核分析技術(shù)在大氣污染研究取得重要進展
近日，原子能院核物理所中子活化分析團隊在大氣顆粒物研究方面取得重要進展，研究結(jié)果以題為“The pollution characterization of black carbon aerosols in the southwest suburb of Beijing from 2013 to 2019”發(fā)表在國際期刊《大氣污染研究》（Atmospheric Pollution Research，2022年影響因子為4.831）雜志上。研究結(jié)果表明，北京市大氣污染經(jīng)過多年有效治理，大氣顆粒物及組分濃度逐年下降，在人為污染排放和當(dāng)?shù)貧庀笠蛩氐墓餐饔孟鲁尸F(xiàn)典型的季月濃度分布特征，黒碳氣溶膠組分污染來源得到初步識別，為北京大氣污染防治提供重要參考科學(xué)依據(jù)。（圖1）
▲圖1. 2013到2019年大氣細顆粒物黒碳氣溶膠組分濃度變化
2013-2019年期間，活化分析團隊在北京新鎮(zhèn)((39.740 ?N, 116.071 ?E))設(shè)立采樣點進行大氣顆粒物濃度監(jiān)測，并利用EEL43D單波段黑碳儀和MABI多波段光吸收黑碳儀對黑碳氣溶膠(BC)濃度進行測量。七年監(jiān)測結(jié)果表明，該地區(qū)黒碳質(zhì)量濃度呈下降趨勢，從2014年最高的7.86 微克/立方米下降到2019年最低的3.70 微克/立方米，年平均值為5.38 微克/立方米。同時，大氣細顆粒物PM2.5濃度也呈現(xiàn)相似下降趨勢。在當(dāng)?shù)貧庀髼l件和人為活動的共同影響下黒碳濃度的季節(jié)分布表現(xiàn)為秋冬季濃度高，春夏季濃度低的特點。黒碳質(zhì)量濃度與大氣動力學(xué)和局地氣象學(xué)參數(shù)(行星邊界層高度、通風(fēng)系數(shù)、降雨量、氣溫、風(fēng)速、相對濕度和能見度)呈統(tǒng)計學(xué)負相關(guān)。其中，行星邊界層高度影響最大，風(fēng)速影響最小。通過該地區(qū)的大氣細顆粒物樣品重估了MABI光吸收質(zhì)量系數(shù)，并進行了黒碳氣溶膠污染源識別。在研究期間的大多數(shù)月份中，化石燃料和交通排放是黒碳氣溶膠的主要來源。
大氣污染與人們的生活息息相關(guān)，一直備受關(guān)注。從1994年，活化分析團隊就加入到國際原子能機構(gòu)（IAEA）亞太區(qū)域技術(shù)合作項目，利用中子活化分析等核分析技術(shù)對北京大氣顆粒物進行高準(zhǔn)度分析（圖2）和精細化源解析研究，建立了完善的大氣顆粒物數(shù)據(jù)庫。近年來，參與完成了“大氣重污染成因與治理攻關(guān)”總理基金項目和“大氣污染多組分在線源解析集成技術(shù)”國家重點研發(fā)計劃等項目，見證了北京大氣細顆粒物PM2.5從年平均80微克/立方米，下降到2022年的30微克/立方米，從2021年開始連續(xù)兩年達到空氣質(zhì)量國家二級標(biāo)準(zhǔn)。
▲圖2. 大氣細顆粒物樣品中子活化后伽馬能譜
中子活化分析具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、非破壞性和多元素同時分析等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于環(huán)境、地質(zhì)、深空探測、科技考古、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等很多領(lǐng)域。該研究還受到院長期基礎(chǔ)研究專項項目、亞太區(qū)域合作項目、亞洲核合作論壇（FNCA）反應(yīng)堆中子活化分析等項目支持。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1309104223000235
北京科技報微信
北京科技報客戶端