科技有狠活｜如何让大气污染中的“黑色幽灵”显形？核技术有妙招

本文转自：封面新闻

封面新闻记者 边雪

在大气污染中，有一种被公认的“黑色幽灵”——黑碳气溶胶，作为不完全燃烧产生的颗粒态物质，它是造成温室效应的重要短寿命气候强迫因子之一，并能通过强烈吸收太阳辐射加热大气，影响大气稳定度，进而加剧空气污染。

日前，中核集团原子能院核物理研究所中子散射研究室中子活化分析团队在大气颗粒物研究方面取得重要进展，并在国际著名学术期刊《大气污染研究》杂志刊发《2013年至2019年北京西南地区黑碳气溶胶污染特征》。

已刊发论文截图。（图片来源：受访者供图。）

作为分析团队成员之一，原子能科学研究院核物理研究所研究员肖才锦在接受封面新闻记者采访时表示，该研究结果表明，北京市大气污染在人为污染排放和当地气象因素的共同作用下，呈现典型的季月浓度分布特征，黑碳气溶胶组分污染来源得到初步识别，为北京大气污染防治提供重要参考科学依据。

央视《解密中核》节目对原子能院大气污染研究报道。（图片来源：受访者供图）

中子活化分析技术具有高灵敏度、高准确度、非破坏性、多元素同时分析等优点，可广泛应用于环境、地质、科技考古等领域。值得注意的是，该技术曾运用于分析嫦娥五号采集的月壤样品，并在不破坏月壤形态的情况下，准确测定了样品中40多种化学元素的含量。

织牢大气污染治理“防护网”：

核技术让“黑色幽灵”无处可藏

黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，主要是由含碳物质不完全燃烧产生的，比如化石燃料和生物质燃料燃烧等。黑碳气溶胶颗粒的粒径尺度范围一般在0.01~1μm，其粒径中值为0.1~0.2μm。黑碳气溶胶在大气气溶胶成分一般占百分之几到百分之十几，由于黑碳气溶胶在从可见光到红外的波长范围内对太阳辐射都有强烈的吸收效应， 所以对区域和全球气候有着重要的影响，被认为是影响全球变暖的主要因素之一。

除了环境污染，黑碳气溶胶还威胁着人类健康。肖才锦告诉封面新闻记者，由于黑碳气溶胶具有吸附性，黑碳气溶胶表面能够吸附其它污染物（如多环芳烃类、重金属等），可以通过呼吸作用，夹带所吸附的有毒物质进入人体，从而引起呼吸系统哮喘以及心血管病、癌症等疾病的发生，危害人类健康。

“在本次研究中，主要是对北京新镇地区长期的大气颗粒物浓度监测，结果表明，在研究期间大多数月份中，化石燃料和交通排放是黑碳气溶胶主要来源。”据肖才锦介绍，七年监测结果表明（2013-2019），研究地区黑碳质量浓度呈下降趋势，从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，年平均值为5.38 微克/立方米。同时，大气细颗粒物PM2.5浓度也呈现相似下降趋势。

大气颗粒物现场采样图。（图片来源：受访者供图）

“在研究过程中，团队主要利用了中子活化分析、质子荧光分析等核分析技术对大气颗粒物污染元素进行测定，并利用EEL43D单波段黑碳仪和MABI多波段光吸收黑碳仪对黑碳气溶胶组分浓度进行了测定。”肖才锦告诉记者，中子活化分析具有高灵敏度、高准确度、非破坏性和多元素同时分析等优点广泛应用于环境、地质、深空探测、科技考古等领域。“而且这种技术是无损分析方法，我们研究团队一直保存了北京近30年的大气颗粒物采样样品。”

M43D单波段黑碳仪。（图片来源：受访者供图）

在2022年初，原子能院核物理研究所中子活化分析团队曾利用精准度高特性的中子活化分析技术，在不破坏月壤形态的情况下，准确测定了嫦娥五号采集的月壤样品中40多种化学元素的含量，研究成果对于我国后续进行月球探测与资源开发利用，提供了重要的基础数据。

2022年3月，原子能院发布嫦娥五号月壤研究首批成果。（图片来源：网络截图）

肖才锦表示，对大气颗粒物进行浓度监测以及组分污染特征，研究如季月浓度分布规律以及潜在污染源的识别，有利于研究人员掌握地区的空气污染规律，以及制定相关政策对污染来源进行精准科学治理。“对空气质量的长期的监测，则有利于验证各项大气污染防治政策的有效性。”

致癌物袭扰之下

如何守护地球人的健康？

大气污染事关每个人的身心健康，一直引人关注。根据《柳叶刀》杂志的系列数据显示，空气污染自 1990 年以来，始终位列全球健康风险因素排名的前列。

坚持开展大气污染问题的科学研究，找到污染成因，从源头上解决污染问题，是原子能院中子活化分析团队坚持了30年的事业。“总的来说，我国空气污染得到了有效治理。近十年来，北京市在经济社会高质量发展的同时，实现了大气环境中主要污染物浓度快速下降，空气质量全面大幅改善。与2013年相比，2022年北京市大气环境中PM2.5、PM10、二氧化氮、二氧化硫分别下降了66.5%、50.0%、58.9%、88.7%。”

“实际上，黑碳气溶胶是大气细颗粒物中的重要组成部分，对大气污染治理所采取的措施，都对黑碳气溶胶污染治理起到了作用。”肖才锦告诉记者，比如各项政策和行动的发布，其中都包括了对工业废气、汽车尾气、燃煤、农业残渣燃烧等有关污染排放物的治理。

2012年，我国的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）对各类大气污染物做了质量限制，并从2016年在全国开始实施；2013年，中国发布《大气污染防治行动计划》即“大气十条”；2017年，北京开始了深化“一微克”行动，实施大气污染精准治理；2018年，国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》；2022年，北京市政府发布了《北京市深入打好污染防治攻坚战2022年行动计划》。

在肖才锦看来，大气污染防治研究工作任重道远，需久久为功。“未来，我们将继续推进大气污染研究工作，采取多种核分析技术对大气颗粒物同位素和元素进行精确测定，同时将核分析技术应用到土壤、水污染研究中，并对污染物进行精细化源解析，积极推动核分析技术在环境污染领域的研究和应用。”

显微镜下观察大气采样膜PM2.5的形态。（图片来源：受访者供图）

作为“气球村”中的一员，通过个人工作、生活习惯的改变，也能为大气污染防治作出贡献。肖才锦建议，居民首先可以通过新闻、微信公众号和短视频平台等获取当地空气污染情况，了解污染防治措施，然后采取实际行动加入大气污染治理过程。“比如在日常生活中，乘坐公共交通减少私家车出行，就可以实现节能减排；如果能坚持绿色消费，就会减少废弃物的产生。”