对孟加拉国卡普泰湖沉积物中放射性增强的研究：分布特征与放射性风险评估

《Radiation Physics and Chemistry》：Exploration of elevated radioactivity in sediments of Kaptai Lake, Bangladesh: Distribution and radiological risk assessments

本研究调查了孟加拉国Kaptai湖沉积物中自然放射性材料（Ra-226、Th-232、K-40）升高的原因，采用HPGe伽马射线光谱和中子活化分析测定其活度浓度及微量元素含量。结果显示Th/镭比值和Th/Ka比值高于地壳水平，表明存在钍富集的重矿物。辐射风险评估表明吸收剂量率、伽马指数及癌症风险显著超标，多变量统计分析揭示了放射性核素与微量元素的共分布及迁移机制，评估显示轻微元素富集和轻度生态风险，强调监测NORMs的必要性及风险管理重要性。

　　

Biplob Das | Mohammad Amirul Islam | Shamim Ahmed | Mohammad Belal Hossen

物理学系，吉大港工程技术大学，吉大港-4349，孟加拉国

摘要

本研究调查了孟加拉国卡普泰湖（Kaptai Lake）沉积物中天然放射性物质（NORMs：²²⁶Ra、²³²Th 和 ⁴⁰K）含量升高的原因，特别是与某些不移动的微量元素（Sc、Ti、V、Fe、La、Ce、Sm、Eu、Dy、Yb、Lu、Hf、Ta、Th 和 U）之间的关系。NORMs 的活性和元素含量分别通过 HPGe 伽马射线光谱法和基于研究反应堆的中子活化分析来确定。²²⁶Ra、²³²Th 和 ⁴⁰K 的平均活性浓度分别为 44.5±19.3 Bq kg^-1、90.8±36.7 Bq kg^-1 和 872±431 Bq kg^-1，这些值比全球平均水平高出 1.3 到 3.0 倍。相对于地壳，较高的 Th/U（5.72±1.21）和 ²³²Th/⁴⁰K（0.131±0.098）比值，结合统计方法，表明沉积物中存在含钍的重矿物。放射性风险评估表明，平均吸收剂量率、伽马辐射当量指数和超额终身癌症风险值均显著高于阈值。多元统计分析揭示了湖水中放射性核素和微量元素的共存和迁移机制。环境污染和生态风险评估显示，这些元素对卡普泰湖系统的污染较小，生态风险也较低。本研究结果强调了监测沉积物中 NORMs 的必要性，有助于理解放射性污染机制，并有助于妥善管理该湖区的未来放射性和生态风险。

引言

自地球形成以来，自然放射性就存在于其生态系统中。天然放射性物质（NORMs，如 ²²⁶Ra、²³²Th 及其衰变产物 ⁴⁰K）和宇宙辐射共同构成了环境中的自然辐射。受人类活动影响，这些放射性核素在穿过各种介质后最终沉积在土壤/沉积物中（Lin 等，2015；Krishnamoorthi 等，2025）。除了是水生生物的主要辐射来源外，沉积物还是放射性核素在水生环境之间迁移的通道。放射性物质会释放出电离辐射，人类和其他陆地生物可能因此受到暴露（Liu 和 Lin，2018；Islam 等，2025）。NORMs 在沉积物中积累或被水生生物吸收，从而通过生物积累将放射性核素传递给食物链中的其他物种（Akram 等，2006；Ligero 等，2006）。因此，天然放射性核素可以作为评估水生环境放射影响的重要示踪剂。

地球环境中含有大量的天然放射性物质，它们存在于各种地质构造中，包括土壤、岩石、水、沉积物、大气和建筑材料中（Isinkaye 和 Emelue，2015）。主要的人为（例如技术产生的、核试验）辐射源包括陆地来源和宇宙来源（Shi 等，2024）。由于人类一生中接触的大部分辐射来自自然来源，电离辐射暴露是一个引起公众关注的科学课题（UNSCEAR，2000）。人类通过吸入沉积物中的放射性核素或直接接触沉积物中的原始放射性核素而受到辐射（Jibiri 和 Okeyode，2012；Qureshi 等，2014）。氡及其衰变产物从土壤、沉积物和建筑材料中释放，是内部辐射的主要原因（Hameed 等，2014）。此外，NORMs 可能引发多种放射健康问题，包括肺癌、肾功能障碍、肾衰竭和骨骼异常（Bj?rklund 等，2019, 2020；Kabir 等，2024）。

研究水生环境中 NORMs 的分布及其相关的放射危害对人类健康至关重要。不同的放射学指标被用来评估水生系统的放射污染（Kuzmanovi? 等，2025；Abbasi 等，2022）。在河流环境中，沉积物中的各种矿物、稀土元素（REEs）和其他金属经常影响 NORMs 的分布（Liu 等，2021；Akhi 等，2024）。NORMs、REEs 和其他特定不移动微量元素在沉积物中的分布对于研究各种水生系统的地球化学和沉积过程起着关键作用（Stojanovic 等，2009；Islam 等，2023a；Khan 等，2024）。此外，沉积物来源的岩石或地质类型通常与放射性水平有关（UNSCEAR，2000）。因此，为了探讨改变沉积物中自然放射性的地质或人为过程，应用了沉积物矿物中微量元素的地球化学方法以及多元统计方法（Islam 等，2020a；Habib 等，2024；Karthikayini 等，2025）。

卡普泰湖是通过在卡纳普利河（Karnaphuli River）上修建大坝形成的，用于水电项目（Karmakar 等，2009）。该湖的水电生产、远距离运输、淡水供应以及吉大港市郊区和城区的供水都依赖于这个湖泊（Islam 等，2023b）。目前，由于土地利用变化、城市人口增长、内河航运以及涉及道路、桥梁和其他基础设施的大规模开发计划，这种淡水供应受到了严重影响（Karmakar 等，2011）。最近有报告指出卡普泰湖水和沉积物中的重金属分布和污染情况（Das 等，2024）。但尚未有研究评估湖泊系统中天然放射性核素及其带来的放射威胁。因此，了解湖泊系统中的自然辐射水平和放射性传输机制至关重要。本研究的主要目标是：（1）确定卡普泰湖沉积物中的 NORMs（²²⁶Ra、²³²Th 和 ⁴⁰K）及其元素含量；（2）通过确定不同的放射学和环境危害指标来评估放射和生态风险；（3）应用统计方法找出湖泊系统中放射性核素与测定元素之间的关系。

研究区域、样品采集、处理、测量和质量控制

卡普泰湖（位于孟加拉国，纬度 22°22′–23°18′ N，经度 92°00′–92°26′ E）是东南亚最大的水库，总面积为 688 平方公里，平均深度为 9.0 米，年径流量为 1,707,000 立方米（Hoque 等，2021）。主要储水区包括 Rangamati Pourashava 流域和 Rangamati 地区，是流域内人口最密集的部分。

共采集了 32 份湖底沉积物样本

放射性核素的活性浓度和空间分布

表 2 给出了卡普泰湖沉积物中放射性核素的活性浓度以及一些国际指南值和世界其他淡水湖泊的文献数据。根据获得的数据，²²⁶Ra 的活性浓度范围为 23.2±3.0 Bq kg^-1（站点 K8）至 120±11 Bq kg^-1（站点 K1），平均值为 44.5±19.3 Bq kg^-1；²³²Th 的范围为 53.0±5.2 Bq kg^-1（站点 K31）至 213±8 Bq kg^-1（站点 K1），平均值为

结论

本研究详细研究了孟加拉国卡普泰湖沉积物中 NORMs 及与其相关的矿物质的放射性浓度、空间分布和来源。与 UNSCEAR（2000）和 UCC 的数据相比，²²⁶Ra、²³²Th 和 ⁴⁰K 的平均活性浓度较高。²³²Th 的平均浓度是 ²²⁶Ra 的两倍，这表明在卡普泰湖沉积物中 ²²⁶Ra 的溶解度相对较高。

作者贡献声明

Mohammad Amirul Islam：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法论、调查、概念构思。Biplob Das：撰写 – 原稿撰写、验证、调查、正式分析、数据管理、概念构思。Mohammad Belal Hossen：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、调查。Shamim Ahmed：软件应用、数据管理

未引用的参考文献

Abd El Hamid 等，2025；Karthikayini 等，2026；Müller，1969；Rajeshkumar 和 Li，2018；Sathish 等，2022；联合国原子辐射效应科学委员会，《电离辐射的来源和影响》，2008；Yildirim 和 Gülmez，2025。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢 CRR、BAEC 在样品辐照方面的支持，以及 RNPD 的技术人员在样品制备过程中的协助。同时，也感谢匿名审稿人对本文提出的建设性意见。