第8章環(huán)境中放射性污染監(jiān)測

1、第8章環(huán)境中放射性污染監(jiān)測第一節(jié) 基礎(chǔ)知識第二節(jié) 環(huán)境中的放射性第三節(jié) 放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié) 放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測儀器第五節(jié) 放射性監(jiān)測第一節(jié) 基 礎(chǔ) 知 識一、放射性 （一）放射性核衰變 1.核蛻變 不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)，從原子核內(nèi)部放出電磁波（）或帶有一定能量的粒子（、），降低其能級水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核蛻變或“放射性核蛻變”。 2.放射性 在衰變過程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出、射線，使本身物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為“放射性”。圖8.1 226Ra和60Co的核衰變 1.衰變 衰變是不穩(wěn)定重核（一般原子序數(shù)大于82）自發(fā)放出4He核（粒

2、子）的過程。 2.衰變 衰變是放射性核素放射粒子（即快速電子）的過程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果。 衰變可分為負(fù)衰變、正衰變和電子俘獲三種類型。 3.衰變 射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態(tài)時(shí)所放射的電磁輻射。 （二）放射性衰變的類型 1.放射性活度（強(qiáng)度） 放射性活度系指單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。A=-Dn/dt 單位s-1 專門名稱Bq 2.半衰期 當(dāng)放射性的核素因衰變而減少到原來的一半時(shí)所需的時(shí)間稱為半衰期（T1/2）。（三）放射性活度和半衰期 （四）核反應(yīng) 核反應(yīng)：是指用快速粒子打擊靶核而給出新核（核產(chǎn)物）和另一粒子的過程。二、照射量和劑量 （一）照射量式中：dQ

3、或X射線在空氣中完全被阻止時(shí)，引起質(zhì)量為dm的某一體積元的空氣電離所產(chǎn)生的帶電粒子（正的或負(fù)的）的總電量值，C：庫侖； X照射量，它的SI單位為C/kg，與它暫時(shí)并用的專用單位是倫琴（R），簡稱倫。（二）吸收劑量 它是表示在電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。其定義用下式表示： 式中：D吸收劑量，SI單位為J/kg，單位的專門名稱為戈瑞，簡稱戈，用符號Gy表示； rad(拉德)1J/kg=1GY=100rad D適用于外照射,用于放射生物學(xué)、輻射化學(xué)、輻射防護(hù) （三）劑量當(dāng)量 劑量當(dāng)量（H）定義為：在生物機(jī)體組織內(nèi)所考慮的一個(gè)體積單元上吸收劑量、品質(zhì)因數(shù)和所

4、有修正因素的乘積，即H （J/kg ）=DQN 式中：D吸收劑量，Gy； Q品質(zhì)因素，其值決定于導(dǎo)致電離粒子的初始動能、種類及照射類型等（見表8.1）； N所有其他修正因素的乘積。表8.1 品質(zhì)因數(shù)與照射類型、射線種類的關(guān)系照射類型射線種類品質(zhì)因素外照射x、e1熱中子及能量小于0.005MeV的中能中子3中能中子（0.02MeV）5中能中子（0.1MeV）8快中子（0.510MeV）10重反沖核20內(nèi)照射 、+、e、x110裂變碎片、發(fā)射中的反沖核20第二節(jié) 環(huán)境中的放射性一、環(huán)境中放射性的來源 天然放射性核素 環(huán)境中的放射性 人為放射性核素（一）天然放射性核素1. 宇宙射線及其引生的放射性核

5、素 2. 天然系列放射性核素 3. 自然界中單獨(dú)存在的核素（二）人為放射性核素1. 核試驗(yàn)及航天事故2. 核工業(yè)3. 工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門的排放廢物4. 放射性礦的開采和利用二、放射性核素在環(huán)境中的分布 （一）在土壤和巖石中的分布表8.2 土壤、巖石中天然放射性核素的含量 單位：Bq/g核素土壤巖石40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-2（二）在水體

6、中的分布表8.3 各類淡水中226Ra及其子代產(chǎn)物的含量 單位：Bq/L核素礦泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.71023.71033.710-37.410-43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-2 （三）在大氣中的分布 大多數(shù)放射性核素均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素（特別是222Rn），它是鐳的衰變產(chǎn)物，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上

7、。 （四）在動植物組織中的分布 任何動植物組織中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量與這些核素參與環(huán)境和生物體之間發(fā)生的物質(zhì)交換過程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。三、放射性污染的危害 通常，每人每年從環(huán)境中受到的放射性輻射總劑量不超過2毫希沃特。其中，天然放射性本底輻射占50以上，其余是人為放射性污染引起的輻射。放射性元素鈾（238U、235U、234U）、釷（232Th）、鐳（226Ra）、氡（222Rn）和鉀（40K）對人體的輻射傷害特征見表8.4所示。表8.4 天然放射性核素的主要輻

8、射特征放射性核素對人體傷害類型射線能量/ kev238U外照射傷害186232Th外照射傷害238226Ra內(nèi)照射傷害、外照射傷害352.840K外照射傷害1460全身劑量5Gy致死劑量；全身劑量4Gy半致死劑量。 圖8.2 放射性物質(zhì)輻射人體的途徑第三節(jié) 放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)一、我國輻射防護(hù)規(guī)定(GB870388 )中的部分規(guī)定（一）職業(yè)性放射性工作人員和居民每年限制 劑量當(dāng)量（二）露天水源中限制濃度和放射性工作場所 空氣中最大容許濃度 表8.5 工作人員、居民年最大容許劑量當(dāng)量注：表內(nèi)所列數(shù)值均指內(nèi)、外照射的總劑量當(dāng)量，不包括天然本底照射和醫(yī)療照射。 16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當(dāng)量為1.

9、510-2Sv/a。受照射部位職業(yè)性放射性工作人員的年最大容許劑量當(dāng)量/Sv放射性工作場所、相鄰及附近地區(qū)工作人員和居民的年最大容許劑量當(dāng)量/Sv廣大居民年最大容許劑量當(dāng)量/Sv器官分類器官名稱第一類全身、性腺、紅骨髓、眼晶體510251035104第二類皮膚、骨、甲狀腺3.01013102 1102第三類手、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四類其他器官1.51011.51025103表8.6 放射性同位素在露天水源中的限制濃度和放射性工作場所空氣中的最大容許濃度 注：露天水源的限制濃度值是為廣大居民規(guī)定的，其他人員也適用此標(biāo)準(zhǔn)；放射性工作場所空氣中的最大容許濃度值為職業(yè)放射性

10、工作人員規(guī)定的，工作時(shí)間每周按40h計(jì)算；礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的潛能值不得大于4104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制濃度 / (BqL-1)放射性工作場所空氣中最大容許濃度 / (BqL-1)名稱符號氚鈹碳硫磷氬鉀鐵鈷鎳鋅氪鍶碘氙銫氡鐳鈾釷3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.6

11、2.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3注意：在這些標(biāo)準(zhǔn)中，環(huán)境中放射性核素的允許濃度是“Bq/L”而不用“mg/L” 放射性同位素在放射性工作場所以外地區(qū)空氣中的限制濃度，按表8.6放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以表8.7所列比值控制計(jì)算。表8.7 比值控制放射性同位素比 值放射性工作場所相鄰及附近地區(qū)廣大居民區(qū)3H、35S、41Ar、85Kr、13

12、1Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100二、其他國家和機(jī)構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標(biāo)準(zhǔn) 表8.8 國際放射委員會建議的個(gè)人劑量限值人員類別基本極限值/(mSva1)職業(yè)性個(gè)人非隨機(jī)效應(yīng)眼晶體 150其他組織 500隨機(jī)效應(yīng)全身均勻照射 50全身均勻照射 50不均勻照射 50公眾個(gè)人非隨機(jī)效應(yīng)任何組織 50隨機(jī)效應(yīng)全身均勻照射 50不均勻照射 50群體不作規(guī)定第四節(jié) 放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測儀器一、放射性測量實(shí)驗(yàn)室 （一）放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 （二）放射性計(jì)測實(shí)驗(yàn)室 二、放射性檢測儀器 （一）電離型檢測器 （二）閃爍檢測

13、器 （三）半導(dǎo)體檢測器 檢測基本原理都是：利用射線與物質(zhì)間的相互作用時(shí)產(chǎn)生的各種效應(yīng)（電離、發(fā)光、發(fā)熱、化學(xué)效應(yīng)、產(chǎn)物次級粒子等）間接進(jìn)行觀測和測量。表8.9 各種常用放射性檢測器閃爍檢測器蓋革計(jì)數(shù)器射線種類檢測器特 點(diǎn)閃爍檢測器檢測靈敏度低，探測面積大正比計(jì)數(shù)器檢測效率高，技術(shù)要求高半導(dǎo)體檢測器本底小，靈敏度高，探測面積小電流電離室測較大放射性活度正比計(jì)數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大蓋革計(jì)數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大閃爍檢測器檢測效率較低，本底小半導(dǎo)體檢測器探測面積小，裝置體積小閃爍檢測器檢測效率高，能量分辨能力強(qiáng)半導(dǎo)體檢測器能量分辨能力強(qiáng)，裝置體積小1.電流電離室 圖8.3 電離室示意圖

14、 （一）電離型檢測器2.正比計(jì)數(shù)管 圖8.4 、粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線 圖8.5 蓋革計(jì)數(shù)管示意圖圖8.6 射線強(qiáng)度測量裝置示意圖3. 蓋革（GM）計(jì)數(shù)管 （二）閃爍檢測器 圖8.7 閃爍檢測器測量裝置示意圖 1.閃爍體；2.光電倍增管；3.前置放大器；4.主放大器; 5.脈沖幅度分析器；6.定標(biāo)器；7.高壓電源；8.光導(dǎo)材料；9.暗盒；10.反光材料 閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。圖8.7是這種檢測器測量裝置的工作原理。 閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)，其性能列于表8.10中。表8.10 主要閃爍材料性能注：Ag、Tl是激活劑。物質(zhì)密度/

15、(gcm-3)最大發(fā)光波長/nm對射線的相對脈沖高度閃光持續(xù)時(shí)間/10-8sZn(Ag)粉NaI(Tl)蒽芪液體閃爍液塑料閃爍液4.103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020021010060406028484103030.40.80.20.80.30.5 （三）半導(dǎo)體檢測器 半導(dǎo)體檢測器的工作原理與電離型檢測器相似，但其檢測元件是固態(tài)半導(dǎo)體。其工作原理如圖8.8所示。圖8.8 半導(dǎo)體檢測器工作原理示意圖 n, p半導(dǎo)體的n極和p極； RH電阻。第五節(jié) 放射性監(jiān)測一、監(jiān)測對象及內(nèi)容 （一）按照監(jiān)測對象分 1.現(xiàn)場監(jiān)測 對放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應(yīng)用

16、單位內(nèi)部工作區(qū)域的監(jiān)測。 2.個(gè)人劑量監(jiān)測 對放射性專業(yè)工作人員或公眾進(jìn)行的內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測。 3.環(huán)境監(jiān)測 對放射性生產(chǎn)和應(yīng)用單位外部環(huán)境（包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等）的監(jiān)測。 1.放射性核素 即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。 2.放射性核素 即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要測定的放射性核素分（三）對放射性核素具體測量的內(nèi)容分 放射源強(qiáng)度，半衰期，射線種類及能量；環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。 三、放射性監(jiān)測方法 定期監(jiān)測：

17、采樣、樣品預(yù)處理、樣品總放射性或放射性核素測定。 連續(xù)監(jiān)測：在現(xiàn)場安裝放射性自動監(jiān)測儀器，實(shí)現(xiàn)采樣、預(yù)處理和測定自動化。 基本步驟 ：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測定。 （一）樣品采集 1.放射性沉降物的采集 沉降物包括干沉降物和濕沉降物。 放射性干沉降物樣品可用水盤法、黏紙法、高罐法采集。 濕沉降物常用一種能同時(shí)對雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器，如圖8.9所示。 圖8.9 離子交換樹脂濕沉降物采集器示意圖1.漏斗蓋；2.漏斗；3.離子交換柱；4.濾紙漿；5.陽離子交換樹脂；6.陰離子交換樹脂 2. 放射性氣溶膠的采集 放射性氣溶膠包括核爆炸產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物，各種來源于人工放射性物質(zhì)以及

18、氡、釷射氣的衰變子體等天然放射性物質(zhì)。這種樣品的采集常用濾料阻留采樣法，其原理與大氣中顆粒物的采集相同。 3. 其他類型樣品的采集 水體、土壤、生物樣品的采集、制備和保存方法與非放射性樣品所用的方法大致相同。 （二）樣品預(yù)處理 預(yù)處理目的：將樣品處理成適于測量的狀態(tài)，將樣品的欲測核素轉(zhuǎn)變成適于測量的形態(tài)并進(jìn)行濃集，以及去除干擾核素。 常用的樣品預(yù)處理方法：衰變法 有機(jī)溶劑溶解法蒸餾法 灰化法溶劑萃取法 離子交換法共沉淀法 電化學(xué)法 （三）環(huán)境中放射性監(jiān)測 1. 水樣的總放射性活度的測定 水體中常見的輻射粒子的核素有226Ra、222Rn及其衰變產(chǎn)物。目前公認(rèn)的水樣總放射性濃度是0.1Bq/L，當(dāng)大于此值時(shí)，就應(yīng)對放射粒子的核素進(jìn)行鑒定和測量，確定主要的放射性核素，判斷水質(zhì)污染情況。 2. 水樣的總放射性活度測定 水樣總放射性活度測量步驟基本上與總放射性活度測定相同，但檢測器用低本底的蓋革計(jì)數(shù)管，且以含40