Analysis and Engineering Application of Differences of Aquatic Organisms Radiological Impact Software ERICA Code Version

“非人类物种”的辐射影响日益受到国际社会的关注，目前国际上开展的环境辐射防护相关领域的工作主要有FASSET项目(环境影响评价大纲)^[1]、ERICA项目(电离污染的环境危险—评价和管理)和EPIC项目(北极电离污染的环境保护)等^[2]。我国近年才开始开展了一些通过数学模型、实验室模拟估算放射性核素对非人类物种辐射剂量和生物效应方面的研究、放射生态学转移参数的编评工作^[3-4]，以及一些非人类物种辐射影响评价模型方面的工作^[5-16]。

ERICA程序由欧洲委员会开发，该程序可以计算水生生物所受到的辐射剂量。程序较为常用的计算方法是结合特定场址中的具体生物的放射性生态学参数等，计算各种生物受到的辐射剂量率。程序计算时采用的放射生态学等数据主要来源于生物辐射效应数据库(FREDERICA)。

核素在水体中的浓度可以根据液态途径放射性核素浓度的计算得到，核素在悬浮沉积物中的浓度，可以根据核素的分配系数K_d利用如下公式从核素在水中的浓度推导出。

式中：C_s为核素在悬浮沉积物中的浓度，Bq/kg；C_w为核素在水中的浓度，Bq/m³；K_d为分配系数，L/kg。

核素在生物体内浓度可以利用如下公式从核素在水中的浓度推导出：

式中：C_o为核素在生物体内的浓度，Bq/kg；C_w为核素在水中的浓度，Bq/m³；CR为浓集因子，(Bq/kg)/(Bq/L)。

式中：为生物体j受到的内照射剂量率，μGy/h；为核素i在生物体j内的浓度，Bq/kg；、、分别为核素i在生物体j内的低能β、β/γ、α对应的内照射剂量转换因子，μGy·h^-1/(Bq·kg^-1)；w_lowβ、w_βγ、w_α分别表示低能β、β/γ、α的辐射权重因子。

式中：为生物体j受到的外照射剂量率，μGy/h；为核素i在水中的浓度，Bq/L；为核素i在悬浮沉积物中的浓度，Bq/kg；为核素i在生物体j内的外照射剂量转换因子，μGy·h^-1/(Bq·kg^-1)；ν_w、ν_ws、ν_ss、ν_s分别为核素i在水中、水面、水底、底泥中的居留因子。

目前，水生生物剂量率评价的筛选水平国际上尚无统一的数值，我国还没有生物所受辐射影响评价的相关标准。欧洲委员会(EC)推荐的对水生生物评价筛选值为10 μGy·h^-1，与美国能源局(USDOE)等的推荐值相比，EC推荐的水生生物评价筛选值较为严格，本次评价采用EC的评价筛选水平，即水生生物所受辐射影响评价筛选值为10 μGy·h^-1。

ERICA程序于2014年进行了版本更新，更新后的版本为1.2版，较上一版本2012年的1.0版的主要变化如下：

ERICA1.0版本中主要考虑了31种元素对应的63个核素，为了与ICRP108号和ICRP 114号出版物保持一致，ERICA1.2版本中增加了Ba-140、Ca-45、Cr-51、Cf-252、Ir-192、La-140、Pa-231和Zn-65共8个核素，这8个核素的浓集因子(CR)、剂量率转换因子(DCC)也做了相应的补充和更新。

ERICA1.0版本中淡水生态系统的参考生物有两栖动物、深水鱼、鸟类、双壳类软体动物、甲壳类动物、腹足类动物、昆虫幼体、哺乳动物、浅水鱼、浮游动物、浮游植物、导管植物共12种，包含了欧洲几乎所有受保护的淡水生物种类，但在程序使用过程中发现缺少了淡水爬行动物，因为淡水爬行动物在欧洲也是受保护的物种。所以，在ERICA1.2版本参考生物种类中增加了淡水爬行动物，该种类的代表性生物是成年雌性池塘龟，假定其生物体特征为：长18 cm、宽12 cm、高6 cm、质量1 kg，因其在河床上生活，所以居留因子为：水底1。此外，双壳类软体动物和腹足类动物名称分别修改为软体动物-双壳类和软体动物-腹足类。

ERICA1.0版本中海洋生态系统的参考生物种类有涉禽、浅水鱼、深海鱼、底栖软体动物、甲壳类动物、大型藻类、哺乳动物、浮游植物、浮游动物、多毛纲动物蠕虫、爬行动物、珊瑚虫(或海葵)、珊瑚虫的群落(或海葵的群落)、导管植物共14类。在ERICA1.2版本参考生物种类中删除了“珊瑚虫的群落(或海葵的群落)” 、“涉禽”、“珊瑚虫(或海葵)”、“底栖软体动物”名称，修改为“鸟类”、“珊瑚虫和海葵”和“双壳类软体动物” ，这样就与IAEA野生动物转移参数手册(IAEA TRS 479号报告，2014年)保持了一致。此外，“大型藻类”在1.0版本中的生物体特征质量为0.006 5 kg，该数据来源于早期的ICRP参考动植物方法，但在ICRP108号出版物中褐藻的质量为0.652 kg，为与IRCP108号出版物一致，ERICA1.2版本中对“大型藻类”的生物体特征质量进行了修改。

另外，ERICA1.2版本对海洋和淡水水生生态系统中的浮游植物的质量也分别进行了修改，由6.54×10^-11kg和2.05×10^-12kg分别修改为1.0×10^-6kg。

ERICA1.2版本中的剂量率转换因子也根据参考生物的生物体特征进行了更新。

ERICA1.2版本根据IAEA野生动物转移数据库(IAEA TRS 479号报告)中参考生物-放射性核素组的经验值对数据库进行了补充。

ERICA1.0版数据库中CR值有经验数据的仅占40%，没有经验数据的CR值是通过一系列外推法得到的。ERICA1.2版中仍需要用外推法来得到缺省的CR值，但是这些外推法根据程序1.0版本中外推法的使用评价进行了精简和提炼，1.0版与1.2版CR值外推法对比表见表1。

本节使用ERICA程序1.0版和1.2版分别估算我国某核电厂在正常运行工况下，其液态流出物排放对厂址附近水生生物造成的辐射剂量率水平。

由于该厂址为沿海厂址，所以选用ERICA程序中的海洋生态系统，因程序1.2版对部分参考生物种类名称做了修改并且删除了“珊瑚虫的群落(或海葵的群落)”，为方便对比，程序1.0版计算的结果也采用程序1.2版的参考生物种类，即鸟类、浅水鱼、深海鱼、双壳类软体动物、甲壳类动物、大型藻类、哺乳动物、浮游植物、浮游动物、多毛纲动物蠕虫、爬行动物、珊瑚虫和海葵、导管植物13类参考生物。

电厂正常运行时，使用ERICA程序1.0版和1.2版分别计算厂址半径80 km范围内液态流出物对水生生物的影响率对比见图1，水生生物所受的总剂量率对比见图2。

Figure 1.  Comparison of the Risk Quotient of Aquatic Organism by Liquid Effluent within the Radius of 80 km of the Site

Figure 2.  Comparison of Total Dose Rate of Aquatic Organism by Liquid Effluent in the Radius of 80km of the Site

由图1和图2可以看出，使用ERICA程序1.0版和1.2版计算该电厂两台机组液态流出物对不同水生生物的影响率均在10^-2数量级以下，其中对多毛纲动物蠕虫的影响率最大，厂址附近海域13类生物受到的总剂量率均小于1×10^-1μGy/h，其中受到总剂量率最大的水生生物为多毛纲动物蠕虫。上述各类水生生物所受的总剂量率均小于ERICA推荐的筛选值(10 μGy/h)。

总体而言，除浮游植物外，使用ERICA程序两个版本计算得到的各类水生生物受到的总剂量率相差不大，造成计算结果不同的主要原因为程序1.2版本对部分CR值和剂量率转换因子进行了调整。而程序两个版本计算得到的浮游植物受到的总剂量率相差较大的主要原因是程序1.2版本中浮游植物的生物体质量有了较大的增加，相应的剂量率转换因子也有较大的增加，因此计算得到的总剂量率也增加较大。虽然使用程序1.2版本计算的浮游植物受到的总剂量率增加较大，但其受到的总剂量率与其他参考生物种类相比仍然处于最低水平。

1)水生生物辐射影响评价软件ERICA1.2版本主要在核素种类、参考生物及浓集因子的选取方法等方面进行了更新和提升，进一步完善了计算核素、参考生物生物学参数和浓集因子数据库，更好的适用于厂址生物辐射影响的评估。

2)采用ERICA 1.0版本和1.2版本分别开展该电厂两台机组正常运行时液态流出物对厂址附近水生生物所致辐射剂量率评价，两个版本的结果均表明，该电厂两台机组液态流出物对附近水域水生生物所致的总剂量率均在ERICA推荐的筛选值10 μGy/h以下，总体而言，厂址附近水生生物是安全的。程序两个版本计算的结果不同主要是因为程序1.2版本对部分CR值和剂量率转换因子进行了调整。其中程序1.2版本对浮游植物的生物体质量修改较大，相应剂量率转换因子也有较大变化，从而导致计算得到的总剂量率变化较大。

3)目前我国对核电厂液态流出物对水生生物的辐射影响评价开展的基础研究工作相对较少，通过对ERICA软件及其版本变化的分析可以发现剂量率转换因子等参数对计算结果影响较大，因此，今后我国的核电厂液态流出物对水生生物的辐射影响评价研究工作应根据国内的水生生态环境对水生生物的分类、不同核素的分配系数、浓集因子及剂量率转换因子等进行适应性研究。