Measurement of Radon Gas Concentration in Fertilizers and Pesticides Using the CR-39 Nuclear Trak Detector

技术摘要：利用 CR-39 核迹探测器测量肥料和农药中的氡气浓度

问题陈述
由于原材料的地质组成和制造工艺，天然放射性物质（NORMs），特别是 $^{238}\text{U}$ 和 $^{226}\text{Ra}$，经常存在于农产品中。肥料（尤其是源自磷矿石的肥料）和农药可能会成为 $^{222}\text{Rn}$（氫）气释放的来源。鉴于 $^{222}\text{Rn}$ 及其短寿命衰变产物对自然辐射年有效剂量有显著贡献，并与肺癌有关，因此评估这些农业投入品中的浓度对于辐射安全至关重要。虽然以往的研究已经对肥料进行了调查，但针对伊拉克境内商业肥料和农药中 $^{222}\text{Rn}$ 浓度及潜在 $\alpha$ 能量浓度（PAEC）的数据仍然匮乏。

研究方法
本研究采用基于 CR-39 核迹探测器的被动监测技术来测量 $^{222}\text{Rn}$ 浓度和 PAEC。

• 样品采集： 从伊拉克萨拉丁省提克里特（Tikrit）的农业市场和农业办公室共采集了 29 份样品。其中包括 16 份肥料样品和 13 份农药样品，涵盖了不同的原产国（如约旦、沙特阿拉伯、中国、印度、阿联酋、土耳其）。
• 实验设置： 将样品（每份 12.5 克）置于密封的圆柱形聚丙烯容器中。CR-39 探测器（约 1 cm²）固定在内盖表面，位于样品表面上方 7 cm 处。
• 暴露与处理： 密封容器存储 90 天以进行暴露，使 $\alpha$ 粒子径迹得以累积。暴露结束后，使用 6.25 N 的 NaOH 在 60°C 下进行化学蚀刻 5 小时。
• 分析： 使用光学显微镜在 400 倍放大倍率下计数 $\alpha$ 粒子径迹。通过考虑腔室几何结构、探测器临界角和衰变常数的特定校准因子和公式，将径迹密度转换为 $^{222}\text{Rn}$ 浓度（Bq/m³）和 PAEC（mWL）。
• 统计分析： 计算描述性统计量，并应用 Mann-Whitney U 检验来比较肥料组和农药组之间的辐射参数，因为数据不符合正态分布（Shapiro-Wilk 检验，p < 0.05）。

主要结果

• 氕浓度：
  • 肥料： $^{222}\text{Rn}$ 浓度范围为 4.12 至 108.63 Bq/m³，平均值为 30.46 Bq/m³（中位数为 34.62 Bq/m³）。最高值记录在约旦肥料“Smart Fert” (F16) 中，最低值记录在沙特肥料“Libro” (F9) 中。
  • 农药： 浓度范围为 9.27 至 82.24 Bq/m³，平均值为 27.28 Bq/m³（中位数为 16.69 Bq/m³）。最高值出现在中国农药“Efecekt” (P7) 中，最低值出现在印度农药“Venus” (P11) 中。
• 潜在 $\alpha$ 能量浓度 (PAEC)：
  • 肥料： PAEC 值范围为 0.89 至 23.48 mWL，平均值为 8.05 mWL。
  • 农药： PAEC 值范围为 2.05 至 17.78 mWL，平均值为 5.89 mWL。
• 统计比较： 尽管肥料样品在 $^{222}\text{Rn}$ 浓度和 PAEC 的平均值上略高于农药，但 Mann-Whitney U 检验表明两组之间没有统计学上的显著差异（两个变量的 p = 0.2113）。
• 变异性： 两组均观察到较高的变异系数（关于 $^{222}\text{Rn}$，肥料为 64.91%，农药为 78.41%），这归因于原材料成分、磷含量以及制造工艺的差异。

意义与主张
这项工作的核心意义在于提供了伊拉克提克里特地区商业肥料和农药的首个局部辐射评估。研究声称，尽管不同品牌和来源的放射性水平存在差异，但所有测得的数值均远低于国际建议的安全限值（ICRP 规定的 $^{222}\text{Rn}$ 为 200 Bq/m³；UNSCEAR 规定的 PAEC 为 53.33 mWL）。

因此，作者得出结论，所研究的肥料和农药在正常农业条件下使用是辐射安全的，不会对人类健康或环境构成直接威胁。然而，论文强调了进行定期监测的必要性，以确保持续符合安全标准，并指出放射性特性高度依赖于不同制造商所使用的特定原材料和生产方法。