喀尔巴阡山脉、西里西亚-克拉科夫高地和马沃波尔斯卡高地，位于维斯瓦河谷内。克拉科夫的气候特征是……

结果

伽马光谱测量的结果以贝克勒尔为单位表示样本的活性值。根据收集到的降水量（补充数据中的表S1）和收集漏斗的表面积，结果可以表示为降水中的活性浓度（单位：Bq/m³）或每月的沉积活性（单位：Bq/m²）·月^?1。这两种形式的结果均记录在补充数据表S2中。进一步分析仅使用……

结论

本文关于气溶胶和大气降水中放射性核素活性浓度的结果有助于全球范围内了解空气气溶胶和大气降水中的放射性核素。所研究的放射性核素主要来源于三个途径：陆地重新悬浮（¹³⁷Cs和⁴⁰K）、氡的释放（²¹⁰Pb）以及平流层的宇宙成因产生（⁷Be和²²Na）。同一组放射性核素之间的相似性以及不同核素之间的差异……

Sylwia B?a?ej： 形式分析、验证、撰写——初稿。Jerzy W. Mietelski： 概念构思、监督、撰写——初稿。Renata Kierepko： 方法论、撰写——初稿。Miko?aj Wielgat： 撰写——初稿。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。